聲控發射 vox 工作原理 +制作 +測試 (DIY-銲機派)
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晶體三極管
晶體三極管由半導體材料製成的有源三端器件﹐是一種非常重要的固態電子器件。晶體三極管幾乎能完成電子管的所有功能﹐諸如放大､整流､振盪､開關等﹐它還是集成電路､大規模集成電路和超大規模集成電路的基礎和關鍵器件。
發展簡況 1948年﹐美國巴丁﹐J.､布喇頓﹐W.H.和肖克萊﹐W.B.發明晶體三極管。次年﹐肖克萊提出PN結和面結型晶體管理論。此後﹐相繼出現鍺PNP合金管､合金擴散管和檯面晶體管等。1960∼1962年﹐硅平面型晶體管問世﹐為低噪聲和大功率器件以及大規模集成電路的發展打下基礎。1935年﹐O.海爾提出薄膜場效應晶體管的最初設想和結構模型﹐但工藝上未能實現。1952年﹐肖克萊發表了單極晶體管即結型場效應晶體管(JFET)的基本理論﹐1953年製出硅結型場效應晶體管。在此基礎上﹐1960年出現了硅MOSFET﹐1966年研製成功砷化鎵MESFET。
種類 晶體三極管包括結型晶體管和場效應晶體管(FET)。在結型晶體管中﹐因有兩種載流子(空穴和電子)同時參與導電﹐故又稱為雙極型晶體管。在場效應晶體管中﹐只有一種載流子(空穴或電子)參與導電﹐故又稱為單極晶體管。晶體三極管所用的半導體材料有硅､鍺､砷化鎵等。
依結構和工藝的不同﹐結型晶體管分點接觸型和面結型兩類。面結型晶體管又可分為合金管､合金擴散管､檯面管和平面管等。硅平面型晶體管作為分立器件和雙極型集成電路的基礎器件應用最為廣泛。場效應晶體管主要分為結型場效應晶體管(JFET)､金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)､絕緣柵場效應晶體管(IGFET)和肖特基勢壘柵場效應晶體管(MESFET)。MOSFET作為MOS 集成電路器件應用極其廣泛。用砷化鎵材料製成的MESFET將是用於新一代計算機､超高速集成電路的關鍵器件。
工作原理 結型晶體三極管是一種電流控制器件﹐有NPN和PNP兩種結構形式(圖1 結型晶體三極管)。它由三個區域(即發射區､基區和集電區)構成﹐這三個區域分別稱為發射極､基極和集電極。結型晶體三極管含有兩個PN結﹐分別稱為發射結和集電結。以NPN晶體管為例﹐在正常工作條件下﹐發射結被正向偏置﹐集電結被反向偏置。發射極的正向偏壓使發射極-基極勢壘降低﹐而集電極的反向偏壓使集電極-基極勢壘升高。發射極-基極勢壘的降低造成電子向基極注入和空穴向發射極注入。注入的空穴構成發射極空穴電流﹐注入的電子在基區是少數載流子﹐其中﹐一些電子在基區中與空穴複合﹐但是大多數未複合的注入電子經擴散和漂移作用抵達集電結。抵達集電結的電子被集電極吸收成為集電極電流﹐因此﹐發射結注入的載流子能使反偏的集電結流過大電流﹐這就是晶體管作用的基礎。不過﹐這種作用只有在兩個結的位置靠得很近時才存在。
場效應晶體管是一種電壓控制器件﹐它的橫向電流由一外加的垂直電場所控制。圖2 N溝道JFET結構為N溝道JFET結構。器件的有源區為夾在兩個重摻雜的P+柵區之間的N型溝道。上邊及下邊的P+柵區通過內連接或外連接形成柵極。連接溝道兩端的歐姆接觸電極分別稱為源極和漏極。由於溝道摻入的是施主雜質﹐溝道電流由電子組成﹐所以這種結構被稱為N溝道JFET。若溝道是用受主原子摻雜﹐而柵區為N+型﹐溝道電流是由空穴組成時﹐該結構為P溝道JFET。
在正常工作條件下﹐反向偏壓加在柵的PN結兩側﹐使空間電荷區向溝道內部擴展﹐並使溝道中的自由載流子耗盡。結果﹐溝道截面積減小﹐溝道電阻增大。這樣﹐在源極和漏極之間流過的電流受到柵電壓的調節。
新出現的異質結雙極晶體管因所用材料的載流子遷移率高﹐加上基區電阻和發射結電容小﹐適於用在高頻､高速和低噪聲方面。
從直流到厘米波波段﹐晶體三極管可用於低噪聲放大､功率放大､開關､振盪､變頻､混頻和整流等﹐具有體積小､重量輕､耗電少和高可靠等特點﹐因而在通信､廣播､電視､雷達､計算機﹐以及各種電子儀器和電子玩具中用途廣泛。
