晶体管(Transistor),又称半导体三极管、晶体三极管等,是由三层杂质半导体构成的器件,有三个电极,是现代电器zui关键的元件之一。晶体管具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能,可用于各种各样的数字和模拟功能。
晶体管的发现
晶体管的发明,zui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zhuan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。
1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、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的诞生吹响了号角。20世纪zui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。
晶体管原理及作用
晶体管的原理主要是利用半导体材料的特性,将半导体材料P型和N型结合在一起制成PN结,同时加上一些控制电极,如栅极等。当栅极电压发生变化时,可以改变PN结中电子的浓度和运动状态,从而控制流经PN结的电流。其中具体细节包括:当栅极电压为负值的时候,会使得P型半导体中的空穴向栅极移动,形成一个空间电荷区域。这个电荷区域阻碍了N型半导体中电子流动,因此流经PN结的电流非常小;当栅极电压变为正值的时候,会排斥P型半导体空穴,吸引N型半导体中自由电子,这样电荷区域逐渐消失,PN结中的电流就增大了。
晶体管在现代电子技术中具有广泛应用,其作用不仅局限于放大信号和控制电流。从单个晶体管到晶体管组成的逻辑门电路和集成电路芯片,晶体管已经成为信息处理的基础。例如:在计算机中,CPU芯片内部有更多的晶体管,用于控制程序运行和数据交换;在通讯技术中,晶体管可以将无线电信号转换为数字信号,并进行可靠的传输。此外,晶体管还应用于医疗设备、军事技术等领域。
晶体管的分类
1.根据工作原理不同分类,分为双极晶体管和单极晶体管
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。
单极晶体管(Field Effect Transistor),简称FET,也称场效应管,是一种电压控制性器件,由输入电压产生的电场效应来控制输出电流的大小。
2.按功率分类,可分为小信号晶体管和功率晶体管
小信号晶体管的max集电极电流 (IC(max)) 在500mA以下,max集电极功率 (PC(max)) 不超过1W的晶体管。相对功率晶体管而得名,一般以树脂封装居多,这是其特点之一。
功率晶体管一般功率晶体管的功率超过1W。相比小信号晶体管拥有更大的max集电极电流、max集电极功率,对于散热而言,它本身形状就很大 ,有的功率晶体管上还覆盖着金属散热片。
3.按集成度分类,可分为分立型晶体管和复合晶体管等......
更详细的分类如下:
晶体管的应用
晶体管是一种固体半导体器件,具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流,与普通机械开关不同,晶体管利用电讯号来控制自身的开合,而且开关速度可以很快,实验室中的切换速度可达100GHz以上。
所以晶体管被广泛应用于通讯系统中。无线电、电视、无线网络等都离不开晶体管的帮助。它们可以放大信号、调节频率,使得我们能够收听广播、观看电视节目和上网冲浪。除了电子设备和通讯系统,晶体管还在许多其他领域发挥着重要作用。它们被用于医疗设备,帮助医生进行精准的诊断和治疗。晶体管还用于工业自动化,控制生产过程和机器人操作。