第一个晶体管是如何工作的？

就是世界上第一个晶体管设计模型，看起来它好像并不能够改变世界，但它的确做到了。这是一个放大了很多倍的复制品，它很大程度上完美代表原型原理。在1947年，贝尔实验的Walter H. Brattain第一个开发制作了这个装置。在一个塑料支架上，放置了一个铜块，上面又安装了一大块半导体锗（Germanium）。

在锗块上面又放置了一个塑料三角形。在三角形的两个斜边各粘贴了一层金箔。

上面有一个金属弹簧，向下将三角形压在半导体锗块上面，在其顶端与锗表面形成了一个点接触，这就形成了一个点接触三极管。

这就是Brattain和Bardeen在1947年12月份发明的点接触三极管装置。

他们在三极管的左边接入一个麦克风，在右边回路接入一个音箱。他们对着麦克风说话，可以观察到音箱中出现被放大了的声音。

Brattain在实验室的工作笔记中写道：这个电路将声音进行了放大，可以在示波器上被观察到，也可以被听到。

放大功能是晶体三极管的主要功能。比如我们的手机，它接收到来自附近手机信号发送接收基站的微弱信号，手机中的电路将信号放大解调后，形成可以收听的声音。

这个晶体三极管究竟是如何完成这神奇的功能的呢？其中关键之处在于塑料三角形与锗块接触的这一小的区域。

在这个区域内集成了三种不同的导电物质。我们按照物质的导电性能将物质分成了三大类：导体、绝缘体和半导体。

第一类是导体，比如像金属，是通过内部带有负电的电子来传递电流的；第二类是绝缘体，它们则会阻挡电流流过；第三类是可以用来制作成晶体三极管的半导体。正如它的名字所示，半导体的导电性能好于绝缘体，但比导体差。

与导体最大的一点不同，导体只是有带有负电荷的电子来导电，而半导体则会有两种不同的导电粒子，也称为载流子：正电荷载流子和负电荷载流子。这是三极管特性基础。

根据这两种不同载流子的半导体，工程师们可以制作小型可靠的单向导电的半导体器件-二极管。

像制作三明治一样，使用两个带有不同载流子的半导体，将它们紧靠在一起。下图中，左边是负电荷载流子半导体，右边是正电荷载流子半导体。这可以电流从右边流向左边。将电池极性调换，则电流会停止流动。

也可使用其它种类器件完成同样的单向导电功能，比如真空二极管。但是它们非常复杂，具有很多部件，如果过热也会造成器件不可靠，造价很高，也不可能进行小型化。

能够小型化非常关键，晶体管带来了微电子的革命变化。Brattain所制作的晶体管是所有晶体管的基础。

为了理解第一个晶体管的工作原理，可以把它左右分开，看成两个并联在一起的单向导电的二极管。

在中间是一层半导体锗，它具有负电荷载流子。下面是金属铜形成的导电基底。最上层是有金箔层。

当金箔接触到半导体锗表面的时候，就会形成带有正电荷载流子的半导体。在其下就是带有负电荷载流子的锗半导体。

尽管上层带有正电荷载流子半导体层非常薄，但是仍然形成了可以提供三极管工作的半导体结构。左右两边可以看成各自上正下负极性的两个二极管。

在左边，使用一个低电压电源，电源正极接到上层金箔层，这样可以形成导通电流。在右边使用一个大电压的电源，但极性调换，下正上负，这种电压配置使得右边对应的二极管截止。

将左右两个二极管在重新合并在一起，神奇的事情发生了。左边流动着电流。由于左右两个金箔接触点间距非常小，小于2000分之一英寸。于是在正电荷载流子半导体薄层中，正电荷就会从左边被“注射到”右边，于是在右边也形成了导通电流。

右边的电流的大小实际上会受到左边电流大小的控制，而且是通过一个左边的小电流控制了右边的大电流，也就是右边的电流强度要大于左边的电流强度。

如果进一步考虑这个现象，就能够明白其中改变世界的秘密了–也就是通过这个机制我们创造信号的放大现象。

度量信号的大小使用信号的功率，电信号的功率等于电流信号乘以电压信号。

在电路中关键元件是工作电源。如果左边使用小电压工作电源，右边工作电压高。这样任何左边的电流的波动，就会引起右边电流的巨大变化。

左边引起电流波动的信号可能来自麦克风电压信号。在1947年的晶体管组成的放大电路可以将音频信号的功率增加35分贝。

Westen Electric 公司在1951年开始批量生产这种点接触式晶体三极管。这种晶体管的一个巨大缺陷就是可靠性差，有的晶体会会突然失效。从制作工艺角度来看，这种结构有着先天不足，它是三维立体结构。

^{第一个晶体管原理图和外观–正宗手工打造的三极管}

由此，物理学家开始考虑如何能够将器件从三维结构改变成二维的结构。多年之后，包括Westen Electric, RCA，GE等公司开发出结型二维晶体三极管。这种晶体管的性能超过了最早的点接触型的晶体三极管。

^{世界上第一个结型晶体三极管}

晶体管发明人之一Walter H. Brattain因其贡献和Bardeen、Shockley三人共同荣获了1956年物理诺贝尔奖。也许Brattain在贝尔实验室团队中显得最没有什么才气，性格低调。

在他获奖感言的一开始就说到：“首先我要说的是，在为能够分享这份诺贝尔物理奖”感到无比荣耀的同时，也意识到我只不过是作为为此作出贡献的众多成员的一个代表。没有他们的工作和努力，我不会有机会来这儿领奖。”

^{Brattain和他在1947年的关键实验手稿}

第一个晶体管是如何工作的？相关推荐

我国第一台晶体管计算机缺点,计算机基础第一章ppt课件.ppt
计算机基础第一章ppt课件入门篇前言如何学会学习.喜欢学习? 重点: 计算机系统的组成及工作原理计算机中数据的表示及运算难点: 1.计算机中硬件的组成及各组成部分的功能 2.计算机软件系统的 ...
第一章计算机网络 3 标准化工作和相关组织 [计算机网络笔记] -简单浏览了解即可
第一章计算机网络 3 标准化工作和相关组织本笔记参考书目: 计算机网络(第8版)谢希仁 2021王道计算机网络视频公开课本节重点: 标准化工作和相关组织转载请注明文章来源! 标准化分类标准化 ...
web开发应届生入职_我如何从全职妈妈着手完成第一份Web开发人员工作
web开发应届生入职 Two years ago I completed my first exercise on "Say Hello to HTML Elements" on ...
bec初级第一课_在您的第一个初级开发人员工作中如何生存和发展
bec初级第一课 Landing your first junior developer job is an amazing accomplishment. You've worked really ...
计算机专业教研成绩,2018学年第一学期计算机组教研组工作计划
2018学年第一学期计算机组教研工作计划本学期计算机教研组开展的各项活动,要在学校教务处的统一领导下,立足课堂教学,积极开展教研活动.本着求真务实的工作作风,充分调动专业教师的教学积极性,不断提高课 ...
P4 晶体管四种工作状态+静态分析【更新】
> 晶体管四种工作状态:放大.饱和.截止.倒置 > 静态分析:定量分析晶体管处于何种工作状态注意:不安全区暂时不用关注,倒置状态暂时也可以不关注放大区:之所以称为放大区,因为在这个区域 ...
数据分析第一讲 Python语言及工作环境准备、本地数据的采集与操作
文章目录第一讲 Python语言及工作环境准备一.数据分析 1 数据分析的基本概念 2 数据分析的流程 3 为什么要学习数据分析 4 环境部署 4.1 pip install jupyter 4. ...
《Linux内核分析》第一节计算机是如何工作的
第一节计算机是如何工作的张嘉琪原创作品转载请注明出处 <Linux内核分析>MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-100002900 ...
小学计算机工作总结第一学期,第一学期信息技术教师教学工作总结
第一学期信息技术教师教学工作总结总结是指社会团体.企业单位和个人对某一阶段的学习.工作或其完成情况加以回顾和分析,得出教训和一些规律性认识的一种书面材料,它可以促使我们思考,因此我们需要回头归纳,写 ...

第一个晶体管是如何工作的？

第一个晶体管是如何工作的？相关推荐

最新文章

热门文章