晶体管

升华 · 发表于 2006-8-7 02:14:00

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晶体管
【简介】
晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。
半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管－晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。半导体三极管是电路中应用最广泛的器件之一，在电路中用 “V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。
半导体三极管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极 (Base) 和集电极（Collector）；场效应晶体管的三个极，分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、基极接地（又称路最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换……等，晶体管在电路中是个很重要的组件，许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。
三极管的导通三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的直流偏置，随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变，如果三极管Ib（直流偏置点）一定时，三极管工作在线性区，此时Ic电流的变化只随着Ib的交流信号变化，Ib继续升高，三极管进入饱和状态，此时三极管的Ic不再变化，三极管将工作在开关状态。
三极管为开关管使用时工作在饱和状态1，用放大状态1表示不是很科学。
请对照三极管手册的Ib；Ic曲线加以参考我的回答来理解三极管的工作状态，三极管be结和ce结导通三极管才能正常工作。
如果三极管没有加直流偏置时，放大电路时输入的交流正弦信号正半周时，基极对发射极而言是正的，由于发射结加的是反向电压，此时没有基极电流和集电极电流，此时集电极电流变化与基极反相，在输入电压的负半周，发射极电位对于基极电位为正的，此时由于发射极加的是正向电压，才有基极和集电极电流通过，此时集电极电流变化与基极同相，在三极管没有加直流偏置时三极管be结和ce结导通，三极管放大电路将只有半个波输出将产生严重的失真。
晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性，主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程，进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。
虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，但是绝大多数的晶体管是和电阻、电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。
晶体管的低成本、灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜、更有效地，仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。
因为晶体管的低成本和后来的电子计算机、数字化信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力，在信息数字化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的，最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视、广播和报纸。
※ 英文简述
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.
【历史】
1947 年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、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降生吹响了号角。
　　 20世纪最初的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。
　　晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。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。
　　由于电子管处理高频信号的效果不理想，人们就设法改进矿石收音机中所用的矿石触须式检波器。在这种检波器里，有一根与矿石（半导体）表面相接触的金属丝（像头发一样细且能形成检波接点），它既能让信号电流沿一个方向流动，又能阻止信号电流朝相反方向流动。在第二次世界大战爆发前夕，贝尔实验室在寻找比早期使用的方铅矿晶体性能更好的检波材料时，发现掺有某种极微量杂质的锗晶体的性能不仅优于矿石晶体，而且在某些方面比电子管整流器还要好。
　　在第二次世界大战期间，不少实验室在有关硅和锗材料的制造和理论研究方面，也取得了不少成绩，这就为晶体管的发明奠定了基础。
　　为了克服电子管的局限性，第二次世界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基础研究。肖克莱等人决定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。
　　 1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。布拉顿早在1929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。
　　布拉顿等人，还想出有效的办法，来实现这种放大效应。他们在发射极和基极之间输入一个弱信号，在集电极和基极之间的输出端，就放大为一个强信号了。在现代电子产品中，上述晶体三极管的放大效应得到广泛的应用。
　　巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。不久之后，他们利用两个靠得很近(相距0.05毫米)的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。
　　在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移电流来工作的，于是取名为trans- resister(转换电阻)，后来缩写为transister，中文译名就是晶体管。
　　由于点接触型晶体管制造工艺复杂，致使许多产品出现故障，它还存在噪声大、在功率大时难于控制、适用范围窄等缺点。为了克服这些缺点，肖克莱提出了用一种 "整流结"来代替金属半导体接点的大胆设想。半导体研究小组又提出了这种半导体器件的工作原理。
　　 1950年，第一只“面结型晶体管”问世了，它的性能与肖克莱原来设想的完全一致。今天的晶体管，大部分仍是这种面结型晶体管。
　　 1956年，肖克莱、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。

升华 · 发表于 2006-8-7 02:16:00

电阻的分类　　 a.按阻值特性:固定电阻、可调电阻、特种电阻(敏感电阻) .
　　不能调节的,我们称之为固定电阻,而可以调节的,我们称之为可调电阻.常见的例如收音机音量调节的,主要应用于电压分配的,我们称之为电位器.
　　 b.按制造材料:碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻，捷比信电阻，薄膜电阻等.
　　 C.按安装方式: 插件电阻、贴片电阻
　　 d.按功能分：负载电阻，采样电阻，分流电阻，保护电阻等
　　电阻的主要参数
　　 a. 标称阻值:标称在电阻器上的电阻值称为标称值.单位: Ω, kΩ, MΩ.标称值是根据国家制定的标准系列标注的,不是生产者任意标定的. 不是所有阻值的电阻器都存在.
　　 b.允许误差:电阻器的实际阻值对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差.误差代码:F 、 G 、 J、 K… （常见的误差范围是：0.01%，0.05%，0.1%，0.5%，0.25%，1%，2%,5% 等）
　　 c. 额定功率:指在规定的环境温度下,假设周围空气不流通,在长期连续工作而不损坏或基本不改变电阻器性能的情况下,电阻器上允许的消耗功率.常见的有1/16W 、 1/8W 、 1/4W 、 1/2W 、 1W 、 2W 、 5W 、10W
　　阻值和误差的标注方法
　　 a.直标法—将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上.
　　 eg: 5.1k Ω 5% 5.1k Ω J
　　 b.文字符号法—将文字、数字两者有规律组合起来表示电阻器的主要参数.
　　 eg: 0.1Ω=Ω1=0R1, 3.3Ω=3Ω3=3R3,3K3=3.3KΩ
　　 c.色标法—用不同颜色的色环来表示电阻器的阻值及误差等级.普通电阻一般有4环表示,精密电阻用5环.
　　 d.数码法
　　用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10^n(n=0～8)。当n=9时为特例，表示10^(-1)。
　　 0-10欧带小数点电阻值表示为XRX,RXX. eg :
　　 471=470Ω 105=1M 2R2=2.2Ω
　　塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。电容上数码标示479为 47*10^(-1)=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Ω。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为pF，电感一般不用数码标示。
　　色环电阻第一环如何确定
　　请参照色标法图片
　　 a.四环电阻:
　　因表示误差的色环只有金色或银色,色环中的金色或银色环一定是第四环.
　　 b.五环电阻:
　　 (1)从阻值范围判断:因为一般电阻范围是0-10M,如果我们读出的阻值超过这个范围,可能是第一环选错了.
　　 (2)从误差环的颜色判断:表示误差的色环颜色有银、金、紫、蓝、绿、红、棕.如里靠近电阻器端头的色环不是误差颜色,则可确定为第一环.
普通电阻的选用常识
　　 a.正确选有电阻器的阻值和误差:
　　阻值选用:原则是所用电阻器的标称阻值与所需电阻器阻值差值越小越好.
　　误差选用:时间常数RC电路所需电阻器的误差尽量小.一般可选5%以内.对退耦电路,反馈电路滤波电路负载电路对误差要求不太高.可选10%-20%的电阻器.
　　 b.注意电阻器的极限参数:
　　额定电压:当实际电压超过额定电压时,即便满足功率要求,电阻器也会被击穿损坏.
　　额定功率:所选电阻器的额定功率应大于实际承受功率的两倍以上才能保证电阻器在电路中长期工作的可靠性.
　　 c.要首选通用型电阻器:
　　通用型电阻器种类较多、规格齐全、生产批量大,且阻值范围、外观形状、体积大小都有挑选的余地,便于采购、维修.
　　 d.根据电路特点选用:
　　高频电路:分布参数越小越好,应选用金属膜电阻、金属氧化膜电阻等高频电阻.
　　低频电路:绕线电阻、碳膜电阻都适用.
　　功率放大电路、偏置电路、取样电路:电路对稳定性要求比较高,应选温度系数小的电阻器.
　　退耦电路、滤波电路: 对阻值变化没有严格要求,任何类电阻器都适用.
　　 e.根据电路板大小选用电阻:
　　敏感电阻器常识:
　　 a.热敏电阻:
　　是一种对温度极为敏感的电阻器.分为正温度系数和负温度系数电阻器.选用时不仅要注意其额定功率、最大工作电压、标称阻值,更要注意最高工作温度和电阻温度系数等参数,并注意阻值变化方向.
　　 b.光敏电阻:
　　阻值随着光线的强弱而发生变化的电阻器. 分为可见光光敏电阻、红外光光敏电阻、紫外光光敏电阻.选用时先确定电路的光谱特性.
　　 c.压敏电阻:
　　是对电压变化很敏感的非线性电阻器.当电阻器上的电压在标称值内时,电阻器上的阻值呈无穷大状态,当电压略高于标称电压时,其阻值很快下降,使电阻器处于导通状态,当电压减小到标称电压以下时,其阻值又开始增加.
　　压敏电阻可分为无极性(对称型)和有极性(非对称型)压敏电阻.选用时,压敏电阻器的标称电压值应是加在压敏电阻器两端电压的2-2.5倍.另需注意压敏电阻的温度系数.
　　 d.湿敏电阻:
　　是对湿度变化非常敏感的电阻器,能在各种湿度环境中使用.它是将湿度转换成电信号的换能器件.选用时应根据不同类型号的不同特点以及湿敏电阻器的精度、湿度系数、响应速度,湿度量程等进行选用.
　　注:电阻在低频的时候表现出来的主要特性是电阻特性,但在高频时,不仅表现出电阻特性,还表现出电抗特性的一面这在无线电方面(射频电路中尤其重要).

升华 · 发表于 2006-8-7 02:24:00

常见导体的电阻率以及计算　　物体电阻计算公式：R=ρL/S，其中，L为物体长度，S为物体的横截面积，比例系数ρ叫做物体的电阻系数或是电阻率，它与物体的材料有关，在数值上等于单位长度、单位面积的物体在20℃时所具有的电阻值。
　　常见导体的电阻率
　　材料 20℃时的电阻率（µΩ? m）
　　银 0.016
　　铜 0.0172
　　金 0.022
　　铝 0.029
　　锌 0.059
　　铁 0.0978
　　铅 0.206
　　汞 0.958
　　碳 25
　　康铜（54%铜，46%镍） 0.50
　　锰铜（86%铜，12%锰，2%镍） 0.43
国家标准电阻标称值
　　标称值系列
　　 E24（误差±5%）：1.0，1.1，1.2，1.3，1.5，1.6，1.8，2.0，2.2，2.4，2.7，3.0，3.3，3.6，3.9，4.3，4.7，5.1，5.6，6.2，6.8，7.5，8.2，9.1
　　 E12（误差±10%）：1.0，1.2，1.5，1.8，2.2，3.0，3.9，4.7，5.6，6.8，8.2
　　 E6（误差±20%）：1.0，1.5，2.2，3.3，4.7，6.8
　　标称额定功率：
　　线绕电阻系列：3W，4W，8W，10W，16W，25W，40W，50W，75W，100W，150W，250W，500W
　　非线绕电阻系列：0.05W，0.125W，0.25W，0.5W，1W，2W，5W
　　英语解释：
　　 Resistance means the inhibition from conductor to current. The symbol of resistance is (R) and the unit of resistance is (?).
　　电阻计算公式：R=U/I=U方/P
　　接地电流：在大地或在接地极中流过的电流。
　　接地导体：指构成地的导体，该导体将设备、电气器件、布线系统、或其他导体（通常指中性线）与接地极连接。
　　接地极：构成地的一种导体。
　　接地连接：用来构成地的连接，系由接地导体、接地极和围绕接地极的大地（土壤）或代替大地的导电体组成。
　　接地网：由埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地极，用以为电气设备和金属结构提供共同地。
　　接地系统：在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统。
　　接地极地电阻：接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。（注：所谓远方是指一段距离，在此距离下，两个接地极互阻基本为零。）
　　接地极互阻：指以欧姆为单位表示的，一个接地极1A直流电流变量在另一接地极产生的电压变量。
　　电位：指某点与被认为具有零电位的某等电位面（通常是远方地表面）间的电位差。
　　接触电压：接地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差。此距离通常等于最大的水平伸臂距离，约为1m。
　　跨步电压：地面一步距离的两点间的电位差，此距离取最大电位梯度方向上1m的长度。（注：当工作人员站立在大地或某物之上，而有电流流过该大地或该物时，此电位差可能是危险的，在故障状态时尤其如此）
　　（架空线防雷保护用）接地极：指一个导体或一组导体，装设在输电线路下方，位于地面或地面上方，但绝大多数在地下，并与铁塔或电杆基础相连。
　　土壤电阻率：是指一个单位立方体的对立面之间的电阻，通常以Ω?m或Ω?cm为单位。
电阻的命名方法
　　根据部颁标准（SJ-73）规定，电阻器、电位器的命名由下列四部分组成：第一部分（主称）；第二部分：（材料）；第三部分（分类特征）；第四部分（序号）。它们的型号及意义见下表。
　　
电阻

　　并联等效电阻
　　电阻相并联的电路,两端外加电压,总电流为I,各支路电流分别为I1,I2....In.
　　根据KCL规律,I=I1+I2+....+In=U/R
　　 R为并联电路的总电阻,称为并联等效电阻.
　　串联等效电阻
　　电阻相串联的电路,两端外加电压,各电阻上流过同一电流.
　　根据KVL规律,串联电阻的总电阻就称为串联等效电阻.
　　电路计算中,需把握电流相等这一原则.

华胜工作室 · 发表于 2006-8-19 19:09:00

好文章，不错啊，点赞了，可以收藏学习了啊！~

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[电子] 晶体管

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