電子元器件基礎(chǔ)知識(shí)之晶體三極管

晶體管(transistor)是一種固體半導(dǎo)體器件,可以用于檢波贰谣、整流娜搂、放大、開關(guān)吱抚、穩(wěn)壓百宇、信號(hào)調(diào)制、混頻和許多其它功能秘豹。晶體管作為一種可變開關(guān)携御,基于輸入的電壓,控制流出的電流既绕,因此晶體管可做為電流的開關(guān)啄刹,和一般機(jī)械開關(guān)(如Relay、switch)不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來(lái)控制凄贩,而且開關(guān)速度可以非常之快誓军,在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。

半導(dǎo)體三極管疲扎,是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)昵时,外部通常為三個(gè)引出電極的半導(dǎo)體器件。它對(duì)電信號(hào)有放大和開關(guān)等作用椒丧,應(yīng)用十分廣泛壹甥。輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用晶體管的邏輯電路,叫做晶體管-晶體管邏輯電路壶熏,書刊和實(shí)用中都簡(jiǎn)稱為TTL電路句柠,它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種,其中用得最普遍的是TTL與非門棒假。TTL與非門是將若干個(gè)晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上俄占,封裝成一個(gè)獨(dú)立的元件。半導(dǎo)體三極管是電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一淆衷,在電路中用“V”或“VT”(舊文字符號(hào)為“Q”缸榄、“GB”等)表示。

半導(dǎo)體三極管主要分為兩大類:雙極性晶體管(BJT)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)祝拯。晶體管有三個(gè)極甚带;雙極性晶體管的三個(gè)極她肯,分別由N型跟P型組成發(fā)射極(Emitter)、基極(Base)和集電極(Collector)鹰贵;場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極晴氨,分別是源極(Source)、柵極(Gate)和漏極(Drain)碉输。晶體管因?yàn)橛腥N極性籽前,所以也有三種的使用方式,分別是發(fā)射極接地(又稱共射放大敷钾、CE組態(tài))枝哄、基極接地、集電極接地阻荒。最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號(hào)放大這一方面挠锥,其次是阻抗匹配、訊號(hào)轉(zhuǎn)換??等侨赡,晶體管在電路中是個(gè)很重要的組件蓖租,許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。

三極管的導(dǎo)通三極管處于放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)要看給三極管基極加的直流偏置羊壹,隨這個(gè)電流變化蓖宦,三極管工作狀態(tài)由截止-線性區(qū)-飽和狀態(tài)變化而變,如果三極管Ib(直流偏置點(diǎn))一定時(shí)油猫,三極管工作在線性區(qū)球昨,此時(shí)Ic電流的變化只隨著Ib的交流信號(hào)變化,Ib繼續(xù)升高眨攘,三極管進(jìn)入飽和狀態(tài),此時(shí)三極管的Ic不再變化嚣州,三極管將工作在開關(guān)狀態(tài)鲫售。

三極管為開關(guān)管使用時(shí)工作在飽和狀態(tài)1,用放大狀態(tài)1表示不是很科學(xué)该肴。請(qǐng)對(duì)照三極管手冊(cè)的Ib情竹;Ic曲線加以參考我的回答來(lái)理解三極管的工作狀態(tài),三極管be結(jié)和ce結(jié)導(dǎo)通三極管才能正常工作匀哄。

如果三極管沒(méi)有加直流偏置時(shí)秦效,放大電路時(shí)輸入的交流正弦信號(hào)正半周時(shí),基極對(duì)發(fā)射極而言是正的涎嚼,由于發(fā)射結(jié)加的是反向電壓阱州,此時(shí)沒(méi)有基極電流和集電極電流,此時(shí)集電極電流變化與基極反相法梯,在輸入電壓的負(fù)半周苔货,發(fā)射極電位對(duì)于基極電位為正的犀概,此時(shí)由于發(fā)射極加的是正向電壓,才有基極和集電極電流通過(guò)夜惭,此時(shí)集電極電流變化與基極同相姻灶,在三極管沒(méi)有加直流偏置時(shí)三極管be結(jié)和ce結(jié)導(dǎo)通,三極管放大電路將只有半個(gè)波輸出將產(chǎn)生嚴(yán)重的失真诈茧。

晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一产喉,在重要性方面可以與印刷術(shù),汽車和電話等發(fā)明相提并論敢会。晶體管實(shí)際上是所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵活動(dòng)(active)元件曾沈。晶體管在當(dāng)今社會(huì)的重要性,主要是因?yàn)榫w管可以使用高度自動(dòng)化的過(guò)程走触,進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力晦譬,因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。

雖然數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的單體晶體管還在使用互广,但是絕大多數(shù)的晶體管是和電阻敛腌、電容一起被裝配在微芯片(芯片)上以制造完整的電路。模擬的或數(shù)字的或者這兩者被集成在同一塊芯片上惫皱。設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)復(fù)雜芯片的成本是相當(dāng)高的像樊,但是當(dāng)分?jǐn)偟酵ǔ0偃f(wàn)個(gè)生產(chǎn)單位上,每個(gè)芯片的價(jià)格就是最小的旅敷。一個(gè)邏輯門包含20個(gè)晶體管生棍,而2005年一個(gè)高級(jí)的微處理器使用的晶體管數(shù)量達(dá)2.89億個(gè)。

晶體管的低成本媳谁、靈活性和可靠性使得其成為非機(jī)械任務(wù)的通用器件涂滴,例如數(shù)字計(jì)算。在控制電器和機(jī)械方面晴音,晶體管電路也正在取代電機(jī)設(shè)備柔纵,因?yàn)樗ǔJ歉阋恕⒏行У卮冈辏瑑H僅使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路并編寫計(jì)算機(jī)程序來(lái)完成同樣的機(jī)械任務(wù)搁料,使用電子控制,而不是設(shè)計(jì)一個(gè)等效的機(jī)械控制系羞。

因?yàn)榫w管的低成本和后來(lái)的電子計(jì)算機(jī)郭计、數(shù)字化信息的浪潮來(lái)到了。由于計(jì)算機(jī)提供快速的查找椒振、分類和處理數(shù)字信息的能力昭伸,在信息數(shù)字化方面投入了越來(lái)越多的精力。今天的許多媒體是通過(guò)電子形式發(fā)布的澎迎,最終通過(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化和呈現(xiàn)為模擬形式勋乾。受到數(shù)字化革命影響的領(lǐng)域包括電視宋下、廣播和報(bào)紙。

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