晶体管,又称半导体三极管,是现代电子技术中很重要,不可缺少的核心元件。是一种以半导体材料为基础,利用电场控制电流的器件。自 1947 年问世以来,晶体管以其体积小、重量轻、功耗低、寿命长、功能多等优势,迅速取代了笨重的电子管,引发了电子技术的革命性进步,被誉为现代历史中最伟大的发明。
晶体管由三层搀杂不同杂质的半导体材料组成,构成两个 PN 结。根据材料排列方式的不同,晶体管可分为 NPN 型和 PNP 型两种基本类型。晶体管能够三个电极,分别称为基极(B)、发射极(E)和集电极(C)。 晶体管的工作原理是利用少数载流子进行电流控制。以 NPN 型晶体管为例,当在发射结上施加正向电压,集电结上施加反向电压时,发射区的电子会超出发射结进入基区。基区很薄且搀杂浓度低,进入基区的电子大部份不会与空穴复合,而是穿过集电结到达集电区,构成集电极电流。通过控制基极电流的大小,可以实现对集电极电流的放大或开关控制。
晶体管能够多种功能,包含了信号放大、开关控制、稳压、信号调制等,用于各种电子电路中。 比如可以放大电路,晶体管可以将微弱的信号放大到足够强的程度;在开关电路,晶体管可以作为电子开关,实现电路的通断控制;在稳压电路,晶体管可以稳定输出电压;在信号调制电路,晶体管可以对信号进行调制,实现信号的传输和处理。
半导体技术的不断发展,晶体管的集成度愈来愈高,性能愈来愈强大。从最初的分立晶体管,发展到后来的集成电路(IC),再到如今的大范围集成电路(LSI)和超大范围集成电路(VLSI),晶体管的尺寸不断缩小,功能不断增强,价格不断下降,运用领域不断拓展。
今天,晶体管已成为现代电子装备中很重要,不可缺少的核心元件,从智能手机、电脑、电视机到汽车、飞机、航天器,几近所有电子装备都离不开晶体管的支持。可以说,晶体管的出现和发展,推动了电子技术的飞速进步,改变了人类的生活方式,并将继续引领着未来科技的发展方向。