电晶体

电晶体(transistor)是一种固态半导体元件,可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。电晶体作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流,因此电晶体可做为电流的开关,和一般机械开关(如Relay、switch)不同处在于电晶体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。

电晶体主要分为两大类:双极性电晶体(BJT)和场效应电晶体(FET)。

电晶体有三个极;双极性电晶体的三个极,分别由N型跟P型组成射极(Emitter)、基极(Base)和集极(Collector);场效应电晶体的三个极,分别是源极(Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。

电晶体因为有三种极性,所以也有三种的使用方式,分别是射极接地(又称共射放大、CE组态)、基极接地(又称共基放大、CB组态)和集极接地(又称共集放大、CC组态、射极随隅器)。

在双极性电晶体中,射极到基极的很小的电流,会使得射极到集极之间,产生大电流;在场效应电晶体中,在闸极施加小电压,来控制源极和泄极之间的电流。

在类比电路中,电晶体用于放大器、音频放大器、射频放大器、稳压电路;在计算机电源中,主要用于开关电源。

电晶体也应用于数位电路,主要功能是当成电子开关。数位电路包括逻辑闸、随机存取记忆体(RAM)和微处理器。

电晶体在使用上有许多要注意的最大额定值,像是最大电压、最大电流、最大功率……,在超额的状态下使用,电晶体内部的结构会被破坏。每种型号的电晶体还有特有的特性,像是直流放大率hfe、NF噪讯比…等,可以藉由电晶体规格表或是Data Sheet得知。

电晶体在电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,电晶体在电路中是个很重要的元件,许多精密的组件主要都是由电晶体制成的。

重要性

电晶体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,汽车和电话等的发明相提并论。电晶体实际上是所有现代电器的关键驱动(active)元件。电晶体在当今社会的重要性主要是因为电晶体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电晶体还在使用,绝大多数的电晶体是和二极体,电阻,电容一起被装配在微晶片(晶片)上以制造完整的电路。类比的或数位的或者这两者被集成在同一颗晶片上。设计和开发一个复杂晶片的生产成本是相当高的,但是当分摊到通常百万个生产单位上,每个晶片的价格就是最小的。一个逻辑闸包含20个电晶体,而2005年一个高级的微处理器使用的电晶体数量达2.89亿个。

电晶体的低成本,灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件,例如数位计算。在控制电器和机械方面,电晶体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。

因为电晶体的低成本和后来的电子计算机,数位化资讯的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数位资讯的能力,在资讯数位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类比形式。受到数位化革命影响的领域包括电视,广播和报纸。

电晶体种类很多,依工作原理可粗分为双极性接面电晶体(bipolar junctiontransistor,BJT)和场效电晶体(field effect transistor, FET)。

穿孔的电晶体

第一个电晶体是1947年发明的,出自贝尔实验室。发明者有三位,分别是约翰巴定、威廉肖克莱和华特布莱登。

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