双极性晶体管和电子学

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双极性晶体管和电子学之间的区别

双极性晶体管 vs. 电子学

双极性電晶體（bipolar transistor），全称双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），俗称三极管，是一种具有三个终端的电子器件。双极性晶体管是电子学历史上具有革命意义的一项发明，其发明者威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿被授予1956年的诺贝尔物理学奖。 这种晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也稱雙極性載子電晶體。这种工作方式与诸如场效应管的单极性晶体管不同，后者的工作方式仅涉及单一种类载流子的漂移作用。两种不同掺杂物聚集区域之间的边界由PN结形成。 双极性晶体管由三部分掺杂程度不同的半导体制成，晶体管中的电荷流动主要是由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动。以NPN電晶體為例，按照设计，高掺杂的发射极区域的电子，通过扩散作用运动到基极。在基极区域，空穴为多数载流子，而电子少数载流子。由于基极区域很薄，这些电子又通过漂移运动到达集电极，从而形成集电极电流，因此双极性晶体管被归到少数载流子设备。 双极性晶体管能够放大信号，并且具有较好的功率控制、高速工作以及耐久能力，，所以它常被用来构成放大器电路，或驱动扬声器、电动机等设备，并被广泛地应用于航空航天工程、医疗器械和机器人等应用产品中。 通斷（傳遞訊號）時的雙極晶體管表現出一些延遲特性。大多數晶體管，尤其是功率晶體管，具有長的儲存時間，限制操作處理器的最高頻率。一種方法用於減少該存儲時間是使用Baker clamp。. 电子学（Electronics），作用于包括有源电子元器件（例如真空管、二极管、三极管、集成电路）和与之相关的无源器件电路的互连技术。有源器件的非线性特性和控制电子流动的能力能够放大微弱信号，并且电子学广泛应用于信息处理、通信和信号处理。电子器件的开关特性使处理数字信号成为可能。电路板、电子封装等互连技术和其他各种形式的通信基础元件完善了电路功能，并使连接在一起的元件成为一个正常工作的系统。 电子学有别于電機（Electrical）和機電（Electro-mechanical）科学与技术，电气和电机科学与技术是处理电能的产生、分布、开关、储存和转换，通过电线、电动机、发电机、电池、开关、中继器、变压器、电阻和其他无源器件从其他形式的能量转换为电能。 1897年，約瑟夫·湯姆森發現電子的存在，这是電子學的起源。早期的電子學使用真空管來控制電子的流動，但其存在成本高及體積大等缺點。现如今，大多數电子设备都使用半导体器件来控制电子。真空管至今仍有一些特殊应用，例如、阴极射线管、专业音频设备和像多腔磁控管等微波设备。 半导体器件的研究和相关技术是固体物理学的一个分支，但是电子电路的设计和搭建来解决实际问题却是电子工程的范围。本文专注于电子学的工程方面。.

半导体

半导体（Semiconductor）是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至导电带，所以无法导电。 一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。 材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個電洞（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。.

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约翰·巴丁

约翰·巴丁（John Bardeen，），美国物理学家，因發明電晶體及其相關效應；超导的BCS理论分別在1956年、1972年2次获得诺贝尔物理学奖。.

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电子

电子（electron）是一种带有负电的次原子粒子，通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一，无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋，是一种费米子。因此，根據泡利不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子（又称正子），其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同，但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏，精密的尖端儀器，像四極離子阱，可以長時間局限電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像国际热核聚变实验反应堆，藉著局限電子和離子電漿，來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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电子学

电子学（Electronics），作用于包括有源电子元器件（例如真空管、二极管、三极管、集成电路）和与之相关的无源器件电路的互连技术。有源器件的非线性特性和控制电子流动的能力能够放大微弱信号，并且电子学广泛应用于信息处理、通信和信号处理。电子器件的开关特性使处理数字信号成为可能。电路板、电子封装等互连技术和其他各种形式的通信基础元件完善了电路功能，并使连接在一起的元件成为一个正常工作的系统。 电子学有别于電機（Electrical）和機電（Electro-mechanical）科学与技术，电气和电机科学与技术是处理电能的产生、分布、开关、储存和转换，通过电线、电动机、发电机、电池、开关、中继器、变压器、电阻和其他无源器件从其他形式的能量转换为电能。 1897年，約瑟夫·湯姆森發現電子的存在，这是電子學的起源。早期的電子學使用真空管來控制電子的流動，但其存在成本高及體積大等缺點。现如今，大多數电子设备都使用半导体器件来控制电子。真空管至今仍有一些特殊应用，例如、阴极射线管、专业音频设备和像多腔磁控管等微波设备。 半导体器件的研究和相关技术是固体物理学的一个分支，但是电子电路的设计和搭建来解决实际问题却是电子工程的范围。本文专注于电子学的工程方面。.

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运算放大器

运算放大器（Operational Amplifier，簡稱OP、OPA、op-amp、运放）是一种直流耦合，差模（差動模式）輸入、通常為單端輸出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓放大器。在这种配置下，运算放大器能产生一个比输入端电势差大数十万倍的输出电势（对地而言）。因为刚开始主要用于加法，減法等類比运算电路中，因而得名。 通常使用運算放大器時，會將其輸出端與其反相輸入端（inverting input node）連接，形成一負反馈組態。原因是運算放大器的電壓增益非常大，範圍從數百至數萬倍不等，使用負回授方可保證電路的穩定運作。但是這並不代表運算放大器不能連接成正反馈組態，相反地，在很多需要產生震盪訊號的系統中，正反饋組態的運算放大器是很常見的組成元件。 运算放大器有许多的規格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位邊限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比、电源抑制比、共模输入范围（input common mode range）、轉動率（slew rate）、输入偏移電壓（input offset voltage，又譯：失调电压）及雜訊等。 目前運算放大器廣泛應用於家電，工業以及科學儀器領域。一般用途的積體電路運算放大器售價不到一人民币，而現在運算放大器的設計已經非常成熟，輸出端可以直接短路到系統的接地端而不至於產生短路電流破壞元件本身。.

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集成电路

集成电路（integrated circuit，縮寫：IC；integrierter Schaltkreis）、或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶--片/芯--片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半導體裝置，也包括被动元件等）小型化的方式，並時常制造在半导体晶圓表面上。 前述將電路製造在半导体晶片表面上的積體電路又稱薄膜（thin-film）積體電路。另有一種（thick-film）（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动元件，集成到基板或线路板所构成的小型化电路。 本文是关于单片（monolithic）集成电路，即薄膜積體電路。 從1949年到1957年，維爾納·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默 (Jeffrey Dummer)、西德尼·達林頓(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都開發了原型，但現代積體電路是由傑克·基爾比在1958年發明的。其因此榮獲2000年諾貝爾物理獎，但同時間也發展出近代實用的積體電路的罗伯特·诺伊斯，卻早於1990年就過世。.

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SPICE

以積體電路為重點的模擬程式（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, SPICE），是一种用于电路描述与仿真的语言与仿真器软件，用于检测电路的连接和功能的完整性，以及用于预测电路的行为。SPICE主要用于模拟电路和混合信号电路的仿真。由此我們便可以清楚地了解：SPICE這套程式原先發展的目的是為了模--擬電子系統中日益重要的積體電路。 由於積體電路不如傳統電路一般可以在麵包板（breadboard）或印刷電路板（Printed circuit board）上做實驗來驗證設計結果，所以為了提高積體電路正式生產時的良率（yield）及降低成本，勢必要在進入實際製程階段前對其電路特性做「檢查」，確保性能在規格範圍之內。.

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模拟电路

模拟电路（analogue electronics，美式：analog electronics）是涉及连续函数形式模拟信号的电子电路，与之相对的是数字电路，后者通常只关注0和1两个逻辑电平。“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源于希腊语词汇ανάλογος，意思是“成比例的”。.

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沃尔特·布喇顿

#重定向 沃尔特·布拉顿.

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晶体管

晶体管（transistor），早期音譯為穿細絲體，是一种-zh-cn:固体; zh-tw:固態;--zh-cn:半导体器件; zh-tw:半導體元件;-，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。在1947年，由約翰·巴丁、沃爾特·布喇頓和威廉·肖克利所發明。當時巴丁、布喇頓主要發明半導體三極體；肖克利則是發明PN二極體，他們因為半導體及電晶體效應的研究獲得1956年諾貝爾物理獎。 電晶體由半導體材料組成，至少有三個對外端點（稱為極），(C)集極、(E)射極、(B)基極，其中(B)基極是控制極，另外兩個端點之間的伏安特性關係是受到控制極的非線性電阻關係。晶体管基于输入的電流或电压，改變輸出端的阻抗 ，從而控制通過輸出端的电流，因此晶體管可以作為電流開關，而因為晶体管輸出信號的功率可以大於輸入信號的功率，因此晶体管可以作為电子放大器。.

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