晶體管簡(jiǎn)介

　　晶體管，英文名稱為transistor，泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，如二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等等。晶體管具有整流、檢波、放大、穩(wěn)壓、開關(guān)等多種功能，具有響應(yīng)速度快、精度高等特點(diǎn)，是規(guī)范化操作手機(jī)、平板等現(xiàn)代電子電路的基本構(gòu)建模塊，目前已有著廣泛的應(yīng)用。

　　晶體管的分類

　　晶體管泛指所有半導(dǎo)體器件，包含N多種類，因此其也具有多種不同的分類方式。晶體管根據(jù)使用材料的不同可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管;根據(jù)極性的不同可分為NPN型晶體管和PNP型晶體管;根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造工藝的不同可分為擴(kuò)散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管;其還可根據(jù)電流容量的不同、工作頻率的不同、封裝結(jié)構(gòu)的不同等分類方式分為不同的種類。但晶體管多指晶體三極管，主要分為雙極性晶體管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），接下來我們就以BJT和FET為例來講述晶體管的工作原理。

　　場(chǎng)效應(yīng)晶體管

　　場(chǎng)效應(yīng)晶體管（fieldeffecttransistor）利用場(chǎng)效應(yīng)原理工作的晶體管，英文簡(jiǎn)稱FET。場(chǎng)效應(yīng)晶體管又包含兩種主要類型：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JunctionFET，縮寫為JFET）和金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Metal-OxideSemiconductorFET，縮寫為MOS-FET）。與BJT不同的是，F(xiàn)ET只由一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，因此也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。

　　場(chǎng)效應(yīng)就是改變外加垂直于半導(dǎo)體表面上電場(chǎng)的方向或大小，以控制半導(dǎo)體導(dǎo)電層（溝道）中多數(shù)載流子的密度或類型。它是由電壓調(diào)制溝道中的電流，其工作電流是由半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子輸運(yùn)。這類只有一種極性載流子參加導(dǎo)電的晶體管又稱單極型晶體管。與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗高、噪聲小、極限頻率高、功耗小，制造工藝簡(jiǎn)單、溫度特性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種放大電路、數(shù)字電路和微波電路等。以硅材料為基礎(chǔ)的金屬0-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）和以砷化鎵材料為基礎(chǔ)的肖特基勢(shì)壘柵場(chǎng)效應(yīng)管（MESFET）是兩種最重要的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，分別為MOS大規(guī)模集成電路和MES超高速集成電路的基礎(chǔ)器件。

　　晶體管的重要性及作用

　　晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，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)來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，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，是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)，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，應(yīng)用十分廣泛。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，書刊和實(shí)用中都簡(jiǎn)稱為TTL電路，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。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，封裝成一個(gè)獨(dú)立的元件。半導(dǎo)體三極管［fontcolor=#000000］是電路中［/font］應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號(hào)為“Q”、“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）。晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極（Base）和集電極（Collector）；場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因?yàn)橛腥N極性，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、CE組態(tài)）、基極接地（又稱路最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號(hào)放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號(hào)轉(zhuǎn)換……等，晶體管在電路中是個(gè)很重要的組件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。

　　晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，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。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。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)化的過程，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力，因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。

　　雖然數(shù)以百萬計(jì)的單體晶體管還在使用，但是絕大多數(shù)的晶體管是和電阻、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。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，但是當(dāng)分?jǐn)偟酵ǔ０偃f個(gè)生產(chǎn)單位上，每個(gè)芯片的價(jià)格就是最小的。一個(gè)邏輯門包含20個(gè)晶體管，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、靈活性和可靠性使得其成為非機(jī)械任務(wù)的通用器件，例如數(shù)字計(jì)算。在控制電器和機(jī)械方面，晶體管電路也正在取代電機(jī)設(shè)備，因?yàn)樗ǔＪ歉阋?、更有效地，僅僅使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路并編寫計(jì)算機(jī)程序來完成同樣的機(jī)械任務(wù)，使用電子控制，而不是設(shè)計(jì)一個(gè)等效的機(jī)械控制。

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

　　晶體管工作原理

　　晶體管內(nèi)部的工作原理很簡(jiǎn)單，如圖1.4所示，對(duì)基極PS2707-1與發(fā)射極之間流過的電流進(jìn)行不斷地監(jiān)視，并控制集電極發(fā)射極間電流源使基極一發(fā)射極間電流的數(shù)十至數(shù)百倍（依晶體管的種類而異）的電流流在集電極與發(fā)射極之間。就是說，晶體管是用基極電流來控制集電極一發(fā)射極電流的器件。

　　從外部來看，因?yàn)樵诨鶚O輸入的電流被變大而出現(xiàn)在集電極、發(fā)射極端上，所以可看成將輸入信號(hào)進(jìn)行了放大。

　　在實(shí)際的晶體管雖然有數(shù)千個(gè)品種，然而只是在最大規(guī)格、電特性和外形等方面有所不同。無論哪種晶體管都只進(jìn)行圖1.4那樣的單純工作。

　　那么，在電路內(nèi)接入晶體管使它進(jìn)行放大工作（即使晶體管工作），如何做才好呢？

　　由圖1.4可知，因?yàn)榫w管是將基極與發(fā)射極間流動(dòng)的電流檢測(cè)出來，進(jìn)而控制集電極一發(fā)射極間電流的器件，所以只要使電流在基極與發(fā)射極之間流動(dòng)，它就工作。也就是說，設(shè)計(jì)一種外部電路使基極一發(fā)射極間電流流動(dòng)就可以了。

　　晶體管可以這樣理解，如圖1.5所示，在晶體，管基極一發(fā)射間加入了二極管。當(dāng)晶體管進(jìn)行工作（基極一發(fā)射極間電流流動(dòng)）時(shí)，基極一發(fā)射極間的壓降與二極管的正向壓降相同，為0.6～0.7V。

　　晶體管檢測(cè)方法

　　1.普通達(dá)林頓管的檢測(cè)

　　普通達(dá)林頓管內(nèi)部由兩只或多只晶體管的集電極連接在一起復(fù)合而成，其基極b與發(fā)射極e之間包含多個(gè)發(fā)射結(jié)。檢測(cè)時(shí)可使用萬用表的R×1kΩ或R×10kΩ檔來測(cè)量。

　　測(cè)量達(dá)林頓管各電極之間的正、反向電阻值。正常時(shí)，集電極c與基極b之間的正向電阻值（測(cè)NPN管時(shí)，黑表筆接基極b;測(cè)PNP管時(shí)，黑表筆接集電極c）與普通硅晶體管集電結(jié)的正向電阻值相近，為3～10kΩ，反向電阻值為無窮大。而發(fā)射極e與基極b之間的正向電阻值（測(cè)NPN管時(shí)，黑表筆接基極b;測(cè)PNP管時(shí)，黑表筆接發(fā)射極e）是集電極c與基極b之間正向電阻值的2～3倍，反向電阻值為無窮大。集電極c與發(fā)射極e之間的正、反向電阻值均應(yīng)接近無窮大。若測(cè)得達(dá)林頓管的c、e極間的正、反向電阻值或b、e極、b、c極之間的正、反向電阻值均接近0，則說明該管已擊穿損壞。若測(cè)得達(dá)林頓管的b、e極b、c極之間的正、反向電阻值為無窮大，則說明該管已開路損壞。

　　2.大功率達(dá)林頓管的檢測(cè)

　　大功率達(dá)林頓在普通達(dá)林頓管的基礎(chǔ)上增加了由續(xù)流二極管和泄放電阻組成的保護(hù)電路，在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意這些元器件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。

　　用萬用表R×1kΩ或R×10kΩ檔，測(cè)量達(dá)林頓管集電結(jié)（集電極c與基極b之間）的正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻值（NPN管的基極接黑表筆時(shí)）應(yīng)較小，為1～10kΩ，反向電阻值應(yīng)接近無窮大。若測(cè)得集電結(jié)的正、反向電阻值均很小或均為無窮大，則說明該管已擊穿短路或開路損壞。

　　用萬用表R×100Ω檔，測(cè)量達(dá)林頓管發(fā)射極e與基極b之間的正、反向電阻值，正常值均為幾百歐姆至幾千歐姆（具體數(shù)據(jù)根據(jù)b、e極之間兩只電阻器的阻值不同而有所差異。例如：BU932R、MJ10025等型號(hào)大功率達(dá)林頓管b、e極之間的正、反向電阻值均為600Ω左右），若測(cè)得阻值為0或?yàn)闊o窮大，則說明被測(cè)管已損壞。

　　用萬用表R×lkΩ或R×10kΩ檔，測(cè)量達(dá)林頓管發(fā)射極e與集電極c之間的正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻值（測(cè)NPN管時(shí)，黑表筆接發(fā)射極e，紅表筆接集電極c;測(cè)PNP管時(shí)，黑表筆接集電極c，紅表筆接發(fā)射極e）應(yīng)為5～15kΩ（BU932R為7kΩ），反向電阻值應(yīng)為無窮大，否則是該管的c、e極（或二極管）擊穿或開路損壞。