來源：傳感器技術
作者：毛富利
電晶體的問世，是20世紀的一項重大發明，是微電子革命的先聲。電晶體出現後，人們就能用一個小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。電晶體的發明又為後來集成電路的降生吹響了號角。
電晶體的延生
1947年12月23日，在貝爾實驗室科學家肖克萊、巴丁和布拉頓組成的研究小組證明了20世紀最重要的發明：第一隻真正的電晶體，從此人類步入了飛速發展的電子時代。
在20世紀最初的10年，半導體材料已經開始在通信系統應用。20世紀上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音收，就採用礦石這種半導體材料進行檢波。同時，半導體的電學特性也在電話系統中得到了應用。
電晶體的發明，最早可以追溯到1929年，當時工程師利蓮費爾德就已經取得一種電晶體的專利。但是，限於當時的技術水平，製造這種器件的材料達不到足夠的純度，而使這種電晶體無法製造出來。
基於電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就想辦法改進礦石收音機中所用的礦石觸鬚式檢波器。在這種檢波器裡，有一根與半導體礦石表面相接觸的金屬絲，它既能讓信號電流沿一個方向流動，又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰爆發前夕，貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時，發現摻有某種極微量雜質的鍺晶體的性能不僅優於礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。
在第二次世界大戰期間，不少實驗室在有關矽和鍺材料的製造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為電晶體的發明奠定了基礎。
第二次世界大戰結束後，為了克服電子管的局限性，貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人探討用半導體材料製作放大器件的可能性，決定集中研究鍺、矽等半導體材料。
1945年秋天，貝爾實驗室正式成立了以肖克萊為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。其中，布拉頓早在1929年就開始在這個實驗室工作，長期從事半導體的研究，積累了豐富的經驗。他們經過一系列的實驗和觀察，逐步認識到半導體中電流放大效應產生的原因。在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細針並通上電流，然後讓另一根細針儘量靠近它，並通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產生很大的影響，這就是「放大」作用。
布拉頓等人還想出有效的辦法來實現這种放大效應。他們在基極和發射極之間輸入一個弱信號，在基極和集電極之間的輸出端，就放大為一個強信號了。在現代電子產品中，上述晶體三極體的放大效應得到廣泛的應用。
巴丁和布拉頓最初製成的固體器件的放大倍數為50左右。不久之後，他們利用兩個靠得很近(相距0.05毫米)的觸鬚接點，來代替金箔接點，製造了「點接觸型電晶體」。1947年12月，這個世界上最早的實用半導體器件終於問世了，在首次試驗時，它能把音頻信號放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。
在為這種器件命名時，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從「低電阻輸入」到「高電阻輸出」的轉移電流來工作的，於是取名為trans-resister(轉換電阻)，後來縮寫為transistor，中文譯名就是電晶體。
點接觸型電晶體有自己的缺點，它存在噪聲大、在功率大時難於控制、適用範圍窄，另外製造工藝複雜，致使許多產品出現故障等缺點。為了克服以上缺點，肖克萊提出了用一種"整流結"來代替金屬半導體接點的大膽設想。
終於在1950年，第一隻「面結型電晶體」問世了。它的性能與原來設想的完全一致。1956年，因發明電晶體，肖克萊、巴丁、布拉頓三人同時榮獲諾貝爾物理學獎。今天的電晶體，大部分仍是這種面結型電晶體。
1954 年，隨著第一臺電晶體無線電的售出，電晶體成為大眾文化的一部分，這是為電晶體發明者們所稱道的一個發展。
直到 20 世紀50年代後期，電晶體成為了電子電話轉接系統的一個不可分割的組成部分，也成為可攜式收音機、計算機和雷達等其它重要產品和服務的關鍵組件。
隨著半導體技術的不斷發展，電晶體的運行速度更快，可靠性更高，成本也更低。1959 年，隨著能夠將大量的電晶體及其它電子器件集成到一塊矽片上的集成電路的發明，電晶體取得了新的突破。
這些微晶片不僅使得電晶體的創新達到了新的高度，而且還推動了資訊時代的發展。
自電晶體發明以來，其尺寸不斷縮小，到現在，60億（相當於目前全球人口數量）枚電晶體所佔面積不過僅為一張信用卡的大小而已。
電晶體的結構特性
電晶體的結構
電晶體內部由兩PN結構成，其三個電極分別為集電極（用字母C或c表示），基極（用字母B或b表示）和發射極（用字母E或e表示）。如圖5-4所示，電晶體的兩個PN結分別稱為集電結（C、B極之間）和發射結（B、E極之間），發射結與集電結之間為基區。
根據結構不同，電晶體可分為PNP型和NPN型兩類。在電路圖形符號上可以看出兩種類型電晶體的發射極箭頭（代表集電極電流的方向）不同。PNP型電晶體的發射極箭頭朝內，NPN型電晶體的發射極箭頭朝外。
三極體各個電極的作用及電流分配
電晶體三個電極的電極的作用如下：發射極（E極）用來發射電子；基極（B極）用來控制E極發射電子的數量；集電極（C極）用業收集電子。
電晶體的發射極電流IE與基極電流IB、集電極電流IC之間的關係如下：IE=IB+IC
電晶體的工作條件
電晶體屬於電流控制型半導體器件，其放大特性主要是指電流放大能力。所謂放大，是指當電晶體的基極電流發生變化時，其集電極電流將發生更大的變化或在電晶體具備了工作條件後，若從基極加入一個較小的信號，則其集電極將會輸出一個較大的信號。
電晶體的基本工作條件是發射結（B、E極之間）要加上較低的正向電壓（即正向偏置電壓），集電結（B、C極之間）要加上較高的反向電壓（即反向偏置電壓）。
電晶體發射結的正向偏置電壓約等於PN結電壓，即矽管為0.6~0.7V，鍺管為0.2~0.3V。集電結的反向偏置電壓視具體型號而定。
電晶體的工作狀態
電晶體有截止、導通和飽和三種狀態。在電晶體不具備工作條件時，它處截止狀態，內阻很大，各極電流幾乎為0。
當電晶體的發射結加下合適的正向偏置電壓、集電結加上反向偏置電壓時，電晶體導通，其內阻變小，各電極均有工作電流產生（IE=IB+IC）。適當增大其發射結的正向偏置電壓、使基極電流IB增大時，集電極電流IC和發射極電流IE也會隨之增大。
當電晶體發射結的正向偏置電壓增大至一定值（矽管等於或略高於0.7V，鍺管等於或略高於0.3V0時，電晶體將從導通放大狀態進入飽和狀態，此時集電極電流IC將處於較大的恆定狀態，且已不受基極電流IB控制。電晶體的導通內阻很小（相當於開關被接通），集電極與發射極之間的電壓低於發射結電壓，集電結也由反偏狀態變為正偏狀態。
電晶體的主要分類及型號
高頻電晶體
高頻電晶體（指特徵頻率大於30MHZ的電晶體）可分為高頻小功率電晶體和高頻大功率電晶體。
常用的國產高頻小功率電晶體有3AG1~3AG4、3AG11~3AG14、3CG3、3CG14、3CG21、3CG9012、3CG9015、3DG6、3DG8、3DG12、3DG130、3DG9011、3DG9013、3DG9014、3DG9043等型號。
常用的進口高頻小功率電晶體有2N5551、2N5401、BC148、BC158、BC328、BC548、BC558、9011~9015、S9011~S9015、TEC9011~TEC9015、2SA1015、2SC1815、2SA562、2SC1959、2SA673、2SC1213等型號。
高頻中、大功率電晶體一般用於視頻放大電路、前置放大電路、互補驅動電路、高壓開關電路及行推動等電路。
常用的國產高頻中、大功率電晶體有3DG41A~3DG41G、3DG83A~3DG83E、3DA87A~3DA87E、3DA88A~3DA88E、3DA93A~3DA93D、3DA151A~3DG151D、3DA1~3DA5、3DA100~3DA108、3DA14A~3DA14D、3DA30A~3DA30D、3DG152A~3DG152J、3CA1~3CA9等型號。
常用的進口高頻中、大功率電晶體有2SA634、2SA636、2SA648A、2SA670、2SB940、2SB734、2SC2068、2SC2258、2SC2371、2SD1266A、2SD966、2SD8829、S8050、S8550、BD135、BD136等型號，各管的主要參數見表5-4。
超高頻電晶體
超高頻電晶體也稱微波電晶體，其頻率特性一般高於500MHZ，主要用於電視、雷達、導航、通信等領域中處理微波波段（300MHZ以上的頻率）的信號。
常用的國產超高頻電晶體有3AG95、3CG15A~3CG15D、3DG56（2G210）、3DG80（2G211、2G910）、3DG18A~3DG18C、2G711A~2G711E、3DG103、3DG112、3DG145~3DG156、3DG122、3DG123、3DG130~3DG132、3DG140~3DG148、3CG102、3CG113、3CG114、3CG122、3CG132、3CG140、3DA89、3DA819~3DA823等型號。
常用的進口超高頻電晶體有2SA130、2SA1855、2SA1886、2SC286~2SC288、2SC464~2SC466、2SD1266、BF769、BF959等型號。
中、低頻電晶體
低頻電晶體的特徵頻率一般低於或等於3MHZ，中頻電晶體的特徵頻率一般低於30MHZ。
中、低頻小功率電晶體
中低頻小功率電晶體主要用於工作頻率較低、功率在1W以下的低頻放大和功率放大等電路中。
常見的國產低頻小功率電晶體有3AX1~3AX15、3AX21~3AX25、3AX31、3BX31、3AX81、3AX83、3AX51~3AX55、3DX200~3DX204、3CX200~3CX204等型號，表5-7是各管的主要參數。
常用的進口中、低頻小功率電晶體有2SA940、2SC2073、2SC1815、2SB134、2SB135、2N2944~2N2946等型號。
中、低頻大功率電晶體
中、低頻大功率電晶體一般用在電視機、音響等家電中作為電源調整管、開關管、場輸出管、行輸出管、功率輸出管或用在汽車電子點火電路、逆變器、不間斷電源（UPS）等系統中。
常用的國產低頻大功率電晶體有3DD102、3DD14、3DD15、3DD52、DD01、DD03、D74、3AD6、3AD30、3DA58、DF104等型號，表5-9是各管的主要參數。
常用的進口中、低頻大功率電晶體有2SA670、2SB337、2SB556K、2SD553Y、2SD1585、2SC1827、2SC2168、BD201~BD204等型號，表5-10是各管的主要參數。
互補對管
為了提高功率放大品的輸出功率和效率，減小失真，功率放大器通常採用推挽式功率放大電路，即由兩隻互補電晶體分別放大一個完整正弦波的正、負半周信號。這要求兩隻互補電晶體的材料相， ，性能參數（例如耗散功率PCM、最大集電極電流ICM、最高反向電壓VCBO、電流放大係數hFE、特徵頻率fT等）也要儘可能一致使用前應進行挑選「配對」。
互補對管一般採用異極性對管，即兩隻電晶體一隻為NPN型管，另一隻為PNP型管。
開關電晶體
開關電晶體是一種飽和與截止狀態變換速度較快的電晶體，廣泛應用於各種脈衝電路、開關電路及功率輸出電路中。
開關電晶體分為小功率開關電晶體和高反壓大功率開關電晶體等
小功率開關電晶體一般用於高頻放大電路、脈衝電路、開關電路及同步分離電路等。常用的國產小功率開關電晶體有3AK系列3CK系列和3DK系列。
高反壓大功率開關電晶體 高反壓大功率開關電晶體通常均為矽NPN型，其最高反向電壓VCBO高於800V，主要用於彩色電視機、電腦顯示器中作開關電源管、行輸出管或用於汽車電子點火器、電子鎮流器、逆變器、不間斷電源（UPS）等產品中。常用的高反壓大功率開關電晶體有2SD820、2SD850、2SD1401、2SD1403、2SD1432~2SD1433、2SC1942等型號。
帶阻尼行輸出管
帶阻尼行輸出管是將高反壓大功率開關電晶體與阻尼二極體、保護電阻封裝為一體構成的特殊電子器件，主要用於彩色電視機或電腦顯示器中。
帶阻尼行輸出管有金屬封裝（TO-3）和塑封（TO-3P）兩種封裝形式。
差分對管
差分對管也稱孿生對管或一體化差分對管，它是將兩隻性能參數相同的電晶體封裝在一起構成的電子器件，一般用在音頻放大器或儀器、儀表中作差分輸入放大管。
差分對管有NPN型和PNP型兩種結構。常見的國產NPN型差分對管有3DG06A~3DG06D等型號。PNP型差分對管有3CSG3、ECM1A等型號。
常見的進口NPN型差分對管有2SC1583等型號，PNP型差分對管有2SA798等型號。
達林頓管
達林頓管也稱複合電晶體，具有較大的電流放大係數及較高的輸入阻抗。它又分為普通達林頓管和大功率達林頓管。
普通達林頓管通常由兩隻電晶體或多隻電晶體複合連接而成，內部不帶保護電路，耗散功率在2W以下。
普通達林頓管一般採用TO-92塑料封裝，主要用於高增益放大電路或繼電器驅動電路等。常用的普通達林頓管有PN020、MP-SA6266等型號。
大功率達林頓管在普通達林頓管的基礎上，增加了由洩放電阻和續流二極體組成的保護電路，穩定性較高，驅動電流更大。
大功率達林頓管一般採用TO-3金屬封裝或採用TO-126、TO-220、TO-3P等外形塑料封裝，主要用於音頻功率放大、電源穩壓、大電流驅動、開關控制等電路。
帶阻電晶體
帶阻電晶體是將一隻或兩隻電阻器與電晶體連接後封裝在一起構成的，作反相器或倒相器，廣泛應用於電視機、影碟機、錄像機等家電產品中。其封裝外形有EM3、UMT、SST（美國或歐洲SOT-23）、SMT（SC-59/日本SOT-23）、MPT（SOT-89）、FTR和TO-92等，耗散功率為150~400mW。
帶阻電晶體的電路圖形符號及文字符號 帶阻電晶體目前尚無統一標準符號，在不同廠家的電子產品中電路圖形符號及文字符號的標註方法也不一樣。例如，日立、松下等公司的產品中常用字母「QR」來表示，東芝公司用字母「RN」來表示，飛利浦及NEC（日電）等公司用字母「Q」表示，還有的廠家用「IC」表示，國內電子產品中可以使用電晶體的文字符號，即用字母「V」或「VT」來表示。圖5-12是不同廠家電子產品中帶阻電晶體常用的電路圖形符號。
常用的進口帶阻三極體有DTA系列、DTB系列、DTC系列、DTD系列、MRN系列、RN系列、UN系列、KSR系列、FA系列、FN系列、GN系列、GA系列、HC系列、HD系列、HQ系列、HR系列等多種。常用的國產帶阻電晶體有GR系列等。
光敏三極體
光敏三極體是具有放大能力的光-電轉換三極體，廣泛應用於各種光控電路中。
在無光照射時，光敏三極體處於截止狀態，無電信號輸出。光當信號照射其基極（受光窗口）時，光敏三極體將導通，從發射極或集電極輸出放大後的電信號。
光敏三極體在電路中的文字符號與普通三極體相同，用字母「V」或「VT」表示。
光敏三極體有塑封、金屬封裝（頂部為玻璃鏡窗口）環氧樹脂、陶瓷等多種封裝結構，引腳也分為兩腳和三腳型。
常用的國產光敏三極體以矽NPN型為主有3DU11~3DU13、3DU21~3DU23、3DU31~3DU33、3DU51A~3DU51C、3DU51~3DU54、3DU111~3DU113、3DU121~3DU123~3DU131~3DU133、3DU311~3DU333、3DU411~3DU433、3DU80等型號。
磁敏三極體
磁敏三極體是一種對磁場敏感的磁-電轉換器件，它可以將磁信號轉換成電信號。
常見的磁敏三極體有3CCM和4CCM等型號。3CCM採用雙極型結構，具有正、反向磁靈敏度極性，有確定的磁敏感面（通常用色點標註）。
磁敏三極體一般用於電動機轉速控制、防盜等各種磁控電路中。
恆流三極體
恆流三極體是一種可以調節和穩定電流的特殊器件。它的三個電極分別是陽極（正極）A陰極（負極）C和控制極G。通過改變恆流三極體控制極的電壓，即可調節恆流值的大小。
恆流三極體一般用於限流保護和恆流標準電源，也可在直流電源等電路中作恆流器件。常用的恆流三極體有3DH010~3DH050等型號，其恆流範圍為5~500Ma，工作電壓為5~80V。
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