三極管
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三極管,全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號, 也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管,是半導(dǎo)體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié),兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),排列方式有PNP和NPN兩種。
中文名三極管外文名Bipolar Junction Transistor別 名晶體三極管發(fā)明時間1947年材 料半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)電流放大功 能控制電路
什么是三極管[1]
(也稱晶體管)在中文含義里面只是對三個引腳的放大器件的統(tǒng)稱,我們常說的三極管,可能是 如圖所示的幾種器件。
可以看到,雖然都叫三極管,其實在英文里面的說法是千差萬別的,三極管這個詞匯其實也是中文特有的一個象形意義上的的詞匯。
電子三極管 Triode 這個是英漢字典里面“三極管”這個詞匯的唯一英文翻譯,這是和電子三極管最早出現(xiàn)有關(guān)系的,所以先入為主,也是真正意義上的三極管這個詞最初所指的物品。其余的那些被中文里叫做三極管的東西,實際翻譯的時候是絕對不可以翻譯成Triode的,否則就麻煩大咯,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f,在英文里面根本就沒有三個腳的管子這樣一個詞匯!
雙極型
晶體管 BJT (Bipolar Junction Transistor)
J型
場效應(yīng)管 Junction gate FET(Field Effect Transistor)
金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全稱
V型槽場效應(yīng)管 VMOS (Vertical Metal Oxide Semiconductor )
注:這三者看上去都是場效應(yīng)管,其實金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 、V型槽溝道場效應(yīng)管 是 單極(Unipolar)結(jié)構(gòu)的,是和 雙極(Bipolar)是對應(yīng)的,所以也可以統(tǒng)稱為
單極晶體管(Unipolar Junction Transistor)
其中J型場效應(yīng)管是非絕緣型
場效應(yīng)管,MOS FET 和VMOS都是絕緣型的場效應(yīng)管
VMOS是在 MOS的基礎(chǔ)上改進的一種大電流,高放大倍數(shù)(跨道)新型功率晶體管,區(qū)別就是使用了V型槽,使MOS管的放大系數(shù)和工作電流大幅提升,但是同時也大幅增加了MOS的輸入電容,是MOS管的一種大功率改進型產(chǎn)品,但是結(jié)構(gòu)上已經(jīng)與傳統(tǒng)的MOS發(fā)生了巨大的差異。VMOS只有增強型的而沒有MOS所特有的耗盡型的MOS管
1947年12月23日,美國
新澤西州墨累山的
貝爾實驗室里,3位科學(xué)家——
巴丁博士、布萊頓博士和
肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實驗。他們在導(dǎo)體電路中正在進行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn),在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流,竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流,因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個器件,就是在科技史上具有劃時代意義的成果——晶體管。因它是在圣誕節(jié)前夕發(fā)明的,而且對人們未來的生活發(fā)生如此巨大的影響,所以被稱為“獻給世界的圣誕節(jié)禮物”。這3位科學(xué)家因此共同榮獲了1956年
諾貝爾物理學(xué)獎。
晶體管促進并帶來了“固態(tài)革命”,進而推動了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件,它及時、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用,并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。由于晶體管徹底改變了
電子線路的結(jié)構(gòu),集成電路以及
大規(guī)模集成電路應(yīng)運而生,這樣制造像高速電子計算機之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實。
理論原理
晶體三極管(以下簡稱三極管)按材料分有兩種:鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式,但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管,(其中,N是負極的意思(代表英文中Negative),N型半導(dǎo)體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子,在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電,而P是正極的意思(Positive)是加入硼取代硅,產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電)。兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
對于NPN管,它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成,發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為
發(fā)射極e (Emitter)、
基極b (Base)和
集電極c (Collector)。如右圖所示
當(dāng)b點電位高于e點電位零點幾伏時,發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài),而C點電位高于b點電位幾伏時,集電結(jié)處于反偏狀態(tài),集電極電源Ec要高于基極電源Eb。
在制造三極管時,有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的,同時基區(qū)做得很薄,而且,要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量,這樣,一旦接通電源后,由于發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(電子)及基區(qū)的多數(shù)載流子(空穴)很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U散,但因前者的濃度基大于后者,所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流,這股電子流稱為發(fā)射極電流子。
由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏,注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電極電流Ic,只剩下很少(1-10%)的電子在基區(qū)的空穴進行復(fù)合,被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給,從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得: