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·簡介
·相關歷史事件
·如何用萬用表測試三極管
·晶體管的檢測和更換
·英文簡述
·歷史
·晶體管的發(fā)展歷史及其重要里程碑
·晶體管出現(xiàn)的意義
·晶體管的重要性
·晶體管分類
·主要參數(shù)
·晶體管開關的作用

晶體管

晶體管（transistor）是一種固體半導體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關、穩(wěn)壓、信號調制和許多其它功能。

簡介

晶體管作為一種可變開關，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關，和一般機械開關（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號來控制，而且開關速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

英文簡述

晶體管（transistor　計：MOS transistor; npn　化：transistor）　　A transistor is a semiconductor device, commonly used as an amplifier or an electrically controlled switch. The transistor is the fundamental building block of the circuitry that governs the operation of computers, cellular phones, and all other modern electronics. 　　Because of its fast response and accuracy, the transistor may be used in a wide variety of digital and analog functions, including amplification, switching, voltage regulation, signal modulation, and oscillators. Transistors may be packaged individually or as part of an integrated circuit, which may hold a billion or more transistors in a very small area.

歷史

1947年12月，美國貝爾實驗室的肖克萊、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀的一項重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來集成電路的降生吹響了號角。電力晶體管20世紀最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應用半導體材料。20世紀上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機，就采用礦石這種半導體材料進行檢波。半導體的電學特性也在電話系統(tǒng)中得到了應用。　　晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當時工程師利蓮費爾德就已經取得一種晶體管的專利。但是，限于當時的技術水平，制造這種器件的材料達不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。　　由于電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就設法改進礦石收音機中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細且能形成檢波接點），它既能讓信號電流沿一個方向流動，又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。　　在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實驗室在有關硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎。　　為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結束后，貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導體材料，探討用半導體材料制作放大器件的可能性。　　1945年秋天，貝爾實驗室成立了以肖克萊為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開始在這個實驗室工作，長期從事半導體的研究，積累了豐富的經驗。他們經過一系列的實驗和觀察，逐步認識到半導體中電流放大效應產生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細針并通上電流，然后讓另一根細針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產生很大的影響，這就是“放大”作用。　　布拉頓等人，還想出有效的辦法，來實現(xiàn)這種放大效應。他們在發(fā)射極和基極之間輸入一個弱信號，在集電極和基極之間的輸出端，就放大為一個強信號了。在現(xiàn)代電子產品中，上述晶體三極管的放大效應得到廣泛的應用。　　巴丁和布拉頓最初制成的固體器件的放大倍數(shù)為50左右。不久之后，他們利用兩個靠得很近(相距0.05毫米)的觸須接點，來代替金箔接點，制造了“點接觸型晶體管”。1947年12月，這個世界上最早的實用半導體器件終于問世了，在首次試驗時，它能把音頻信號放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。　　在為這種器件命名時，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從“低電阻輸入”到“高電阻輸出”的轉移電流來工作的，于是取名為trans-resister(轉換電阻)，后來縮寫為transister，中文譯名就是晶體管。　　由于點接觸型晶體管制造工藝復雜，致使許多產品出現(xiàn)故障，它還存在噪聲大、在功率大時難于控制、適用范圍窄等缺點。為了克服這些缺點，肖克萊提出了用一種"整流結"來代替金屬半導體接點的大膽設想。半導體研究小組又提出了這種半導體器件的工作原理。　　1950年，第一只“面結型晶體管”問世了，它的性能與肖克萊原來設想的完全一致。今天的晶體管，大部分仍是這種面結型晶體管。　　1956年，肖克萊、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明晶體管同時榮獲諾貝爾物理學獎。

晶體管的發(fā)展歷史及其重要里程碑

1947年12月16日：威廉·邵克雷（William Shockley）、約翰·巴頓（John Bardeen）和晶體管之父,william shockle沃特·布拉頓（Walter Brattain）成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管。　　1950年：威廉·邵克雷開發(fā)出雙極晶體管（Bipolar Junction Transistor），這是現(xiàn)在通行的標準的晶體管。　　1953年：第一個采用晶體管的商業(yè)化設備投入市場，即助聽器。　　1954年10月18日：第一臺晶體管收音機Regency TR1投入市場，僅包含4只鍺晶體管。　　1961年4月25日：第一個集成電路專利被授予羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）。最初的晶體管對收音機和電話而言已經足夠，但是新的電子設備要求規(guī)格更小的晶體管，即集成電路。　　1965年：摩爾定律誕生。當時，戈登·摩爾（Gordon Moore）預測，未來一個芯片上的晶體管數(shù)量大約每年翻一倍(10年后修正為每兩年)，摩爾定律在Electronics Magazine雜志一篇文章中公布。　　1968年7月：羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童（Fairchild）半導體公司辭職，創(chuàng)立了一個新的企業(yè)，即英特爾公司，英文名Intel為“集成電子設備（integrated electronics）”的縮寫。　　1969年：英特爾成功開發(fā)出第一個PMOS硅柵晶體管技術。這些晶體管繼續(xù)使用傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質，但是引入了新的多晶硅柵電極。　　1971年：英特爾發(fā)布了其第一個微處理器4004。4004規(guī)格為1/8英寸 x 1/16英寸，包含僅2000多個晶體管，采用英特爾10微米PMOS技術生產。　　1972年，英特爾發(fā)布了第一個8位處理器8008。　　1978年，英特爾發(fā)布了第一款16位處理器8086。含有2.9萬個晶體管。　　1978年：英特爾標志性地把英特爾8088微處理器銷售給IBM新的個人電腦事業(yè)部，武裝了IBM新產品IBM PC的中樞大腦。16位8088處理器為8086的改進版，含有2.9萬個晶體管，運行頻率為5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推動英特爾進入了財富(Forture) 500強企業(yè)排名，《財富(Forture)》雜志將英特爾公司評為“七十大商業(yè)奇跡之一（Business Triumphs of the Seventies）”。　　1982年：286微處理器(全稱80286，意為“第二代8086”)推出，提出了指令集概念，即現(xiàn)在的x86指令集，可運行為英特爾前一代產品所編寫的所有軟件。286處理器使用了13400個晶體管，運行頻率為6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。　　1985年：英特爾386™微處理器問世，含有27.5萬個晶體管，是最初4004晶體管數(shù)量的100多倍。386是32位芯片，具備多任務處理能力，即它可在同一時間運行多個程序。　　1993年：英特爾·奔騰·處理器問世，含有3百萬個晶體管，采用英特爾0.8微米制程技術生產。　　1999年2月：英特爾發(fā)布了奔騰·III處理器。奔騰III是1x1正方形硅，含有950萬個晶體管，采用英特爾0.25微米制程技術生產。　　2002年1月：英特爾奔騰4處理器推出，高性能桌面臺式電腦由此可實現(xiàn)每秒鐘22億個周期運算。它采用英特爾0.13微米制程技術生產，含有5500萬個晶體管。　　2002年8月13日：英特爾透露了90納米制程技術的若干技術突破，包括高性能、低功耗晶體管，應變硅，高速銅質接頭和新型低-k介質材料。這是業(yè)內首次在生產中采用應變硅。　　2003年3月12日：針對筆記本的英特爾·迅馳·移動技術平臺誕生，包括了英特爾最新的移動處理器“英特爾奔騰M處理器”。該處理器基于全新的移動優(yōu)化微體系架構，采用英特爾0.13微米制程技術生產，包含7700萬個晶體管。　　2005年5月26日：英特爾第一個主流雙核處理器“英特爾奔騰D處理器”誕生，含有2.3億個晶體管，采用英特爾領先的90納米制程技術生產。　　2006年7月18日：英特爾®安騰®2雙核處理器發(fā)布，采用世界最復雜的產品設計，含有17.2億個晶體管。該處理器采用英特爾90納米制程技術生產。　　2006年7月27日：英特爾·酷睿™2雙核處理器誕生。該處理器含有2.9億多個晶體管，采用英特爾65納米制程技術在世界最先進的幾個實驗室生產。　　2006年9月26日：英特爾宣布，超過15種45納米制程產品正在開發(fā)，面向臺式機、筆記本和企業(yè)級計算市場，研發(fā)代碼Penryn，是從英特爾®酷睿™微體系架構派生而出。發(fā)布英特爾酷睿i7處理器2007年1月8日：為擴大四核PC向主流買家的銷售，英特爾發(fā)布了針對桌面電腦的65納米制程英特爾·酷睿™2四核處理器和另外兩款四核服務器處理器。英特爾·酷睿™2四核處理器含有5.8億多個晶體管。　　2007年1月29日：英特爾公布采用突破性的晶體管材料即高-k柵介質和金屬柵極。英特爾將采用這些材料在公司下一代處理器——英特爾®酷睿™2雙核、英特爾®酷睿™2四核處理器以及英特爾®至強®系列多核處理器的數(shù)以億計的45納米晶體管或微小開關中用來構建絕緣“墻”和開關“門”，研發(fā)代碼Penryn。采用了這些先進的晶體管，已經生產出了英特爾45納米微處理器。

晶體管出現(xiàn)的意義

晶體管的出現(xiàn)，是電子技術之樹上綻開的一朵絢麗多彩的奇葩。　　同電子管相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性：　?、倬w管的構件是沒有消耗的。無論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術上的原因，晶體管制作之初也存在同樣的問題。隨著材料制作上的進步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍，稱得起永久性器件的美名。　?、诰w管消耗電能極少，僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產生自由電子。一臺晶體管收音機只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽下去，這對電子管收音機來說，是難以做到的。　?、劬w管不需預熱，一開機就工作。例如，晶體管收音機一開就響，晶體管電視機一開就很快出現(xiàn)畫面。電子管設備就做不到這一點。開機后，非得等一會兒才聽得到聲音，看得到畫面。顯然，在軍事、測量、記錄等方面，晶體管是非常有優(yōu)勢的。　?、芫w管結實可靠，比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比擬的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設計小型、復雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度。　　正因為晶體管的性能如此優(yōu)越，晶體管誕生之后，便被廣泛地應用于工農業(yè)生產、國防建設以及人們日常生活中。1953年，首批電池式的晶體管收音機一投放市場，就受到人們的熱烈歡迎，人們爭相購買這種收音機。接著，各廠家之間又展開了制造短波晶體管的競賽。此后不久，不需要交流電源的袖珍“晶體管收音機”開始在世界各地出售，又引起了一個新的消費熱潮。　　由于硅晶體管適合高溫工作，可以抵抗大氣影響，在電子工業(yè)領域是最受歡迎的產品之一。從1967年以來，電子測量裝置或者電視攝像機如果不是“晶體管化”的，那么就別想賣出去一件。輕便收發(fā)機，甚至車載的大型發(fā)射機也都晶體管化了。　　另外，晶體管還特別適合用作開關。它也是第二代計算機的基本元件。人們還常常用硅晶體管制造紅外探測器。就連可將太陽能轉變?yōu)殡娔艿碾姵?mdash;—太陽能電池也都能用晶體管制造。這種電池是遨游于太空的人造衛(wèi)星的必不可少的電源。晶體管這種小型簡便的半導體元件還為縫紉機、電鉆和熒光燈開拓了電子控制的途徑。　　從1950年至1960年的十年間，世界主要工業(yè)國家投入了巨額資金，用于研究、開發(fā)與生產晶體管和半導體器件。例如，純凈的鍺或硅半導體，導電性能很差，但加入少量其它元素（稱為雜質）后，導電性能會提高許多。但是要想把定量雜質正確地熔入鍺或硅中，必須在一定的溫度下，通過加熱等方法才能實現(xiàn)。而一旦溫度高于攝氏75度，晶體管就開始失效。為了攻克這一技術難關，美國政府在工業(yè)界投資數(shù)百萬美元，　　以開展這項新技術的研制工作。在這樣雄厚的財政資助下，沒過多久，人們便掌握了這種高熔點材料的提純、熔煉和擴散的技術。特別是晶體管在軍事計劃和宇宙航行中的威力日益顯露出來以后，為爭奪電子領域的優(yōu)勢地位，世界各國展開了激烈的競爭。為實現(xiàn)電子設備的小型化，人們不惜成本，紛紛給電子工業(yè)以巨大的財政資助。　　自從1904年弗萊明發(fā)明真空二極管，1906年德福雷斯特發(fā)明真空三極管以來，電子學作為一門新興學科迅速發(fā)展起來。但是電子學真正突飛猛進的進步，還應該是從晶體管發(fā)明以后開始的。尤其是PN結型晶體管的出現(xiàn)，開辟了電子器件的新紀元，引起了一場電子技術的革命。在短短十余年的時間里，新興的晶體管工業(yè)以不可戰(zhàn)勝的雄心和年輕人那樣無所顧忌的氣勢，迅速取代了電子管工業(yè)通過多年奮斗才取得的地位，一躍成為電子技術領域的排頭兵。

晶體管的重要性

晶體管，本名是半導體三極管，是內部含有兩個PN結，外部通常為三個引出電極的半導體器件。它對電信號有放大和開關等作用，應用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管－晶體管邏輯電路，書刊和實用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨立的元件.晶體管是半導體三極管中應用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。　　晶體管被認為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術，汽車和電話等的發(fā)明相提并論。晶體管實際上是所有現(xiàn)代電器的關鍵活動（active）元件。晶體管在當今社會的重要性主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程進行大規(guī)模生產的能力，因而可以不可思議地達到極低的單位成本。　　雖然數(shù)以百萬計的單體晶體管還在使用，絕大多數(shù)的晶體管是和二極管|-{A|zh-cn:二極管;zh-tw:二極體}-，電阻，電容一起被裝配在微芯片（芯片）上以制造完整的電路。模擬的或數(shù)字的或者這兩者被集成在同一塊芯片上。設計和開發(fā)一個復雜芯片的生本是相當高的，但是當分攤到通常百萬個生產單位上，每個芯片的價格就是最小的。一個邏輯門包含20個晶體管，而2005年一個高級的微處理器使用的晶體管數(shù)量達2.89億個。　　晶體管的低成本，靈活性和可靠性使得其成為非機械任務的通用器件，例如數(shù)字計算。在控制電器和機械方面，晶體管電路也正在取代電機設備，因為它通常是更便宜，更有效地僅僅使用標準集成電路并編寫計算機程序來完成同樣的機械任務，使用電子控制，而不是設計一個等效的機械控制。　　因為晶體管的低成本和后來的電子計算機，數(shù)字化信息的浪潮來到了。由于計算機提供快速的查找、分類和處理數(shù)字信息的能力，在-{A|zh-cn:信息;zh-tw:資訊}--{A|zh-cn:數(shù)字;zh-tw:數(shù)位}-化方面投入了越來越多的精力。今天的許多媒體是通過電子形式發(fā)布的，最終通過計算機轉化和呈現(xiàn)為模擬形式。受到數(shù)字化革命影響的領域包括電視，廣播和報紙。　　　半導體三極管，是內部含有兩個PN結，外部通常為三個引出電極的半導體器件。它對電信號有放大和開關等作用，應用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管－晶體管邏輯電路，書刊和實用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨立的元件。半導體三極管是電路中應用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。　　半導體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極 (Base) 和集電極（Collector）；場效應晶體管的三個極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地、集電極接地。最常用的用途應該是屬于訊號放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號轉換……等，晶體管在電路中是個很重要的組件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。　　三極管的導通三極管處于放大狀態(tài)還是開關狀態(tài)要看給三極管基極加的直流偏晶體三極管置，隨這個電流變化，三極管工作狀態(tài)由截止-線性區(qū)-飽和狀態(tài)變化而變，如果三極管Ib（直流偏置點）一定時，三極管工作在線性區(qū)，此時Ic電流的變化只隨著Ib的交流信號變化，Ib繼續(xù)升高，三極管進入飽和狀態(tài)，此時三極管的Ic不再變化，三極管將工作在開關狀態(tài)。　　三極管為開關管使用時工作在飽和狀態(tài)1，用放大狀態(tài)1表示不是很科學。　　請對照三極管手冊的Ib；Ic曲線加以參考我的回答來理解三極管的工作狀態(tài)，三極管be結和ce結導通三極管才能正常工作。　　如果三極管沒有加直流偏置時，放大電路時輸入的交流正弦信號正半周時，基極對發(fā)射極而言是正的，由于發(fā)射結加的是反向電壓，此時沒有基極電流和集電極電流，此時集電極電流變化與基極反相，在輸入電壓的負半周，發(fā)射極電位對于基極電位為正的，此時由于發(fā)射極加的是正向電壓，才有基極和集電極電流通過，此時集電極電流變化與基極同相，在三極管沒有加直流偏置時三極管be結和ce結導通，三極管放大電路將只有半個波輸出將產生嚴重的失真。　　NPN型晶體管示意圖　　晶體管被認為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術，汽車和電話等發(fā)明相提并論。晶體管實際上是所有現(xiàn)代電器的關鍵活動（active）元件。晶體管在當今社會的重要性，主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程，進行大規(guī)模生產的能力，因而可以不可思議地達到極低的單位成本。　　雖然數(shù)以百萬計的單體晶體管還在使用，但是絕大多數(shù)的晶體管是和電阻、電容一起被裝配在微芯片（芯片）上以制造完整的電路。模擬的或數(shù)字的或者這兩者被集成在同一塊芯片上。設計和開發(fā)一個復雜芯片的成本是相當高的，但是當分攤到通常百萬個生產單位上，每個芯片的價格就是最小的。一個邏輯門包含20個晶體管，而2005年一個高級的微處理器使用的晶體管數(shù)量達2.89億個。　　晶體管的低成本、靈活性和可靠性使得其成為非機械任務的通用器件，例如數(shù)字計算。在控制電器和機械方面，晶體管電路也正在取代電機設備，因為它通常是更便宜、更有效地，僅僅使用標準集成電路并編寫計算機程序來完成同樣的機械任務，使用電子控制，而不是設計一個等效的機械控制。　　因為晶體管的低成本和后來的電子計算機、數(shù)字化信息的浪潮來到了。由于計算機提供快速的查找、分類和處理數(shù)字信息的能力，在信息數(shù)字化方面投入了越來越多的精力。今天的許多媒體是通過電子形式發(fā)布的，最終通過計算機轉化和呈現(xiàn)為模擬形式。受到數(shù)字化革命影響的領域包括電視、廣播和報紙。

晶體管分類

按半導體材料和極性分類　　按晶體管使用的半導體材料可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管。按晶體管的極性可分為鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。　　　按結構及制造工藝分類　　晶體管按其結構及制造工藝可分為擴散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管。　　　按電流容量分類　　晶體管按電流容量可分為小功率晶體管、中功率晶體管和大功率晶體管。　　　按工作頻率分類　　晶體管按工作頻率可分為低頻晶體管、高頻晶體管和超高頻晶體管等。　　　按封裝結構分類　　晶體管按封裝結構可分為金屬封裝（簡稱金封）晶體管、塑料封裝（簡稱塑封）晶體管、玻璃殼封裝（簡稱玻封）晶體管、表面封裝（片狀）晶體管和陶瓷封裝晶體管等。其封裝外形多種多樣。　　　按功能和用途分類　　晶體管按功能和用途可分為低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關晶體管、達林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。　　
電力晶體管電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT），所以有時也稱為Power BJT；其特性有：耐壓高，電流大，開關特性好，但驅動電路復雜，驅動功率大；GTR和普通雙極結型晶體管的工作原理是一樣的。　　

光晶體管光晶體管（phototransistor）由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區(qū)內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實現(xiàn)電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（CaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，放大系數(shù)可大于1000，響應時間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場效應光晶體管響應速度快（約為50皮秒），但缺點是光敏面積小，增益?。ǚ糯笙禂?shù)可大于10），常用作極高速光探測器。與此相關還有許多其他平面型光電器件，其特點均是速度快（響應時間幾十皮秒）、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應用。　　

雙極晶體管　　　

雙極晶體管（bipolar transistor）指在音頻電路中使用得非常普遍的一種晶體管。雙極則源于電流系在兩種半導體材料中流過的關系。雙極晶體管根據(jù)工作電壓的極性而可分為NPN型或PNP型。　　

雙極結型晶體管

雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT）又稱為半導體三極管，它是通過一定的工藝將兩個PN結結合在一起的器件，有PNP和NPN兩種組合結構；外部引出三個極：集電極，發(fā)射極和基極，集電極從集電區(qū)引出，發(fā)射極從發(fā)射區(qū)引出，基極從基區(qū)引出（基區(qū)在中間）；BJT有放大作用，重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸?shù)竭_集電區(qū)而實現(xiàn)的，為了保證這一傳輸過程，一方面要滿足內部條件，即要求發(fā)射區(qū)雜質濃度要遠大于基區(qū)雜質濃度，同時基區(qū)厚度要很小，另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結要正向偏置（加正向電壓）、集電結要反偏置；BJT種類很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半導體材料分，有硅管和鍺管等；其構成的放大電路形式有：共發(fā)射極、共基極和共集電極放大電路。　　

場效應晶體管

場效應晶體管（field effect transistor）利用場效應原理工作的晶體管。英文簡稱FET。場效應就是改變外加垂直于半導體表面上電場的方向或大小，以控制半導體導電層（溝道）中多數(shù)載流子的密度或類型。它是由電壓調制溝道中的電流，其工作電流是由半導體中的多數(shù)載流子輸運。這類只有一種極性載流子參加導電的晶體管又稱單極型晶體管。與雙極型晶體管相比，場效應晶體管具有輸入阻抗高、噪聲小、極限頻率高、功耗小，制造工藝簡單、溫度特性好等特點，廣泛應用于各種放大電路、數(shù)字電路和微波電路等。以硅材料為基礎的金屬慚躉物舶氳繼宄⌒в管（MOSFET)和以砷化鎵材料為基礎的肖特基勢壘柵場效應管（MESFET場效應晶體管）是兩種最重要的場效應晶體管，分別為MOS大規(guī)模集成電路和MES超高速集成電路的基礎器件。　　

靜電感應晶體管　　　

靜電感應晶體管SIT(Static Induction Transistor)誕生于1970年，實際上是一種結型場效應晶體管。將用于信息處理的小功率SIT器件的橫向導電結構改為垂直導電結構，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一種多子導電的器件，其工作頻率與電力MOSFET相當，甚至超過電力MOSFET，而功率容量也比電力MOSFET大，因而適用于高頻大功率場合，目前已在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等某些專業(yè)領域獲得了較多的應用。　　但是SIT在柵極不加任何信號時是導通的，柵極加負偏壓時關斷，這被稱為正常導通型器件，使用不太方便。此外，SIT通態(tài)電阻較大，使得通態(tài)損耗也大，因而SIT還未在大多數(shù)電力電子設備中得到廣泛應用。　　
單電子晶體管　　　

用一個或者少量電子就能記錄信號的晶體管。隨著半導體刻蝕技術和工藝的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來越高。以動態(tài)隨機存儲器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發(fā)展，預計單電子晶體管將是最終的目標。目前一般的存儲器每個存儲元包含了20萬個電子，而單電子晶體管每個存儲元只包含了一個或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實驗上發(fā)現(xiàn)了庫侖阻塞現(xiàn)象。在調制摻雜異質結界面形成的二維電子氣上面，制作一個面積很小的金屬電極，使得在二維電子氣中形成一個量子點，它只能容納少量的電子，也就是它的電容很小，小于一個？F (10~15法拉)。當外加電壓時，如果電壓變化引起量子點中電荷變化量不到一個電子的電荷，則將沒有電流通過。直到電壓增大到能引起一個電子電荷的變化時，才有電流通過。因此電流-電壓關系不是通常的直線關系，而是臺階形的。這個實驗在歷史上第一次實現(xiàn)了用人工控制一個電子的運動，為制造單電子晶體管提供了實驗依據(jù)。為了提高單電子晶體管的工作溫度，必須使量子點的尺寸小于10納米，目前世界各實驗室都在想各種辦法解決這個問題。有些實驗室宣稱已制出室溫下工作的單電子晶體管，觀察到由電子輸運形成的臺階型電流——電壓曲線，但離實用還有相當?shù)木嚯x。　　
絕緣柵雙極晶體管　　

絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場效應晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點，具有良好的特性，應用領域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。

主要參數(shù)

晶體管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。　　※ 電流放大系數(shù) 　　電流放大系數(shù)也稱電流放大倍數(shù)，用來表示晶體管放大能力。　　根據(jù)晶體管工作狀態(tài)的不同，電流放大系數(shù)又分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。　　1、直流電流放大系數(shù) 直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號輸入時，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或β表示。　　2、交流電流放大系數(shù) 交流電流放大系數(shù)也稱動態(tài)電流放大系數(shù)或交流放大倍數(shù)，是指在交流狀態(tài)下，晶體管集電極電流變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。　　hFE或β既有區(qū)別又關系密切，兩個參數(shù)值在低頻時較接近，在高頻時有一些差異。
耗散功率
　　耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。　　耗散功率與晶體管的最高允許結溫和集電極最大電流有密切關系。晶體管在使用時，其實際功耗不允許超過PCM值，否則會造成晶體管因過載而損壞。　　通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱為小功率晶體管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱為中功率晶體管，將PCM等于或大于5W的晶體管稱為大功率晶體管。
頻率特性
　　晶體管的電流放大系數(shù)與工作頻率有關。若晶體管超過了其工作頻率范圍，則會出現(xiàn)放大能力減弱甚至失去放大作用。　　晶體管的頻率特性參數(shù)主要包括特征頻率fT和最高振蕩頻率fM等。　　1、特征頻率fT 晶體管的工作頻率超過截止頻率fβ或fα時，其電流放大系數(shù)β值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指β值降為1時晶體管的工作頻率。　　通常將特征頻率fT小于或等于3MHZ的晶體管稱為低頻管，將fT大于或等于30MHZ的晶體管稱為高頻管，將fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶體管稱為中頻管。　　2、最高振蕩頻率fM 最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時所對應的頻率。　　通常，高頻晶體管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率fα，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率fα、低于共集電極截止頻率fβ。　　集電極最大電流ICM 　　集電極最大電流是指晶體管集電極所允許通過的最大電流。當晶體管的集電極電流IC超過ICM時，晶體管的β值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。　　最大反向電壓　　最大反向電壓是指晶體管在工作時所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極—基極反向擊穿電壓和發(fā)射極—基極反向擊穿電壓。　　1、集電極——集電極反向擊穿電壓該電壓是指當晶體管基極開路時，其集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓，一般用VCEO或BVCEO表示。　　2、基極—— 基極反向擊穿電壓該電壓是指當晶體管發(fā)射極開路時，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或BVCBO表示。　　3、發(fā)射極——發(fā)射極反向擊穿電壓該電壓是指當晶體管的集電極開路時，其發(fā)射極與基極與之間的最大允許反向電壓，用VEBO或BVEBO表示。
反向電流　

晶體管的反向電流包括其集電極—基極之間的反向電流ICBO和集電極—發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO。　　1．集電極——基極之間的反向電流ICBO ICBO也稱集電結反向漏電電流，是指當晶體管的發(fā)射極開路時，集電極與基極之間的反向電流。ICBO對溫度較敏感，該值越小，說明晶體管的溫度特性越好。　　2．集電極——發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO ICEO是指當晶體管的基極開路時，其集電極與發(fā)射極之間的反向漏電電流，也稱穿透電流。此電流值越小，說明晶體管的性能越好。

晶體管開關的作用

　?。ㄒ唬┛刂拼蠊β?　　現(xiàn)在的功率晶體管能控制數(shù)百千瓦的功率，使用功率晶體管作為開關有很多優(yōu)點，主要是；　　(1)容易關斷，所需要的輔助元器件少，　　(2)開關迅速，能在很高的頻率下工作，　　(3)可得到的器件耐壓范圍從100V到700V，應有盡有．　　幾年前，晶體管的開關能力還小于10kW。目前，它已能控制高達數(shù)百千瓦的功率。這主要歸功于物理學家、技術人員和電路設計人員的共同努力，改進了功率晶體管的性能。如　　(1)開關晶體管有效芯片面積的增加，　　(2)技術上的簡化，　　(3)晶體管的復合——達林頓，　　(4)用于大功率開關的基極驅動技術的進步。、　?。ǘ┲苯庸ぷ髟谡?80V市電上的晶體管功率開關　　晶體管復合(達林頓)和并聯(lián)都是有效地增加晶體管開關能力的方法。　　在這樣的大功率電路中，存在的主要問題是布線。很高的開關速度能在很短的連接線上產生相當高的干擾電壓。　　（三）簡單和優(yōu)化的基極驅動造就的高性能　　今日的基極驅動電路不僅驅動功率晶體管，還保護功率晶體管，稱之為“非集中保護” (和集中保護對照)。集成驅動電路的功能包括：　　(1)開通和關斷功率開關；　　(2)監(jiān)控輔助電源電壓；　　(3)限制最大和最小脈沖寬度；　　(4)熱保護；　　(5)監(jiān)控開關的飽和壓降。

如何用萬用表測試三極管

　　（1）判別基極和管子的類型　　選用歐姆檔的R*100（或R*1K）檔，先用紅表筆接一個管腳，黑表筆接另一個管腳，可測出兩個電阻值，然后再用紅表筆接另一個管腳，重復上述步驟，又測得一組電阻值，這樣測3次，其中有一組兩個阻值都很小的，對應測得這組值的紅表筆接的為基極，且管子是PNP型的；反之，若用黑表筆接一個管腳，重復上述做法，若測得兩個阻值都小，對應黑表筆為基極，且管子是NPN型的。　?。?）判別集電極　　因為三極管發(fā)射極和集電極正確連接時β大（表針擺動幅度大），反接時β就小得多。因此，先假設一個集電極，用歐姆檔連接，（對NPN型管，發(fā)射極接黑表筆，集電極接紅表筆）。測量時，用手捏住基極和假設的集電極，兩極不能接觸，若指針擺動幅度大，而把兩極對調后指針擺動小，則說明假設是正確的，從而確定集電極和發(fā)射極。　?。ǎ常╇娏鞣糯笙禂?shù)β的估算　　選用歐姆檔的R*100（或R*1K）檔，對NPN型管，紅表筆接發(fā)射極，黑表筆接集電極，測量時，只要比較用手捏住基極和集電極（兩極不能接觸），和把手放開兩種情況小指針擺動的大小，擺動越大，β值越高。

晶體管的檢測和更換

　　電路中的晶體管主要有晶體二極管、晶體三極管、可控硅和場效應管等等，其中最常用的是三極管和二極管，如何正確地判斷二、三極管的好壞等是學維修關鍵之一。　　1晶體二極管：首先我們要知道該二極管是硅管還是鍺管的，鍺管的正向壓降一般為0.1伏～0.3伏之間，而硅管一般為0.6伏～0.7伏之間。測量方法為：用兩只萬用表測量，當一只萬用表測量其正向電阻的同時用另外一只萬用表測量它的管壓降。最后可根據(jù)其管壓降的數(shù)值來判斷是鍺管還是硅管。硅管可用萬用表的R×1K擋來測量，鍺管可用R×100擋來測。一般來說，所測的二極管的正反向電阻兩者相差越懸殊越好。一般如正向電阻為幾百到幾千歐，反向電阻為幾十千歐以上，就可初步斷定這個二極管是好的。同時可判定二極管的正負極，當測得的阻值為幾百歐或幾千歐時，為二極管的正向電阻，這時負表筆所接的為負極，正表筆所接的為正極。另外，如果正反向電阻為無窮大，表示其內部斷線；正反向電阻一樣大，這樣的二極管也有問題；正反向電阻都為零表示已短路。　　2晶體三極管：　晶體三極管主要起放大作用，那么如何來判測三極管的放大能力呢？其方法是：將萬用表調到R×100擋或R×1K擋，當測NPN型管時，正表筆接發(fā)射極，負表筆接集電極，測出的阻值一般應為幾千歐以上；然后在基極和集電極之間串接一個100千歐的電阻，這時萬用表所測的阻值應明顯的減少，變化越大，說明該三極管的放大能力越強，如果變化很小或根本沒有變化，那就說明該三極管沒有放大能力或放大能力很弱。　　電極的判斷方法　　測量的鍺管用R*100檔，硅管用R*1k檔，先固定紅表筆與任意一支腳接觸，黑表筆分別對其余兩支腳測量?？茨芊裾业絻蓚€小電阻，若不能再把紅表筆移向其他的腳繼續(xù)測量照顧到兩個小電阻為止，若固定紅線找不到兩個小電阻，可固定黑表筆繼續(xù)查找。　　當找到兩個小電阻后，所固定的一支表筆所用的為基極。若固定的表筆為黑筆，則三極管為NPN型，若固定的為紅筆，則該管為PNP。　　A 判斷ce極電阻法　　用萬用表測量除基極為的兩極的電阻，交換表筆測兩次，如果是鍺管，所測電阻較小的一次為準，若為PNP型，測黑表筆所接的為發(fā)射極，紅表筆接的是集電極，若為NPN型，測黑表筆所接的為集電極，紅表筆接的是發(fā)射極；如果是硅管，所測電阻較大的一次為準，若為PNP型，測黑表筆所接的為發(fā)射極，紅表筆接的是集電極，若為NPN型，測黑表筆所接的為集電極，紅表筆接的是發(fā)射極。　　B PN結正向電阻法　　分別測兩PN結的正向電阻，較大的為發(fā)射極，較小的為集電極。　　C 放大系數(shù)法　　用萬用表的兩支表筆與基極除外的兩支腳接觸，若為PNP，則用手指接觸基極與紅筆所接的那一極看指針擺動的情況，然后交換表筆測一次，以指針擺動幅度大的一次為準，這時，接紅表筆的為集電極；若為NPN，則用手指接觸基極與紅筆所接的那一極看指針擺動的情況，然后交換表筆測一次，以指針擺動幅度大的一次為準，這時，接黑表筆的為集電極。　　注意:模擬表和數(shù)字表的區(qū)別,模擬表的紅表筆接的是電源的負極，而數(shù)字表相反。

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晶體管

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