晶体管.docx

1、晶体管晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。目录英文简述 历史 晶体管的发展历史及其重要里程碑 晶体管出现的意义 晶体管的重要性 晶体管分类 1. 电力晶体管 2. 光晶体管 3. 双极晶体管 4. 双极结型晶体管 5. 场效应晶体管 6. 静电感应晶体管 7. 单电子晶体管 8. 绝缘栅双

2、极晶体管主要参数 1. 耗散功率 2. 频率特性 3. 反向电流晶体管开关的作用 1. 控制大功率 2. 直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关 3. 简单和优化的基极驱动造就的高性能相关历史事件 如何用万用表测试三极管 1. 判别基极和管子的类型 2. 判别集电极 3. 电流放大系数的估算晶体管的检测和更换 世界最小晶体管问世英文简述历史晶体管的发展历史及其重要里程碑晶体管出现的意义晶体管的重要性晶体管分类 1. 电力晶体管 2. 光晶体管 3. 双极晶体管 4. 双极结型晶体管 5. 场效应晶体管 6. 静电感应晶体管 7. 单电子晶体管 8. 绝缘栅双极晶体管主要参数 1. 耗散功

3、率 2. 频率特性 3. 反向电流晶体管开关的作用 1. 控制大功率 2. 直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关 3. 简单和优化的基极驱动造就的高性能 相关历史事件 如何用万用表测试三极管 1. 判别基极和管子的类型 2. 判别集电极 3. 电流放大系数的估算 晶体管的检测和更换 世界最小晶体管问世展开历史1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。晶体管的发明又为后来集成电路

4、的降生吹响了号角。 电力晶体管20世纪最初的10年，通信系统已开始应用半导体材料。20世纪上半叶，在无线电爱好者中广泛流行的矿石收音机，就采用矿石这种半导体材料进行检波。半导体的电学特性也在电话系统中得到了应用。 晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。但是，限于当时的技术水平，制造这种器件的材料达不到足够的纯度，而使这种晶体管无法制造出来。 由于电子管处理高频信号的效果不理想，人们就设法改进矿石收音机中所用的矿石触须式检波器。在这种检波器里，有一根与矿石（半导体）表面相接触的金属丝（像头发一样细且能形成检波接点），它既能让信号电流沿一个方向流动

5、，又能阻止信号电流朝相反方向流动。在第二次世界大战爆发前夕，贝尔实验室在寻找比早期使用的方铅矿晶体性能更好的检波材料时，发现掺有某种极微量杂质的锗晶体的性能不仅优于矿石晶体，而且在某些方面比电子管整流器还要好。 在第二次世界大战期间，不少实验室在有关硅和锗材料的制造和理论研究方面，也取得了不少成绩，这就为晶体管的发明奠定了基础。 为了克服电子管的局限性，第二次世界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基础研究。肖克莱等人决定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。 1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。布拉顿早在1

6、929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。 布拉顿等人，还想出有效的办法，来实现这种放大效应。他们在发射极和基极之间输入一个弱信号，在集电极和基极之间的输出端，就放大为一个强信号了。在现代电子产品中，上述晶体三极管的放大效应得到广泛的应用。 巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为5

7、0左右。不久之后，他们利用两个靠得很近(相距0.05毫米)的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。 在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移电流来工作的，于是取名为trans-resister(转换电阻)，后来缩写为transister，中文译名就是晶体管。 由于点接触型晶体管制造工艺复杂，致使许多产品出现故障，它还存在噪声大、在功率大时难于控制、适用范围窄等缺点。为了克服这些缺点，肖克莱提

8、出了用一种整流结来代替金属半导体接点的大胆设想。半导体研究小组又提出了这种半导体器件的工作原理。 1950年，第一只“面结型晶体管”问世了，它的性能与肖克莱原来设想的完全一致。今天的晶体管，大部分仍是这种面结型晶体管。 1956年，肖克莱、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。 晶体管的发展历史及其重要里程碑1947年12月16日：威廉邵克雷（William Shockley）、约翰巴顿（John Bardeen）和 晶体管之父,william shockle沃特布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。 1950年：威廉邵克雷开发出双极晶体

9、管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特诺伊斯（Robert Noyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年)，摩尔定律在Electronic

10、s Magazine杂志一篇文章中公布。 1968年7月：罗伯特诺伊斯和戈登摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1972年，英特尔发布了第一个8位处理器8008。 1978年，

11、英特尔发布了第一款16位处理器8086。含有2.9万个晶体管。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器为8086的改进版，含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富(Forture) 500强企业排名，财富(Forture)杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。 1982年：286微处理器(全称80286，意为“第二代8086”)推出，提出了指令集概念，即现

12、在的x86指令集，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。 1985年：英特尔386微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。 1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制程技术生产。 1999年2月：英特尔发布了奔腾III处理器。奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。 2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能

13、桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。 2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内首次在生产中采用应变硅。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔

14、领先的90纳米制程技术生产。 2006年7月18日：英特尔®安腾®2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。 2006年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生产。 2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn，是从英特尔®酷睿微体系架构派生而出。 发布英特尔酷睿i7处理器2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌

15、面电脑的65纳米制程英特尔酷睿2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特尔酷睿2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。 2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器英特尔®酷睿2双核、英特尔®酷睿2四核处理器以及英特尔®至强®系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。 晶体管出现的意义晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。 同电子管相比，晶体管具有诸多

16、优越性： 晶体管的构件是没有消耗的。无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。 晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。 晶体管不需预热，一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后，非得等一会儿才听得到声音，

17、看得到画面。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。 晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。 正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。1953年，首批电池式的晶体管收音机一投放市场，就受到人们的热烈欢迎，人们争相购买这种收音机。接着，各厂家之间又展开了制造短波晶体管的竞赛。此后不久，不需要交流电源的袖珍“晶体管收音机”开始

18、在世界各地出售，又引起了一个新的消费热潮。 由于硅晶体管适合高温工作，可以抵抗大气影响，在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。从1967年以来，电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的，那么就别想卖出去一件。轻便收发机，甚至车载的大型发射机也都晶体管化了。 另外，晶体管还特别适合用作开关。它也是第二代计算机的基本元件。人们还常常用硅晶体管制造红外探测器。就连可将太阳能转变为电能的电池太阳能电池也都能用晶体管制造。这种电池是遨游于太空的人造卫星的必不可少的电源。晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。 从1950年至1960年的十年间，世界主要工业国家投

19、入了巨额资金，用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。例如，纯净的锗或硅半导体，导电性能很差，但加入少量其它元素（称为杂质）后，导电性能会提高许多。但是要想把定量杂质正确地熔入锗或硅中，必须在一定的温度下，通过加热等方法才能实现。而一旦温度高于摄氏75度，晶体管就开始失效。为了攻克这一技术难关，美国政府在工业界投资数百万美元， 以开展这项新技术的研制工作。在这样雄厚的财政资助下，没过多久，人们便掌握了这种高熔点材料的提纯、熔炼和扩散的技术。特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争。为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电

20、子工业以巨大的财政资助。 自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵。 晶体管的重要性晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采

21、用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件.晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。 晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等的发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力，因而可以

22、不可思议地达到极低的单位成本。 虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，绝大多数的晶体管是和二极管|-A|zh-cn:二极管;zh-tw:二极体-，电阻，电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的生本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。 晶体管的低成本，灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜，更有效地仅仅使

23、用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。 因为晶体管的低成本和后来的电子计算机，数字化信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力，在-A|zh-cn:信息;zh-tw:资讯-A|zh-cn:数字;zh-tw:数位-化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的，最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视，广播和报纸。 半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫

24、做晶体管晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。半导体三极管是电路中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。 半导体三极管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极 (Base) 和集电极（Collector）；场效应晶体管的三个极，分别是源极（Source）、栅极（Ga

25、te）和漏极（Drain）。晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、基极接地、集电极接地。最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换等，晶体管在电路中是个很重要的组件，许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。 三极管的导通 三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的直流偏 晶体三极管置，随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变， 如果三极管Ib（直流偏置点）一定时，三极管工作在线性区，此时Ic电流的变化只随着Ib的交流信号变化，Ib继续升高，三极管进入饱和状态，此时三极管的Ic不再变化，三极管将

26、工作在开关状态。 三极管为开关管使用时工作在饱和状态1，用放大状态1表示不是很科学。 请对照三极管手册的Ib；Ic曲线加以参考我的回答来理解三极管的工作状态，三极管be结和ce结导通三极管才能正常工作。 如果三极管没有加直流偏置时，放大电路时输入的交流正弦信号正半周时，基极对发射极而言是正的，由于发射结加的是反向电压，此时没有基极电流和集电极电流，此时集电极电流变化与基极反相，在输入电压的负半周，发射极电位对于基极电位为正的，此时由于发射极加的是正向电压，才有基极和集电极电流通过，此时集电极电流变化与基极同相，在三极管没有加直流偏置时三极管be结和ce结导通，三极管放大电路将只有半个波输出将产

27、生严重的失真。 NPN型晶体管示意图 晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性，主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程，进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。 虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，但是绝大多数的晶体管是和电阻、电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20

28、个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。 晶体管的低成本、灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜、更有效地，仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。 因为晶体管的低成本和后来的电子计算机、数字化信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力，在信息数字化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的，最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视、广播和

29、报纸。 晶体管分类按半导体材料和极性分类 按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。 按结构及制造工艺分类 晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。 按电流容量分类 晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。 按工作频率分类 晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。 按封装结构分类 晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶

30、瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。 按功能和用途分类 晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。 电力晶体管 电力晶体管按英文Giant Transistor直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），所以有时也称为Power BJT；其特性有：耐压高，电流大，开关特性好，但驱动电路复杂，驱动功率大；GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。 光晶体管光晶体管（pho

31、totransistor）由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓（CaAs），主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快（约为50皮秒），但缺点是光敏面积小，增益小（放大系数可大于10），常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。 双极晶体管双极晶体管（bipolar transistor）指在音频电路中使用得非常普遍的一种晶体管。双极则源于电流系在两种半导体材料中流过的关系。双极晶体管根据工作电压的极性而可分为NPN型或PNP型。