晶体管是一种半导体器件。它可以增强电子信号，也可以控制信号的通断。你可以把它想象成电灯开关。一个微小的动作就能控制更大的电流。晶体管既是开关又是放大器，它们能让你用微小的信号控制大电流或大电压。这些小元件无处不在。你的手机和电脑都需要数十亿个晶体管才能正常工作。
处理器 | 晶体管数量估算 |
|---|---|
苹果A17 | 大约是麒麟9000的两倍 |
麒麟海思9000 | 晶体管数量比苹果 A17 少 |
什么是晶体管？
定义
晶体管就像电子学中的微型门，它控制着电路中电流的流动。这种器件可以增强信号强度，也可以控制信号的开启和关闭。晶体管内部由三层半导体材料制成，这三层分别是： 设置为 PNP 或 NPN中间层是控制层。如果改变这里的输入，其他层的电流也会随之改变。
晶体管主要由三部分组成：
发射极
基值
收藏家
基极上的小电压或小电流可以控制发射极和集电极之间较大的电流。这就是原因。 晶体管非常重要 在电子产品中。几乎所有现代设备中都能找到它们。
提示：把晶体管想象成一个守门人。一个小信号就能告诉它是否应该让更大的电流通过。
晶体管可以增强信号。输出功率可以远大于输入功率。这就是为什么收音机、电脑和手机都使用晶体管的原因。
晶体管采用半导体材料。
它有三个接线端子，可以连接到电路。
掺杂会改变半导体材料，使晶体管正常工作。
在电路中的作用
晶体管在模拟电路和数字电路中扮演着多种角色。它们可以增强信号、切换电流并构建逻辑门。在模拟电路中，晶体管用于增强微弱信号。例如，扬声器利用晶体管来提高音乐音量。在数字电路中，晶体管充当开关。它们控制信号的通断，从而使计算机能够处理信息。
下表展示了晶体管在不同类型电路中的工作原理：
电路类型 | 晶体管的主要作用 | 应用实例 |
|---|---|---|
模拟 | 放大 | 音频放大器、射频发射器 |
过滤 | 信号滤波电路 | |
调制 | AM/FM 传输 | |
数字输入型 | 逻辑门 | 与门、或门、非门 |
交换 | 电机控制器、微处理器 |
晶体管彻底改变了电子学。在此之前，人们使用真空管。真空管体积庞大，耗电量巨大。1947年贝尔实验室发明晶体管后，电路变得更小，性能也更好。如今，集成电路将许多晶体管集成在一起。这使得计算机、智能手机和太空旅行成为可能。
注：阿波罗11号登月舱采用了带有晶体管的集成电路。这帮助宇航员安全登陆月球。
晶体管有助于制造速度更快、体积更小、能耗更低的设备。当你使用计算器、听音乐或发送短信时，都会用到晶体管。
晶体管的工作原理
开关功能
晶体管存在于你日常生活中使用的许多物品内部。你虽然看不到它们，但它们确实存在。它们就像设备中的微型开关。当你按下手机上的按钮时，晶体管会帮助你打开或关闭某些功能。你可以把晶体管想象成水龙头。打开水龙头，水就会流出；关闭水龙头，水就会停止流出。在电子学中，晶体管控制着电流的流动，就像水龙头控制着水流一样。
晶体管主要以两种方式作为开关工作。一种称为截止模式。在这种模式下，晶体管就像一个断开的开关，集电极和发射极之间没有电流流动。另一种称为饱和模式。在这种模式下，晶体管就像一个闭合的开关，最大的电流流过它。这种开关特性使得我们可以控制电路中的电信号。
提示：晶体管开关速度非常快，而且几乎没有声音。这就是为什么新型电子产品都用晶体管代替旧式开关的原因。
以下是一些晶体管在现实生活中用作开关的例子：
计算机处理器利用它们进行快速切换。
它们有助于控制汽车和家用电器中的继电器。
晶体管开关体积小、重量轻、价格便宜，因此几乎每台设备中都有晶体管开关。
如果你向一个晶体管的基极施加一个很小的电压…… NPN晶体管它会导通，然后电流就可以流通了。如果移除电压，晶体管就会关断。这样就可以用小信号控制大电流。
放大器功能
晶体管还可以增强微弱信号。它们被用作放大器。例如，播放音乐时，晶体管会增强声音，让你能听到。在收音机中，晶体管使天线信号足够强，让你能收听到广播。
一个微弱的信号输入到晶体管的基极或栅极。这个微弱的信号控制着从集电极到发射极的更大电流。输出信号变得足够强，可以驱动扬声器或耳机。吉他效果器就是利用这个原理。一个晶体管就能让原本音量较小的吉他声音变大。
注意：晶体管需要合适的电压才能作为放大器工作。这称为偏置。对于硅晶体管，基极-发射极之间的电压必须约为 0.6V 至 0.7V。集电极-发射极之间的电压必须足够高，才能使信号上下波动。
下表显示了共射极放大器的增益范围：
增益类型 | 最小增益 | 最大增益 |
|---|---|---|
通用发射极放大器 | -5.32 | -218 |
音频设备中会用到晶体管，它们可以放大麦克风信号而不增加噪声。晶体管还能辅助音调控制，让你调节低音、中音和高音。
电流控制
晶体管可以帮助你控制电路中的电流大小。你可以用它们来管理设备不同部分之间的电流。每个晶体管都有三个引脚。对于双极型晶体管（BJT），这三个引脚分别是发射极、基极和集电极；对于场效应晶体管（FET），这三个引脚分别是源极、栅极和漏极。
晶体管控制电流和电压的原理如下：
你向双极型晶体管的基极施加一个小电流，或者向场效应晶体管的栅极施加一个电压。
这个小输入控制着从集电极到发射极或从漏极到源极的大电流。
你可以通过改变输入来打开或关闭晶体管，就像打开水龙头控制水一样。
提示：双极型晶体管（BJT）中基极电流和集电极电流之间的关系至关重要。较小的基极电流可以控制较大的集电极电流。这称为放大，它体现了晶体管如何控制信号。
晶体管利用半导体材料工作。半导体可以让你非常精确地控制电压和电流。你可以在电脑、手机甚至航天器中看到它的身影。
使用晶体管，可以以多种方式控制电压和电流。您可以切换信号、增强信号强度或管理电路中的功率。这使得晶体管成为现代电子设备的主要部件。
晶体管部件
关键组件
每个晶体管都有 三个主要部分每个部件都发挥着重要作用。这些部件协同工作，使设备中的电流得以传输。
元件 | 描述 |
|---|---|
发射极 | 能发出电子，掺杂量很大，由铜或铝制成。 |
基值 | 控制电流，掺杂量少，允许电子从发射极移动到集电极。 |
收藏家 | 收集电子，比发射极和基极大，有一些掺杂，由硅或铝制成。 |
发射极释放电子或空穴。基极很薄，控制着电流的流动。只有极少量的电荷载流子能够通过基极。集电极从发射极接收电子或空穴。各部分的尺寸和材料都会影响晶体管的性能。当晶体管用作开关时，基极决定电流是否从发射极流向集电极。当用作放大器时，基极上的微弱信号会在集电极上产生更大的信号。
提示：这些部件的设置方式以及它们的材质决定了晶体管是作为开关还是放大器工作。
半导体材料
晶体管使用一种叫做半导体的特殊材料。这些材料有助于控制电流。硅是最常见的半导体材料。几乎所有电子设备中都能找到硅，因为它价格低廉且性能优良。
以下是一些用于制造晶体管的材料：
锗最初应用于半导体领域。
硅材料在 20 世纪 50 年代开始流行，因为它易于获取且性能更佳。
砷化镓用于高速电子器件，但制造难度很大。
硅的优点在于它耐热且易于获取。锗曾用于早期晶体管，但它易熔且稳定性差。砷化镓更适合高速电路，例如卫星或基站中使用的电路。
你选择的材料会影响晶体管的工作速度和性能。高迁移率的材料可以让电荷快速移动，因此器件运行速度更快。一些新型材料，例如磁性半导体，甚至可以在晶体管内部存储信息。
注意：您选择的半导体类型可以使设备运行速度更快、体积更小、性能更强。
晶体管的类型
晶体管有不同的形状和种类。大多数电子设备使用两种主要类型的晶体管。每种晶体管都有其特定的功能。了解它们有助于你理解设备的工作原理。
北京电讯
其中一种主要类型是 双极结型晶体管人们通常简称它为BJT。这种晶体管利用电子和空穴来产生电流。你可以通过向基极施加微小电流来控制它。BJT非常适合增强微弱信号，也可以用来控制设备的开关。
下表列出了双极型晶体管的重要特征：
特点 | 描述 |
|---|---|
集电极截止电流（ICBO） | 当有电压且发射极开路时，集电极中的电流。 |
发射极截止电流（IEBO） | 当有电压且集电极开路时，发射极中的电流。 |
直流电流增益（hFE） | 当发射极接地时，集电极电流除以基极电流。 |
集电极-发射极饱和电压（VCE(sat)） | 晶体管在特定条件下饱和时的电压。 |
基极-发射极饱和电压（VBE(sat)） | 在特定条件下，基极和发射极在饱和状态下的电压。 |
跃迁频率（fT） | 发射极接地时电流增益为 1 时的频率。 |
集电极输出电容（Cob） | 在特定条件下测量集电极-基极电容。 |
噪声系数（NF） | 输入和输出的信噪比，可通过公式计算得出。 |
你会在很多地方看到双极型晶体管：
放大器
振荡器
低电压开关
共集电极放大器（射极跟随器）
共射极放大器
共基极放大器
开关电路
提示：如果你想制作一个 简易放大器你很可能会用到双极型晶体管。
FET
另一种主要类型是场效应晶体管（FET）。这种晶体管通过电压控制。FET 只使用一种载流子。与双极型晶体管（BJT）相比，FET 功耗更低。场效应晶体管广泛应用于数字电路和逻辑门中。
下表比较了场效应晶体管和双极型晶体管：
特性 | 场效应管 | 双极晶体管 |
|---|---|---|
控制类型 | 电压控制 | 电流控制 |
电流增益 | 低 | 高 |
电压增益 | 高 | 低 |
切换速度 | 快速 | 中 |
能量消耗 | 低 | 高 |
温度系数 | 积极的 | 负 |
尺寸 | 较小 | 较大 |
输入阻抗 | 高 | 低 |
应用 | 低压应用 | 低电流应用 |
制造成本 | 更高 | 降低 |
场效应晶体管有两种常见类型：
场效应晶体管类型 | 描述 | 典型用途 |
|---|---|---|
场效应管 | 一种简单的场效应晶体管，其沟道由PN结构成的栅极控制。 | 由于输入阻抗高，常用于放大器和开关中。 |
MOSFET | 最常用的带绝缘栅极的场效应晶体管，适用于低功耗控制。 | 应用于数字电路、电力电子器件和逻辑门中。 |
注：场效应晶体管有助于设备运行速度更快、能耗更低。您可以在电脑、手机和汽车中找到它们。
每种晶体管都有其特定的用途。有些晶体管最适合增强信号，有些则适合快速切换电路。了解它们的区别有助于您为项目选择合适的晶体管。
晶体管的重要性
对技术的影响
晶体管改变了我们生活的世界。这些微小的器件让科技变得更好、更易用。1947年，科学家们制造出第一个晶体管，由此开启了许多新的理念。在晶体管出现之前，人们使用真空管。真空管体积庞大，而且经常损坏。晶体管使电子设备变得更小巧、更可靠。
晶体管的出现促进了…… 电子设备 体积小得多。如今，电脑、智能手机和智能手表都是因为它们而诞生的。
数字时代始于晶体管。晶体管使我们能够存储和使用大量信息。
晶体管取代了真空管。这极大地改善了通信、娱乐、医疗和科学等领域。
人工智能和物联网都需要晶体管。随着晶体管体积越来越小、性能越来越强，这些领域也在不断发展壮大。
从以下这些重大时刻，我们就可以看到晶体管是如何改变世界的：
年份 | 里程碑 | 描述 |
|---|---|---|
1947 | 第一晶体管 | 贝尔实验室的科学家们制造出了第一个可用的晶体管。 |
1955 | 表面钝化 | 这使得制造大量集成电路成为可能。 |
1959 | 第一个 MOSFET | 现在，数千个晶体管可以集成到一块芯片上。 |
1963 | CMOS技术的发明 | 这有助于制造计算机芯片和计算机存储器。 |
日常使用
即使你没有注意到，你也一直在使用晶体管。它们几乎存在于家中或学校的每件电子产品中。以下是一些例子：
计算机芯片中包含数百万甚至数十亿个晶体管。
智能手机利用晶体管实现快速运行并保存照片和应用程序。
电视机需要晶体管来增强信号和切换频道。
收音机利用晶体管来放大声音并帮助你选择电台。
数码相机的传感器和芯片中都含有晶体管。
现代芯片可以拥有数十亿个晶体管。一些新型芯片甚至拥有超过60亿个晶体管。 CPU中的晶体管 根据用途不同，金额可能达到数百万甚至数十亿。
每次你发短信、看视频或玩游戏时，你都在使用晶体管。这些小小的元件让你的常用设备运转起来。
晶体管在很多方面改变了你的生活。你使用的每一种电子设备中都能找到它们。
晶体管通过快速开关来帮助计算机工作。
它们能增强微弱的信号，让你更好地听到音乐或人声。
它们能确保许多机器的电力安全。
它们可以将电池的电能转化为你可以使用的能量。
晶体管有助于缩小设备体积、加快设备速度，还能提升设备性能。
他们开启了数字时代，并推动了医疗、通信和日常生活等领域的技术发展。
当你使用手机或电脑时，请记住晶体管是让它们正常工作的关键。
常见问题解答
手机里的晶体管是做什么用的？
晶体管使手机能够处理信息和存储数据。它能非常快速地开关信号。每次打开应用程序或发送短信时，你都会用到晶体管。
为什么晶体管能使设备体积更小？
晶体管比旧式真空管占用空间更小。 适合数十亿个 集成在芯片上。这让你可以把功能强大的设备装进口袋。
你能在日常物品中找到晶体管吗？
是的！你看 计算机中的晶体管电视、收音机，甚至玩具。它们有助于这些设备更好地工作，并减少能源消耗。
如何判断晶体管是否正常工作？
你可以用万用表测试晶体管。如果两端电压正常，说明晶体管工作正常。否则，可能需要更换晶体管。
BJT 和 FET 有什么区别？
类型 | 受控制于 | 一般用途 |
|---|---|---|
北京电讯 | 电流 | 放大器 |
FET | 电压 | 数字电路 |
提示：强信号需要选择双极型晶体管（BJT），快速开关需要选择场效应晶体管（FET）。
