电子管到晶体管

电子管到晶体管 1946~1957电子管又称真空管。 1904年,英国弗莱明发明的二级管,获得了这项发明的专利权。标志着世界从此进入了电子时代。 电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。世界从此进入了电子时代。 电子管的发明简介 说起电子管的发明，我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，一但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。 此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特，在二极 管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第 一只真空三极管．这一小小的改动，带来了意想不到的结果．它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、 放大和振荡三种功能于一体．因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点． 电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展．到 1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电 子管．电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外， 也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和 音乐播送到千家万户．就连飞机、雷达、火箭的发明和进 一一步发展，也有电子管的一臂之力． 电子管的优缺点 由于电子管体积大、功耗大、发热量大、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代，但是电子管负载能力强线性性能优于晶体管。 在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好，所以仍然在一些地方（如大功率无线电发射设备）继续发挥着不可替代的作用。 电子管的种类 （一）按用途分类：可分为电压放大管、功率大管、充气管、闸流管、引燃管、混频或变频管、整流管、振荡管、检波管、调谐指示管（电眼）、稳压管等。 （二）按电极数分类：可分为电压放大管、三极管、四极管、五极管、六极管、七极管、八极管、九极管和复合管等。三极以上的电管又称为多极管或多栅管。 （三）按外形分类：分为瓶形玻璃管（ST管）、“橡实”管、筒形玻璃管（GT管）、大型玻璃管（G式管）、金属瓷管、小型管（也称花生管或指形管、MT管）、塔形管（灯塔管）、超小型管（铅笔形管）等多种。 （四）按内部结构分类：可分为单二极管、二极管、双二极三极管、双二极管极管、单三极管、功率五极管、束射四极管、束射五极管、双一极管、二极——五极复合管、又束射四极管、三极-五极复合管、三极-六极复合管、三极-七极复合管、束射功率各处室等多种类型。 电子管的兴替 早在30年代，人们已经尝试着制造固体电子元件．但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管．因此这些尝试毫无例外都失败了． 随着科技的发展，人们对体积越来越小的方向发展，由于电子管的体积大，而且在移动过程中容易损坏，越来越多的表现出其的弊端，于是人们开始寻找和开发电子管的可替代产品，随着后来的晶体管的出现，已越来越多的机器不再使用电子管，晶体管的出现是人类在电子方面一个大的飞跃。1948年6月的一天，在美国贝尔实验室的一个房间里，一架样式很普通的收音机正在播放着轻柔的音乐，许多参观者在它面前驻足不前，为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？原来这是第一架不用电子管，而代之以一种新的固体-晶体管。 晶体管（transistor） 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。1948年6月30日，美国贝尔电话研究所正式宣布：世界上第一只晶体管研制成功。 美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿在30—40年代先后进入贝尔电话研究工作，都从事着固体物理理论的研究。肖克利早在1939年提出“利用半导体。”而不用真空管的放大器在原则上可行的。布拉顿和巴丁在开始研究晶体三极管时，采用了肖克利 的场效应概念，但实验屡次失败。两人在总结经验教训的同时，巴丁又提出了表面态理论。根据这一新的原理，在1947年12月23日的实验中，他们终于取得了意义重大的成功。巴丁和布拉顿把两根细金属丝置放在锗半导体晶体片的表面，其中一根接通电流，使另一根尽量靠近它，并加上微电流，这时，通过锗片电流突然增大起来。这就是一种信号放大现象。 罗伯特·诺依斯（RobertNoyce）、戈登·摩尔（GordonMoore）、朱利亚斯·布兰克（JuliusBlank）、尤金·克莱尔（EugeneKleiner）、金·赫尔尼（JeanHoerni）、杰·拉斯特（JayLast）、谢尔顿·罗伯茨（SheldonRoberts）和维克多·格里尼克（VictorGrinich）。后来他们被肖克利称为“八叛逆”。 八人接受位于纽约的仙童摄影器材公司的资助，于1957年，创办了仙童半导体公司。“史上的八叛逆”晶体管的发展历史及其重要里程碑1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（BipolarJunctionTransistor），这是现在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机RegencyTR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（RobertNoyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（GordonMoore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年)，摩尔定律在ElectronicsMagazine杂志一篇文章中公布。 1972年，英特尔发布了第个8位处理器8008。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBMPC的中枢大脑。16位8088处理器为8086的改进版，含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富(Forture)500强企业排名，《财富(Forture)》杂志将英特尔公司 评为“七十大商业奇迹之一（BusinessTriumphsoftheSeventies）”。 1982年：286微处理器(全称80286，意为“第二代8086”)推出，提出了指令集概念，即现在的x86指令集，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔·迅驰·移动技术平台诞生，包括了英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。 按半导体材料和极性分类 按晶体管使用的半导体材料：可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。 按结构及制造工艺分类：晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。 按电流容量分类：晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。 按工作频率分类：晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。 按封装结构分类：晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。 按功能和用途分类：晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。 同电子管相比，晶体管具有诸多优越性： ①晶体管的构件是没有消耗的。无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。 ②晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。 ③晶体管不需预热，一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。 ④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。 延伸：世界最小的晶体管问世只有原子大小英国科学家日前用世界上最薄的材料——石墨烯制造出了一种超小型晶体管，这种晶体管只有1个原子厚、10个原子宽。