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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流半导体三极管.精品文档.半导体三极管简介 半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。 1947年12月23日，美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里，3位科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现，在他们
2、发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应。这个器件，就是在科技史上具有划时代意义的成果晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。另外这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。 晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。PS：肖克莱半导体
3、实验室与仙童公司、硅谷（附1）三极管的结构与符号 三极管的基本结构是两个反向连结的PN接面，如下图所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号，发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。三极管的分类划分方法及名称说明按极性划分NPN型三极管目前常用的三极管，电流从集电极流向发射极通过电路符号的箭头可以区分PNP型三极管
4、电流从发射极流向及电极按材料划分硅三极管俗称硅管，目前常用的三极管，工作稳定性好锗三极管俗称锗管，反向电流大，受温度影响较大按极性和材料组合划分NPN型硅管最常用的是NPN型硅管NPN型锗管PNP型硅管PNP型锗管按工作频率划分低频三极管用于直流放大器、音频放大器电路高频三极管用于高频放大电路划分方法及名称说明按功率划分小功率三极管输出功率很小，用于前级放大电路中功率三极管用于功率放大器输出级或末前级电路大功率三极管用于功率放大器的输出级电路按封装材料划分塑料封装一般用于小功率三极管金属封装一般用于大功率三极管按安装形式划分普通三极管常见形式，分立焊接使用贴片三极管引脚非常短按用途划分放大管、
5、开关管、震荡管等用来构成各种功能电路三极管的外形和引脚分布 上图是常见的三极管外形以及管脚分布，具体的外形示意图和说明如下表外形示意图封装名称说明S-1A都是半圆形的底面。识别引脚时，将管脚朝下，切口朝自己，从左向右依次为E、B、CS-1B都是半圆形的底面。识别引脚时，将管脚朝下，切口朝自己，从左向右依次为E、B、CS-2块状的外形特征，在三极管的顶面有一个切角。识别时，将管脚朝下，切角朝自己，从左向右依次为E、B、CS-4管底形状较特殊，见图，识别时将管底朝上，且将三极管的圆面朝自己，从左向右依次为E、B、CS-5特征是在三极管中间开了一个带三角形的圆孔，在识别时将三极管印有型号的一面朝自己
6、，且将管脚朝下，从左向右依次为B、C、E。这种三极管顶面是金属的散热片S-6A顶端散热片是直的，识别时将切口一面朝自己，管脚朝下，从左向右依次为B、C、ES-6B顶端散热片是弯曲的，识别时将印有型号的一面朝自己，管脚朝下，从左向右依次为B、C、ES-7有散热片，且比较厚。识别时将印有型号的一面朝自己，管脚朝下，从左向右依次为B、C、ES-8此类型特点是比S-7型三极管尺寸大些。识别时将印有型号的一面朝自己，管脚朝下，从左向右依次为B、C、E三极管的3种工作状态一般三极管都有三种工作状态：放大状态、截止状态、饱和状态在放大状态下，三极管处于线性放大状态，当有交流信号输入时，三极管便对信号进行放大
7、，输出放大信号。在饱和状态下，三极管处于非线性工作状态，此时管子的电流很大，当有交流信号输入时便进入饱和区，其信号便会产生非线性失真。在截止状态下，三极管的各极电流都很小或为零，此时输入给三极管的信号便进入截止区，其输出的信号产生很大的非线性失真。常见的NPN型三极管3种工作状态下各电极电压的特征如下表所示。工作状态各电极电压特征说明截止状态集电极电压等于直流工作电压集电极电流为0，集电极电阻上电压降为0放大状态集电极电压大于基极电压，基极电压大于发射极电压集电极电流大，集电极电压低；集电极电流小，集电极电压高饱和状态集电极与发射极之间电压等于0.2V基极电压大于集电极电压，基极电压大于发射极
8、电压要使三极管进入放大区，必须给三极管各个电极一个合适的直流电压，归纳起来就是以下两个条件：一是给三极管的集电结加反向偏置电压，二是给三极管的发射结加正向偏置电压。主要参数特征频率fT当f= fT时，三极管完全失去电流放大功能。如果工作频率大于fT，电路将不正常工作。 工作电压/电流用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。 hFE（）共射级交流电流放大系数。 VCBO集电极-基极反向击穿电压，发射极开路时集电极与基极间最大允许的反向电压。VCEO 集电极-发射极反向击穿电压，基极开路时集电极与发射极间最大允许的反向电压。一般为几千伏。PCM集电极最大允许耗散功率。保证参数在规定范围内变化，集
9、电结上允许损耗功率的最大值。封装形式指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上实现。常用三极管一 中小功率三极管 通常把集电极耗散功率（PCM）小于1W的三极管称为中、小功率三极管。此类管子种类多、外形各异、体积小。特性频率fT大于3MHz的称为高频中小功率管。二 大功率三极管 大功率三极管是指管子集电极耗散功率大于1W的三极管。特点是工作电流大，体积也大，各电极的引线较粗而硬，集电极引线与金属外壳或散热片相连。塑封晶体管自带的散热片就是集电极。三 达林顿管 达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接法如下，以两个相同极性的三极管为例，前面为三极
10、管集电极跟后面三极管集电极相接，前面为三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。高放大倍数的管子只有在功率为2W以下时才能正常使用，当功率增大时，管子的压将造成温度上升，前级晶体管的漏电流会被逐渐放大，导致整体热稳定性变差，因此，大功率达林顿管内部均设有泄放电阻，这样，除了大大提高热稳定性外，还还能有效提高末级功率管的耐压。大部分大功率达林顿管还在C和E极之间反向并联一只阻尼二极管VD。当负载突然断
11、电时，可通过二级管将反向电动势泄放掉，防止内部三极管被击穿。达林顿管的典型应用1、用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路。2、驱动小型继电器。利用CMOS电路经过达林顿管驱动高灵敏度继电器的电路，如下图所示。虚线框内是小功率NPN达林顿管FN020。3、驱动LED智能显示屏。LED智能显示屏是由微型计算机控制，以LED矩阵板作显示的系统，可用来显示各种文字及图案。该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高、高速低压降的达林顿管。上图是用BD683(或BD677)型中功率NPN达林顿管作为列驱动器，而用BD682(或BD678)型PNP达林顿管作行驱动器，控制88LED矩阵板上相应的行(或列)的像素
12、发光。应注意的是，达林顿管由于内部由多只管子及电阻组成，用万用表测试时，be结的正反向阻值与普通三极管不同。对于高速达林顿管，有些管子的前级be结还反并联一只输入二极管，这时测出be结正反向电阻阻值很接近；容易误判断为坏管。用万用表测量三极管1、区分三极管的基极b：从三极管的原理图可以看出，如果在C、E之间加测量电压，无论电源方向如何，总有一个PN结处于反向偏置状态，电路不会导通。测量方法：用万用表的红、黑表笔分别接触三极管的任意两个管脚，测量一次后，如果电阻值无穷大（指针表的表针不动；数字表只显示“1”），则将红、黑表笔交换，再测这两个管脚一次。如果两次测得的电阻值都是无穷大，说明被测的两个
13、管脚是集电极C和发射极E，剩下的一个则是基极B。如果在两次测量中，有一次的阻值不是无穷大，则换一个管脚再测，直到找出正、反向电阻都大的两个管脚为止。（如果在三个管脚中找不出正、反向电阻都大的两个管脚，说明三极管已经损坏，至少有一个PN结已经击穿短路。）。要想区别E和C，需要测出三极管的极性后再进一步测量。2、区分三极管的极性（NPN、PNP）：测出三极管的基极B后，通过再次测量来区分三极管是NPN型还是PNP型。当在基极加测量电压的正极时，NPN管的基极对另外两个极都是正向偏置，而PNP管的基极对另外两个极都是反向偏置。所以测量方法如下：将万用表的正表笔（指针表的黑表笔；数字表的红表笔）接触已
14、知的基极，用另一支表笔分别接触另外两个管脚，如果另外两个管脚都导通，说明被测管是NPN型，否则是PNP型。3、区分发射极和集电极：使用数字万用表来区分集电极和发射极十分方便。仍然需要先测出被测管的极性和基极。然后将数字表旋钮对准HFE档，将被测管按假定的E、C插入数字表的“三极管测量插座”中，其中基极和三极管的极性（NPN或PNP）必须正确，观察并记录数字显示的被测管HFE值；交换假定的C、E之后再测一次。两次测量中数值大的一次为正确插入。由此判断出被测管的E和C。4、测量三极管是否损坏： 三极管的损坏，是因为三极管的PN结损坏所致。PN结的损坏分为两种情况：短路和断路。短路是指PN结失去“单
15、向”导电性，成为通路，正、反向电阻都近似为零；断路是指PN结内部开路，电阻无穷大。使用万用表判别三极管是否损坏，就是通过测量三极管的发射结和集电结是否具有单向导电性来判别三极管的好坏。在以上两项的测量中，可以发现是否有PN结损坏。损坏的PN结或者是正、反向电阻都趋于零，或正、反向电阻都无穷大，由此可以判别三极管是否损坏。达林顿管的检测 达林顿管产品大致分成两类，一类是普通型，内部无保护电路，另一类则带有保护电路。下面分别介绍使用万用表检测这两类达林顿管的方法。1普通达林顿管的检测方法 普通达林顿管内部由两只或多只晶体管的集电极连接在一起复合而成，其基极B与发射极E之间包含多个发射结。检测时可使
16、用万用表的R1k或R10k档来测量。测量达林顿管各电极之间的正、反向电阻值。正常时，集电极C与基极B之间的正向电阻值（测NPN管时，黑表笔接基极B；测PNP管时，黑表笔接集电极C）与普通硅晶体管集电结的正向电阻值相近，为310k之间，反向电阻值为无穷大。而发射极E与基极B之间的的正向电阻值（测NPN管时，黑表笔接基极 B；测PNP管时，黑表笔接发射极E）是集电极C与基极B之间的正、反向电阻值的23倍，反向电阻值为无穷大。集电极C与发射极E之间的正、反向电阻值均应接近无穷大。若测得达林顿管的C、E极间的正、反向电阻值或BE极、BC极之间的正、反向电阻值均接近0，则说明该管已击穿损坏。若测得达林顿
17、管的 BE极或BC极之间的、反向电阻值为无穷大，则说明该管已开路损坏。2. 大功率达林顿管的检测 大功率达林顿管在普通达林顿管的基础上增加了由续流二极管和泄放电阻组成的保护电路，在测量时应注意这些元器件对测量数据的影响。用万用表R1k或R10k档，测量达林顿管集电结（集电极C与基极B之间）的正、反向电阻值。正常时，正向电阻值（NPN管的基极接黑表笔时）应较小，为110k，反向电阻值应接近无穷大。若测得集电结的正、反向电阻值均很小或均为无穷大，则说明该管已击穿短路或开路损坏。用万用表R100档，测量达林顿管发射极E与基极B之间的正、反向电阻值，正常值均为几百欧姆至几千欧姆（具体数据根据B、E极之
18、间两只电阻器的阻值不同而有所差异。例如，BU932R、MJ10025等型号大功率达林顿管B、E极之间的正、反向电阻值均为600左右），若测得阻值为0或无穷大，则说明被测管已损坏。用万用表R1k或R10k档，测量达林顿管发射极E与集电极C之间的正、反向电阻值。正常时，正向电阻值（测NPN管时，黑表笔接发射极E，红表笔接集电极C；测PNP管时，黑表笔接集电极C，红表笔接发射极E）应为515k（BU932R为7k），反向电阻值应为无穷大，否则是该管的C、E极（或二极管）击穿或开路损坏。注意事项：某些改进型达林顿管还在R1、R2各并联一只二极管D2、D3，当B-E之间加反向电压时，测出的就不是(R1+
19、R2)电阻之和，而是两只二极管的正向压降之和(VF2+VF3)。附1硅谷人才摇篮 仙童半导体公司沉浮 许多电脑史学家都认为，要想了解美国硅谷的发展史，就必须了解早期的仙童半导体公司。这家公司，曾经是世界上最大、最富创新精神和最令人振奋的半导体生产企业，为硅谷的成长奠定了坚实的基础。更重要的是，这家公司还为硅谷孕育了成千上万的技术人才和管理人才，它不愧是电子、电脑业界的“西点军校”，是名符其实的“人才摇篮”。一批又一批精英人才从这里出走和创业，书写了硅谷一段辉煌的历史；然而，正因为人才的大量流失，也造成了这家公司历经坎坷的商海沉浮。 仙童半导体创立于1957年，这段史实必须从两条线索讲起。195
20、5年，成就了“本世纪最伟大发明”的“晶体管之父”的肖克利（W.Shockley）博士，离开贝尔实验室返回故乡圣克拉拉，创建“肖克利半导体实验室”。这一喜讯，正中特曼教授为硅谷网罗天下英才之下怀： 有了肖克利这棵“梧桐树” ，何愁引不到成群的“凤凰”来？电子电脑界焦急地关注着肖克利的行踪。 据说，300年前当牛顿宣布准备在他的故乡建一所工厂时，全世界的物理学界也是如此心态。不久，因仰慕“晶体管之父”的大名，求职信像雪片般飞到肖克利办公桌上。第二年，八位年轻的科学家从美国东部陆续到达硅谷，加盟肖克利实验室。他们是：诺依斯（N. Noyce）、摩尔（R.Moore）、布兰克（J.Blank）、克莱E
21、.Kliner）、赫尔尼（J.Hoerni）、拉斯特（J.Last）、罗伯茨（S.Boberts）和格里尼克（V.Grinich）。他们的年龄都在30岁以下，风华正茂，学有所成，处在创造能力的巅峰。他们之中，有获得过双博士学位者，有来自大公司的工程师，有著名大学的研究员和教授，这是当年美国西部从未有过的英才大集合。 29岁的诺依斯是八人之中的长者，是“投奔”肖克利最坚定的一位。当他飞抵旧金山后所做的第一件事，就是倾囊为自己购下一所住所，决定永久性定居，根本就没有考虑到工作环境、条件和待遇。其他七位青年，来硅谷的经历与诺依斯大抵相似 。可惜，肖克利是天才的科学家，却缺乏经营能力；他雄心勃勃，但对
22、管理一窍不通。特曼曾评论说：“肖克利在才华横溢的年轻人眼里是非常有吸引力的人物，但他们又很难跟他共事。”一年之中，实验室没有研制出任何象样的产品。八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”（The Traitorous Eight）。青年人面面相觑，但还是义无反顾离开了他们的“伯乐”。不过，后来就连肖克利本人也改口把他们称为“八个天才的叛逆”。在硅谷许多著作中，“八叛逆”的照片与惠普的车库照片，具有同样的历史价值。“八叛逆”找到了一家地处美国纽约的摄影器材公司来支持他们创业，这家公司名称为Fairchild，音译“费尔柴尔德”，
23、但通常意译为“仙童”。仙童摄影器材公司的前身是谢尔曼费尔柴尔德（S. Fairchild）1920年创办的航空摄影公司。费尔柴尔德不仅是企业家，也是发明家。他的发明主要在航空领域，包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销，他在1936年将公司一分为二，其中，生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当“八叛逆”向他寻求合作的时候，已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅提供了3600美元的种子基金， 要求他们开发和生产商业半导体器件， 并享有两年的购买特权。于是，“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司，“仙童”之首自然是诺依斯。1957年10月，仙童半导体公司仍然在硅谷嘹望山查尔斯顿路
24、租下一间小屋，距离肖克利实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散基型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料，这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖克利重视的项目。 费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力，总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工，由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺，而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。 1958年1月， IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器。 到1958年底，“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工，依靠技术创新优势，一举成为硅谷成长最快的公司。仙童半导体公司在诺依斯精心运筹下，业
25、务迅速地发展，同时，一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众“仙童”中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不 同，他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上，然而在掩模上绘好晶体管结构，用照相制版的方法缩小，将结构显影在硅片表面氧化层，再用光刻法去掉不需要的部分。 扩散、掩模、照相、光刻，整个过程叫做平面处理技术，它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃，也仿佛为“仙童”们打开了一扇奇妙的大门，使他们看到了一个无底的深渊：用这种方法既然能做一个晶体管，为什么不能做它几十个、几百个，乃至成千上万呢？1959年1月23日，诺依
26、斯在日记里详细地记录了这一闪光的设想。 1959年2月，德克萨斯仪器公司（TI）工程师基尔比（J.kilby）申请第一个集成电路发明专利的消息传来，诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题，比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等，正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出：可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起疾追。 1959年7月30日，他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权，两家公司开始旷日持久的争执。1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予巴兰丁奖章，基尔比被誉为“第一块集成电
27、路的发明家”而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，法院最后的判决下达，也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。 1960年，仙童半导体公司取得进一步的发展和成功。由于发明集成电路使它的名声大振， 母公司费尔柴尔德摄影器材公司决定以300万美元购买其股权，“八叛逆”每人拥有了价值25万美元的股票。1964年，仙童半导体公司创始人之一摩尔博士，以三页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的定律。摩尔天才地预言说道，集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头。摩尔所作的这个预言，因后来集成电路的发展而得以证明，并在
28、较长时期保持了它的有效性，被人誉为“摩尔定律”，成为新兴电子电脑产业的“第一定律”。60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。 到1967年，公司营业额已接近2亿美元，在当时可以说是天文数字。据那一年进入该公司的虞有澄博士（现英特尔公司华裔副总裁）回忆说：“进入仙童公司，就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。”然而，也就是在这一时期，仙童公司也开始孕育着危机。母公司总经理不断把利润转移到东海岸，去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。目睹母公司的不公平，“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走，成立了阿内尔科公司。据说，赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。随后，“八叛逆”另一成员格拉斯也
29、带着几个人脱离仙童创办西格奈蒂克斯半导体公司。从此，纷纷涌进仙童的大批人才精英，又纷纷出走自行创业。正如苹果公司乔布斯形象比喻的那样：“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”脱离仙童半导体创办公司者之中，较有名气的是查尔斯斯波克（C.Sporck）和杰里桑德斯（J. Sanders）。波克曾一度担任过仙童半导体公司总经理，1967年出走后，来到国民半导体公司（NSC） 担任CEO。他大刀阔斧地推行改革，把NSC从康涅狄格州迁到了硅谷，使它从一家亏损企业快速成长为全球第6大半导体厂商。桑德斯则是仙童半导体公司销售部主任，1969年，他带着7位仙童员工
30、创办高级微型仪器公司（AMD），这家公司目前已经是仅次于英特尔公司的微处理器生产厂商，K6、K6-2等微处理器产品畅销全世界。1968年，“八叛逆”中的最后两位诺依斯和摩尔，也带着葛罗夫（A. Grove）脱离仙童公司自立门户， 他们创办的公司就是大名鼎鼎的英特尔（Intel）。虽然告别了仙童，“八叛逆”仍然约定时间在一起聚会，最近的一次是1997年，8人之中只有6人还健在。似乎要高扬“八叛逆”的“叛逃”精神，一批又一批“仙童”夺路而出，掀起了巨大的创业热潮。对此，80年代初出版的著名畅销书硅谷热（Silicon Valley Fever）写到：“硅谷大约70家半导体公司的半数，是仙童公司的直
31、接或间接后裔。在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上， 400位与会者中，未曾在仙童公司工作过的还不到24人。”从这个意义上讲，说仙童半导体公司是“硅谷人才摇篮”毫不为过。人才大量流失是硅谷发展的“福音”，给仙童半导体带来的却是一场灾难。从1965年到1968年， 公司销售额不断滑坡，还不足1.2亿美元，连续两年没有赢利。人们都清楚地意识到，它再也不是“淘气孩子们创造的奇迹”了。为了找人接替诺依斯的工作， 谢尔曼费尔柴尔德以硅谷历史上最高的待遇3年100万美元薪金外加60万美元股票， 从摩托罗拉公司请来莱斯特霍根博士，亡羊补牢，以显
32、示其“求贤若渴”的姿态。霍根不是一位无能的总经理， 曾经给摩托罗拉公司带来过重大转机。在执政仙童6年期限内，他尽了最大的努力，使公司销售额增加了两倍。然而，仙童半导体公司的灵魂人物已经离去，它的崩溃不过是时间迟早问题。1974年，无力回天的霍根，把权柄交给36岁的科里根， 而他的继任者却在二三年内，让这家公司从半导体行业的第2位，迅速跌落到第6位。70年代末，科里根终于发现，挽救仙童半导体公司的最好途径是把它卖掉。几经周折，他最终选定了一家拥有21亿美元资产的施拉姆伯格（Schlumberger）公司，尽管这是一家法国公司，而且是经营石油服务业的公司。1979年夏季，曾经是美国最优秀的企业仙童
33、半导体公司被法国外资接管，售价3亿5千万美元，在硅谷内外造成极大的轰动。 外资似乎也不能给日益衰败的仙童半导体注入活力，虽然施拉姆伯格公司招聘到一批研究人工智能的人才，原本可以让仙童快速进入机器人生产领域，但他们没有这样做。实际上，在继续亏损后，仙童又被用原价的三分之一转卖给另一家美国公司，买主正是原仙童总经理斯波克管理的国民半导体公司（NSC），仙童半导体品牌一度寿终正寝。1996年，国民半导体公司把原仙童公司总部迁往缅因州，并恢复了“仙童半导体”的老名字。但是，拥有员工6500人的“硅谷人才摇篮”却不得不退出了硅谷。早在1962年，仙童半导体公司就在缅因州建立了研制和制造晶体管的生产线，在
34、加州，在犹他州，甚至在南韩和马来西亚都有其分部，在半导体器件领域仍有较强的实力，主要研制和生产半导体存储器设备。总部迁至缅因州南波特兰后，公司领导力图重振雄风，可是，命运多舛的“仙童”，1997年3月被国民半导体公司以5.5亿的价格再次出售，原因不言而喻国民半导体公司以同样的价格买下了全球第三大微处理器制造商Cyrix， 试图与Intel和AMD争夺PC机半导体市场。被人买来卖去的滋味肯定不好受，仙童半导体现任CEO和总裁克尔克庞德（K.Pond）希望对公司实施战略性的重组。庞德曾就学于阿肯色大学电子工程系，并获得宾夕法尼亚工商管理硕士（MBA） 。自1968年加入仙童半导体公司以来，先后在许
35、多部门担任要职，1994年起就是仙童半导体的主要领导人。好在这次出资收购的是一家风险资本公司，仙童半导体公司终于具有中立的身份。庞德兴奋地说，这次转变将有利于开发仙童的内部价值，可以让我们自主发展，成为拥有多种产品供应的半导体企业。果不其然，庞德旗下的仙童半导体连续做出了惊人之举，它也开始了企业收购：当年11月， 仙童半导体斥资1.2亿，买下了年收入7000万的Raytheon公司半导体分部；1998年12月，仙童再次斥资4.55亿，跨国购并了南韩三星公司属下一个制造特殊芯片的半导体工厂。这次收购将使仙童制造的半导体产品更适合于电视、录像机和音频设备，大踏步地向消费电子制造业挺进。三极管开关电
36、路设计详细过程三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上。输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管
37、乃胜作于截止(cut off)区。同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区(saturation)。一、三极管开关电路的分析设计由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于 0.3伏特。 (838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭
38、合动作一样。欲如此就必须使 Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为:上式表出了IC和IB之间的基本关系，式中的值代表三极管的直流电流增益，对某些三极管而言，其交流值和直流值之间，有着甚大的差异。欲使开关闭合，则其Vin值必须够高，以送出超过或等于(式1) 式所要求的最低基极电流值。由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路，故Vin可由下式来求解:一旦基极电压超过或等于(
39、式2) 式所求得的数值，三极管便导通，使全部的供应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。总而言之，三极管接成图1的电路之后，它的作用就和一只与负载相串联的机械式开关一样，而其启闭开关的方式，则可以直接利用输入电压方便的控制，而不须采用机械式开关所常用的机械引动(mechanical actuator)螺管柱塞(solenoid plunger)或电驿电枢(relay armature)等控制方式。为了避免混淆起见，本文所介绍的三极管开关均采用NPN三极管，当然NPN三极例题1试解释出在图2的开关电路中，欲使开关闭合(三极管饱和) 所须的输入电压为何并解释出此时之负载电流与基极电流值解由
40、2式可知，在饱和状态下，所有的供电电压完全跨降于负载电阻上，因此由方程式(1) 可知输入电压可由下式求得 图2 用三极管做为灯泡开关由例题1-1得知，欲利用三极管开关来控制大到1.5A的负载电流之启闭动作，只须要利用甚小的控制电压和电流即可。此外，三极管虽然流过大电流，却不须要装上散热片，因为当负载电流流过时，三极管呈饱和状态，其VCE趋近于零，所以其电流和电压相乘的功率之非常小，根本不须要散热片。二、三极管开关与机械式开关的比较截至目前为止，我们都假设当三极管开关导通时，其基极与射极之间是完全短路的。事实并非如此，没有任何三极管可以完全短路而使VCE=0，大多数的小信号硅质三极管在饱和时，V
41、CE(饱和) 值约为0.2伏特，纵使是专为开关应用而设计的交换三极管，其VCE(饱和) 值顶多也只能低到0.1伏特左右，而且负载电流一高，VCE(饱和) 值还会有些许的上升现象，虽然对大多数的分析计算而言，VCE(饱和) 值可以不予考虑，但是在测试交换电路时，必须明白VCE(饱和) 值并非真的是0。虽然VCE(饱和)的电压很小，本身微不足道，但是若将几个三极管开关串接起来，其总和的压降效应就很可观了，不幸的是机械式的开关经常是采用串接的方式来工作的，如图3(a)所示，三极管开关无法模拟机械式开关的等效电路(如图3(b)所示)来工作，这是三极管开关的一大缺点。图3 三极管开关与机械式开关电路幸好
42、三极管开关虽然不适用于串接方式，却可以完美的适用于并接的工作方式，如图4所示者即为一例。三极管开关和传统的机械式开关相较，具有下列四大优点图4三极管开关之并联联接（1） 三极管开关不具有活动接点部份，因此不致有磨损之虑，可以使用无限多次，一般的机械式开关，由于接点磨损，顶多只能使用数百万 次左右，而且其接点易受污损而影响工作，因此无法在脏乱的环境下运作，三极管开关既无接点又是密封的，因此无此顾虑。（2） 三极管开关的动作速度较一般的开关为快，一般开关的启闭时间是以毫秒 (ms)来计算的，三极管开关则以微秒(s)计。（3） 三极管开关没有跃动(bounce) 现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会
43、有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。（4）利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不致有火花产生。反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载样 上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害。三、三极管开关的测试 三极管开关不像机械式开关可以光凭肉眼就判断出它目前的启闭状态，因此必须利用电表来加以测试。在图5所示的标准三极管开关电路中，当开关导通时，VEC的读值应该为0，反之当开关切断时，VCE应对于VCC。三极管开关在切断的状况下，由于负载上没有电流流过，因此也没有压降，所以全部的供应电压均跨降在开关的
44、两端，因此其VCE值应等于VCC，这和机械式开关是完全相同的。如果开关本身应导通而未导通，那就得测试Vin的大小了。欲保证三极管导通，其基极的Vin电压值就必须够高，如果Vin值过低，则问题就出自信号源而非三极管本身了。假使在Vin的准位够高，驱动三极管导通绝无问题时，而负载却仍未导通，那就要测试电源电压是否正常了。在导通的状态下，硅三极管的VBE值约为0.6伏特，假使Vin值够高，而VBE值却高于和低于0.6伏特，例如VBE为1.5伏特或0.2伏特，这表示基射极接面可能已经损坏，必须将三极管换掉。当然这一准则也未必百分之百正确，许多大电流额定的功率三极管，其VBE值经常是超过1伏特的，因此即
45、使 VBE的读值达到1.5伏特，也未必就能肯定三极管的接面损坏，这时候最好先查阅三极管规格表后再下断言。一旦VBE正常且有基极电流流动时，便必须测试VCE值，假使VCE趋近于VCC，就表示三极管的集基接面损坏，必须换掉三极管。假使VCE趋近于零伏特，而负载仍未导通，这可能是负载本身有开路现象发生，因此必须检换负载。图5 三极管开关电路，各主要测试电的电压图当Vin降为低电压准位，三极管理应截止而切断负载，如果负载仍旧未被切断，那可能是三极管的集基极和集射极短路，必须加以置换。第二节 基本三极管开关之改进电路有时候，我们所设定的低电压准位未必就能使三极管开关截止，尤其当输入准位接近0.6伏特的时
46、候更是如此。想要克服这种临界状况，就必须采取修正步骤，以保证三极管必能截止。图6就是针对这种状况所设计的两种常见之改良电路。图6 确保三极管开关动作，正确的两种改良电路图6左边的电路，在基射极间串接上一只二极管，因此使得可令基极电流导通的输入电压值提升了0.6伏特，如此即使Vin值由于信号源的误动作而接近0.6伏特时，亦不致使三极管导通，因此开关仍可处于截止状态。图6右边的电路加上了一只辅助-截止(hold-off)电阻R2，适当的R1，R2及Vin值设计，可于临界输入电压时确保开关截止。由图6(b)可知在基射极接面未导通前(IB0)，R1和R2形成一个串联分压电路，因此R1必跨过固定(随Vi
47、n而变) 的分电压，所以基极电压必低于Vin值，因此即使Vin接近于临界值(Vin=0.6伏特) ，基极电压仍将受连接于负电源的辅助-截止电阻所拉下，使低于0.6伏特。由于R1，R2及VBB值的刻意设计，只要Vin在高值的范围内，基极仍将有足够的电压值可使三极管导通，不致受到辅助-截止电阻的影响。加速电容器(speed-up capacitors)在要求快速切换动作的应用中，必须加快三极管开关的切换速度。图7为一种常见的方式，此方法只须在RB电阻上并联一只加速电容器，如此当Vin由零电压往上升并开始图7 加了加速电容器的电路送电流至基极时，电容器由于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的
48、大电流由电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。稍后，待充电完毕后，电容就形同开路，而不影响三极管的正常工作。一旦输入电压由高准位降回零电压准位时，电容器会在极短的时间内即令基射极接面变成反向偏压，而使三极管开关迅速切断，这是由于电容器的左端原已充电为正电压，如图6-9所示，因此在输入电压下降的瞬间，电容器两端的电压无法瞬间改变仍将维持于定值，故输入电压的下降立即使基极电压随之而下降，因此令基射极接面成为反向偏压，而迅速令三极管截止。适当的选取加速电容值可使三极管开关的切换时间减低至几十分之微秒以下，大多数的加速电容值约为数百个微微法拉(pF) 。有时候三极管开关的负载并非直接加在集电极与电源