三極管
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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,是一種控制電流的半導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。晶體三極管,是半導體基本元器件之一,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體基片上制作兩個相距很近的PN結,兩個PN結把整塊半導體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側部分是發(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 料半導體應用領域實現(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?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,其實金屬氧化物半導體場效應晶體管 、V型槽溝道場效應管 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(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
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”。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。
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兩種結構形式,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型半導體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子,在電壓刺激下產生自由電子導電,而P是正極的意思(Positive)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 (Emitter)、
基極b (Base)和
集電極c (Collector)。如右圖所示
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(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)射極電流子。
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)而形成集電極電流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(jù)電流連續(xù)性原理得: