书城童书走进电学世界(物理知识知道点)
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第25章 认识半导体

电子管自诞生之日起,便被广泛地用于无线电和电视机等设备中。此外,它们被用在雷达和电影放映机内,还用于早期的电脑中。各式各样的控制装置也是依靠电子管发挥作用。

但真空管有一些缺点,其中一点,就是它们耗电量有些大,浪费了数量可观的电。在真空管中,必须把灯丝加热使它放出电子。加热要用电,它又产生出无用的热来。我们可以从经验得知:无线电收音机里面是相当热的,那么想象一下,在超音速喷气飞机的电子控制室里,数百个真空管会产生出怎样巨量的热吧。所以这种飞机必须使用特别的冷却设备来驱散那些热量。

旧时的电唱机科学家们发觉电子管的这个缺点和其他缺点,就开始研究别的办法来替代电子管的工作。于是,一种新的装置——半导体晶体管由美国贝尔实验室发明了。

习惯上,人们一般把半导体晶体管称为晶体管,实际上它并不是管状结构,之所以称它为“管”,只是沿袭了电子管的名字。

1948年,贝尔实验室的两位科学家,白列坦和巴甸,经过数年的研究,研制出了最早的半导体晶体管。它们看来并不引人注目——事实上,它太小了,必须仔细观察它。因为许多晶体管只有粉笔头大小,可是有些晶体管却能代替比它们大数百倍的电子管。和电子管相比,晶体管优点立现:需要的电流少得多,产生的热也少得多。

那么半导体晶体管是怎样工作的呢?

半导体晶体管是由锗晶体的小切片做成的。锗是一种元素,结晶体结构。用在典型的半导体晶体管中的锗晶体的切片,面积有时甚至小于1平方厘米,厚度小于1/4厘米,找把尺子来量一下看看,就知道有多小了。

晶体三极管的功能与电子管的功能相同,可以放大电流。它有三个电极,称作集电极、基极和发射极,分别对应于电子管的屏极、栅极和阴极。实际上现在日常提到的三极管都是晶体三极管。

当然,除了锗晶体管外,还有其他种类的晶体管。由于性能优越,现在,除了极少的几个地方,它们基本已经完全取代了电子管,而电子管差不多已经没人使用了。现在我们用的收音机、电视机等,都大量使用了晶体管。因此,这些电器比它们用电子管的“祖先”们要小巧、便携多了。

晶体管还有一个在医疗上的用途,那就是用在助听器上。听力已经衰退的中老年人和那些听觉上有残疾的人士佩戴助听器以后,就能够听见声音了。无声的世界变得丰富多彩起来,极大地改变了他们的生活。当然它的原理是把较小的声音转化成电流,再把电流放大,驱动耳机发出声音。

这种助听器刚发明的时候,同样是用微型电子管来制作的,主机是个盒子,放在上衣里,伸出一根电线接在耳塞机上。而现在用半导体的最小型的助听器,外观上就是个耳塞,可以直接放在耳朵里。

晶体管还有其他许多种用途。相信随着科技的发展,人类会研制出更新的产品来取代晶体管的。半导体的分类半导体按照其制造技术可以分为:集成电路器件、分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类,一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类,虽然不常用,但还是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其规模进行分类的方法。此外,还有按照其所处理的信号,可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。