三極管,全稱應為半導體三極管,也稱雙極型晶體管,晶體三極管,是一種電流控制電流的半導體器件.其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號, 也用作無觸點開關。什么是三極管 (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[1]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,嚴謹的說,在英文里面根本就沒有三個腳的管子這樣一個詞匯?。?!
電子三極管 Triode (俗稱電子管的一種)
雙極型晶體管 BJT (Bipolar Junction Transistor)
J型場效應管 Junction gate FET(Field Effect Transistor)
金屬氧化物半導體場效應晶體管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全稱
V型槽場效應管 VMOS (Vertical Metal Oxide Semiconductor )
注:這三者看上去都是場效應管,其實結構千差萬別
J型場效應管 金屬氧化物半導體場效應晶體管 V溝道場效應管 是 單極(Unipolar)結構的,是和 雙極(Bipolar)是對應的,所以也可以統(tǒng)稱為單極晶體管(Unipolar Junction Transistor)
其中J型場效應管是非絕緣型場效應管,MOS FET 和VMOS都是絕緣型的場效應管
VMOS是在 MOS的基礎上改進的一種大電流,高放大倍數(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管的一種大功率改經型產品,但是結構上已經與傳統(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】
三極管的發(fā)明
1947年12月23日,美國新澤西州墨累山的貝爾實驗室里,3位科學家——巴丁博士、布菜頓博士和肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實驗。他們在導體電路中正在進行用半導體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學家驚奇地發(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,因而產生了放大效應。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”。另外這3位科學家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學獎。
晶體管促進并帶來了“固態(tài)革命”,進而推動了全球范圍內的半導體電子工業(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用,并產生了巨大的經濟效益。由于晶體管徹底改變了電子線路的結構,集成電路以及大規(guī)模集成電路應運而生,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。
2工作原理
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兩種結構形式,但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管,(其中,N表示在高純度硅中加入磷,是指取代一些硅原子,在電壓刺激下產生自由電子導電,而p是加入硼取代硅,產生大量空穴利于導電)。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型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成,發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。
當b點電位高于e點電位零點幾伏時,發(fā)射結處于正偏狀態(tài),而C點電位高于b點電位幾伏時,集電結處于反偏狀態(tài),集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。
在制造三極管時,有意識地使發(fā)射區(qū)的多數載流子濃度大于基區(qū)的,同時基區(qū)做得很薄,而且,要嚴格控制雜質含量,這樣,一旦接通電源后,由于發(fā)射結正偏,發(fā)射區(qū)的多數載流子(電子)及基區(qū)的多數載流子(空穴)很容易地越過發(fā)射結互相向對方擴散,但因前者的濃度基大于后者,所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流,這股電子流稱為發(fā)射極電流了。
由于基區(qū)很薄,加上集電結的反偏,注入基區(qū)的電子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic,只剩下很少(1-10%)的電子在基區(qū)的空穴進行復合,被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給,從而形成了基極電流Ibo.根據電流連續(xù)性原理得:
Ie=Ib+Ic
這就是說,在基極補充一個很小的Ib,就可以在集電極上得到一個較大的Ic,這就是所謂電流放大作用,Ic與Ib是維持一定的比例關系,即:
β1=Ic/Ib
式中:β1--稱為直流放大倍數,
集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為:
β= △Ic/△Ib
式中β--稱為交流電流放大倍數,由于低頻時β1和β的數值相差不大,所以有時為了方便起見,對兩者不作嚴格區(qū)分,β值約為幾十至一百多。
三極管是一種電流放大器件,但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用,通過電阻轉變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?