今日小R与你讲——晶体管的故事

标签:晶体管MOS
分享到:

概述一

1. 1948年、在贝尔电话研究所诞生。(公开宣布是在 1948 年 6 月 30 日)

晶体管是用于放大或切换电子信号和电功率的半导体器件。它由半导体材料组成,通常具有至少三个用于连接到外部电路的端子。施加到一对晶体管端子的电压或电流控制通过另一对端子的电流。因为受控(输出)功率可以高于控制(输入)功率,所以晶体管可以放大信号。今天,一些晶体管是单独封装的,但是更多的晶体管被嵌入到集成电路中。 

晶体管是现代电子设备的基本构件,并且在现代电子系统中无处不在。 Julius Edgar Lilienfeld在1926年获得了一个场效应晶体管专利,但当时不可能真正构建一个工作装置。第一个实际实现的装置是由美国物理学家John Bardeen,Walter Brattain和William Shockley于1947年发明的点接触晶体管。晶体管彻底改变了电子领域,为更小,更便宜的无线电,计算器和计算机等铺平了道路。晶体管在电子设备的IEEE里程碑列表中。Bardeen,Brattain和Shockley分享了1956年诺贝尔物理学奖的成就。

2. 从锗到硅

最初,晶体管是由锗(半导体)做成的。
但是,锗具有在80°C左右时发生损坏的缺点,因此现在几乎都使用硅。
硅是可以耐180°C左右热度的物质。

3. 晶体管的作用是"增幅"和"开关"。

比如收音机。放大空中传播的极微弱信号,使音箱共鸣。这一作用便是晶体管的增幅作用。不改变输入信号的波形,只放大电压或电流。
这是模拟信号的情况,但是计算机等使用的数字信号中,晶体管起着切换0和1的开关作用。
IC及LSI归根结底是晶体管的集合,其作用的基础便是晶体管的增幅作用。

4. 集电阻和晶体管于一体

原来基板上的电阻和晶体管分别安装,数字晶体管即是内置了电阻的晶体管。
数字晶体管有诸多优点如:
1. 安装面积减少 2. 安装时间减 3. 部件数量减少 等等。

1

数字晶体管是ROHM的专利。
内置电阻的晶体管是由ROHM最早开发并取得专利的。

5. 基极是自来水的阀门,发射极是配管,集电极是水龙头。

用自来水的构造来举例说明晶体管的作用。把晶体管的3个引脚-基极、集电极和发射极分别视作自来水的阀门、水龙头和配管。通过微小之力(即基极的输入信号)来控制自来水的阀门,从而调节水龙头而喷出的巨大的水量(即集电极电流)。借此,可以通俗地领会这一原理。

2

6. 正确说明。

下面通过图1及图2对晶体管的增幅原理作进一步详尽的说明。与输入电压e和偏压E1构成的基极-发射极间电压 (VBE) 成比例的电流 (IB) 的hFE※1 倍的电流 (IC) 流经集电极。
这一集电极电流IC流经电阻RL,从而IC×RL的电压反映在电阻RL两端。最终,输入电压e被转换(增幅)成ICRL电压反映在输出。

※1:hFE晶体管的直流电流增幅率。

3

概述二

1. 按结构分类

根据工作原理不同分类,分为双极晶体管和单极晶体管。

4

双极晶体管

双是指Bi(2个)、极是指Polar(极性)。双极晶体管,即流经构成晶体管的半导体的电流由空穴(正极性)和电子(负极性)产生。一般而言的晶体管是指这种由硅构成的晶体管。

FET

Field Effect Transistor的简称,是指场效应晶体管。有接合型FET和MOS型FET以及GaAs型。
接合型FET多用于音频设备等的模拟电路中,MOS型FET主要用于微控制器等数字IC。
GaAs型用于卫星广播信号接收等的微波增幅。

※MOS

Metal Oxide Semiconductor的简称,因其构造分别是金属 (Metal)、氧化物(Oxide)、半导体 (Semiconductor),故称MOS。

2. 按功率分类

主要以最大额定值的集电极功率PC进行区分的方法。大体分为小信号晶体管和功率晶体管,一般功率晶体管的功率超过1W。

小信号晶体管

最大集电极电流 (IC(max)) 在500mA以下,最大集电极功率 (PC(max)) 不超过1W的晶体管。相对功率晶体管而得名,一般以树脂封装居多,这是其特点之一。

功率晶体管

一般功率晶体管的功率超过1W。相比小信号晶体管拥有更大的最大集电极电流、最大集电极功率,对于散热而言,它本身形状就很大 ,有的功率晶体管上还覆盖着金属散热片。

3. 按集成度分类

5

为满足客户需求,ROHM在分立式晶体管以外,还制造集成多个晶体管的复合晶体管。包括内置电阻的数字晶体管、集多个晶体管于一体的晶体管阵列,还有构成简单电路的晶体管单元。

※数字晶体管
内置电阻的晶体管。它是在电路设计中将频繁使用的部分标准化的产物。

4. 按形状分类

6

根据功率及安装形态,决定了晶体管的外形大小和形状。大体分为引脚型和表面安装型。

继续阅读
最常用的开关元件之“MOS管与IGBT管”

MOS管和IGBT管常被我们用于开关电路中,其外形及特性参数也比较相似,那这两者到底哪里不同呢?又该如何选择?

SiC IGBT--PET的未来?

SiC SBD和 MOS是目前最为常见的 SiC 基的器件,并且 SiC MOS 正在一些领域和 IGBT争抢份额。我们都知道,IGBT 结合了 MOS 和 BJT 的优点,第三代宽禁带半导体SiC 材料又具有优于传统 Si 的特性,那么为什么见得最多的却是 SiC MOS,SiC IGBT 在哪儿呢?

晶体管越老,功耗却越低?

众所周知,电子产品的老化并不是一件好事,但凡事都有两面性,奇特的晶体管的功耗却随着时间的推移而降低,这便是“BTI”效应。

哪些时候运算放大器代替不了比较器?

运算放大器和比较器有什么区别?它们两的电路符号是一样的,他们本身有区别吗?许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用?

晶体管偏置详解

晶体管偏置是将晶体管的直流工作电压或电流条件设置为正确电平的过程,以便晶体管可以正确放大任何交流输入信号。晶体管的稳态操作在很大程度上取决于其基极电流,集电极电压和集电极电流值,因此,如果晶体管要以线性放大器的形式正确运行,则必须在其工作点附近适当偏置。