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發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:48
1947年12月,貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰·巴丁、沃爾特·豪澤·布喇頓在威廉·肖克利的指導(dǎo)下共同發(fā)明了點(diǎn)接觸形式的雙極性晶體管。1948年,肖克利發(fā)明了采用結(jié)型構(gòu)造的雙極性晶體管。在其后的大約三十年時(shí)間內(nèi),這種器件是制造分立元件電路和集成電路的不二選擇。早期的晶體管是由鍺制造的。在1950年代和1960年代,鍺晶體管的使用多于硅晶體管。相對(duì)于硅晶體管,鍺晶體管的截止電壓更小,通常約0.2伏特,這使得鍺晶體管適用于某些應(yīng)用場(chǎng)合。在晶體管的早期歷史中,曾有多種雙極性晶體管的制造方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。鍺晶體管的一個(gè)主要缺點(diǎn)是它容易產(chǎn)生熱失控。由于鍺的禁帶寬度較窄,并且要穩(wěn)定工作則要求的溫度相對(duì)硅半導(dǎo)體更嚴(yán),因此大多數(shù)現(xiàn)代的雙極性晶體管是由硅制造的。采用硅材料的另一個(gè)重要原因是硅在地球上的儲(chǔ)量比鍺豐富得多(僅次于氧)。
后來(lái),人們也開(kāi)始使用以砷化鎵為代表的化合物來(lái)制造半導(dǎo)體晶體管。砷化鎵的電子遷移率為硅的5倍,用它制造的晶體管能夠達(dá)到較高的工作頻率。此外,砷化鎵熱導(dǎo)率較低,有利于高溫下進(jìn)行的加工。化合物晶體管通常可以應(yīng)用于高速器件。雙極性晶體管能夠提供信號(hào)放大,它在功率控制、模擬信號(hào)處理等領(lǐng)域有所應(yīng)用。此外,由于基極-發(fā)射極偏置電壓與溫度、電流的關(guān)系已知,雙極性晶體管還可以被用來(lái)測(cè)量溫度。根據(jù)基極-發(fā)射極電壓與基極-發(fā)射極和集電極-發(fā)射極電流的對(duì)數(shù)關(guān)系,雙極性晶體管也能被用來(lái)計(jì)算對(duì)數(shù)或求自然對(duì)數(shù)的冪指數(shù)。
隨著人們對(duì)于能源問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷加深,場(chǎng)效應(yīng)管(如CMOS)技術(shù)憑借更低的功耗,在數(shù)字集成電路中逐漸成為主流,雙極性晶體管在集成電路中的使用由此逐漸變少。但是應(yīng)當(dāng)看到,即使在現(xiàn)代的集成電路中,雙極性晶體管依然是一種重要的器件,市場(chǎng)上仍有大量種類(lèi)齊全、價(jià)格低廉的晶體管產(chǎn)品可供選擇。與金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET,它是場(chǎng)效應(yīng)管的一種,另一種為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管)相比,雙極性晶體管能提供較高的跨導(dǎo)和輸出電阻,并具有高速、耐久的特性,在功率控制方面能力突出。因此,雙極性晶體管依舊是組成模擬電路,尤其是甚高頻應(yīng)用電路(如無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的射頻電路)的重要配件。雙極性晶體管可以通過(guò)BiCMOS技術(shù)與和MOSFET制作在一塊集成電路上,這樣就可以充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)(如雙極性晶體管的電流放大能力和場(chǎng)效應(yīng)管的低功耗特點(diǎn))
從基極區(qū)域的少數(shù)載流子濃度出發(fā),可以解釋集電極的載流子流動(dòng)。如果雙極性晶體管為小注入(low level injection),即通過(guò)某些物理過(guò)程(如光注入或電注入)引入的非平衡載流子(excess carrier,或稱(chēng)“過(guò)剩載流子”)比熱平衡時(shí)的多數(shù)載流子少得多,雙極性擴(kuò)散(即非平衡多數(shù)載流子和少數(shù)載流子以相同速率流動(dòng))速率實(shí)際上由非平衡少數(shù)載流子決定。另外,雙極性晶體管處理高頻信號(hào)的能力還受限于基極區(qū)域載流子的渡越時(shí)間。
一個(gè)雙極性晶體管由三個(gè)不同的摻雜半導(dǎo)體區(qū)域組成,它們分別是發(fā)射極區(qū)域、基極區(qū)域和集電極區(qū)域。這些區(qū)域在NPN型晶體管中分別是N型、P型和N型半導(dǎo)體,而在PNP型晶體管中則分別是P型、N型和P型半導(dǎo)體。每一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域都有一個(gè)引腳端接出,通常用字母E、B和C來(lái)表示發(fā)射極(Emitter)、基極(base)和集電極(Collector)。
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