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1、电子器件的发展史.txt基本电子管一般有三个极,一个阴极(K)用来发射电子,一个阳极(A)用来吸收阴极所发射的电子,一个栅极(G)用来控制 流到阳极的电子流量.阴极发射电子的基本条件是:阴极本身必须具有相当的热量,阴极又分两种,一种是直热式,它是由电 流直接通过阴极使阴极发热而发射电子;另一种称旁热式阴极,其结构一般是一个空心金属管,管内装有绕成螺线形的灯 丝,加上灯丝电压使灯丝发热从而使阴极发热而发射电子,现在日常用的多半是这种电子管(如图所示).由阴极发射出来的 电子穿过栅极金属丝间的空隙而达到阳极,由于栅极比阳极离阴极近得多,因而改变栅极电位对阳极电流的影响比改变阳 极电压时大得多,这就
2、是三极管的放大作用.换句话说就是栅极电压对阳极电流的控制作用.我们用一个参数称跨导(S)来 表示.另外还有一个参数来描述电子管的放大系数,它的意义是说明了栅极电压控制阳流的能力比阳极电压对阳流的作 用大多少倍.www.ShareDIY.net 为了提高电子管的放大系数,在三极管的阳极和控制栅极之间另外加入一个栅极称之为帘栅极,而构成四极管,由于帘栅极 具有比阴极高很多的正电压,因此也是一个能力很强的加速电极,它使得电子以更高的速度迅速到达阳极,这样控制栅极的 控制作用变得更为显著.因此比三极管具有更大的放大系数.但是由于帘栅极对电子的加速作用,高速运动的电子打到阳 极,这些高速电子的动能很大,
3、将从阳极上打出所谓二次电子,这些二次电子有些将被帘栅吸收形成帘栅电流,使帘栅电流 上升这会导致帘栅电压的下降,从而导致阳极电流的下降,为此四极管的放大系数受到一定而限制.www.ShareDIY.net 为了解决上述矛盾,在四极管帘栅极外的两侧再加入一对与阴极相连的集射极,由于集射极的电位与阴极相同,所以对电子 有排斥作用,使得电子在通过帘栅极之后在集射极的作用下按一定方向前进并形成扁形射束,这扁形电子射束的电子密度 很大,从而形成了一个低压区,从阳极上打出来的二次电子受到这个低压区的排斥作用而被推回到阳极,从而使帘栅电流大 大减少,电子管的放大能力得而加强.这种电子管我们称为束射四极管,束射
4、四极管不但放大系数较三极管为高,而且其阳 极面积较大,允许通过较大的电流,因此现在的功放机常用到它作为功率放大 电子技术发展的里程碑晶体管 谈到晶体管，也许很多人会感到很陌生然而，就是小小的晶体管的发明给电子学带来了一场革命这场革命发展之迅 速、波及范围之广泛，完全超出了人们的想象 现在晶体管和微型电路几乎无所不能，无处不在小到人们日常生活中的助听器、收音机、录音机和电视机，大到实验 室仪器、工业生产及国防设备、计算机、机器人、宇宙飞盘等，都离不开晶体管可以毫不夸张地说，晶体管奠定了现 代电子技术的基础 可是，晶体管究竟是什么样的?它又是怎样发明出来的?必不可少的一步电子管的问世1883年，闻
5、名世界的大发明家 爱迪生发明了第一只白炽照明灯电灯的发明，给一直生活在黑暗之中的人们送去了光明和温暖就在这个过程中，爱 迪生还发现了一个奇特的现象：一块烧红的铁会散发出电子云后人称之为爱迪生效应1884年的一天，一位叫弗莱明 的英国发明家，远涉重洋，风尘仆仆地来到美国，拜会了他慕名已久的爱迪生就在这两位大发明家的会见中，爱迪生 再次展示了爱迪生效应遗憾的是，由于当时技术条件的限制，不论是爱迪生，还是弗莱明，都对这一效应百思不得其 解，不知道利用这一效应能做些什么 20世纪初，有线电报问世了这一发明给人们带来了很多便利有线电报发出的信号是高频无线电波，收信台必须进行 整流，才能从听筒中听出声音来
6、当时的整流器结构复杂，功效又差，亟待改进正在研究高频整流器的弗莱明灵机一 动，他想，如果把爱迪生效应应用在检波器上，结果会怎样呢?就这样，引出了一个新的发明 1904年弗莱明在真空中加热的电丝(灯丝)前加了一块板极，从而发明了第一只电子管他把这种装有两个极的电子管称 为二极管利用新发明的电子管，可以给电流整流，使电话受话器或其它记录装置工作起来如今，打开一架普通的电 子管收音机，我们很容易看到灯丝烧得红红的电子管它是电子设备工作的心脏，是电子工业发展的起点 弗莱明的二极管是一项崭新的发明它在实验室中工作得非常好可是，不知为什么，它在实际用于检波器上却很不成 功，还不如同时发明的矿石检波器可靠因
7、此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击 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，竟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德福雷斯特自己也 非常惊喜，认为“我发现了一个看不见的空中帝国”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
8、乐播送到千家万户就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电 子管的一臂之力 三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地 位但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂因此，电子管问世不久，人 们就在努力寻找新的电子器件第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗在雷达工作频段上使用的普通的电子 管，效果极不稳定移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障因此，电子管本身固有的弱点和迫 切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件 早在30年代，
9、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 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元件晶体 管的收音机虽然人们对这架收音机显露出浓厚的兴趣然而，他们对晶体管本身却不以为然美国纽约先驱论坛 报的记者在报道中写道：“这一器件还在实验室阶段，工程师们都认为它在电子工业中的革新是有限的”事实上， 晶体管发明以后，在不长的时间内，它的深远影响便很快地显示出来它在电
10、子学领域完成了一场真正的革命 什么是晶体管呢？通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体木 材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体晶体管就是用 半导体材料制成的这类材料最常见的便是锗和硅两种 第 1 页电子器件的发展史.txt 半导体是19世纪末才发现的一种材料当时人们并没有发现半导体的价值，也就没有注重半导体的研究直到二次大战 中，由于雷达技术的发展，半导体器件微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人 们对半导体的兴趣许多科学家都投入到半导体的深入研究中经过紧张的研究工作，美国
11、物理学家肖克利、巴丁和布 拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管一种三个支点的半导体固体元件晶体管被人们称为“三条腿的魔术师” 它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代固体电子技术时代他们三人也因 研究半导体及发现晶体管效应而共同获得1956年最高科学奖诺贝尔物理奖 肖克利小组与晶体管美国人威廉肖克利，1910年2月13日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理，1936年得到 该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的在电子、特别在通讯领域是 最有名气的研究所，号称“研究王国”早在1936年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁
12、默文凯利就对肖克 利说过，为了适应通讯不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换这段话给肖克利留下了不可 磨灭的印象，激起他满腔热情，把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中沃尔特布拉顿也是美国人，1902年2月 10日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博 士学位后，进入贝尔研究所从事真空管研究工作温文儒雅的美国人巴丁是一个大学教授的儿子，1908年在美国威斯康 星州的麦迪逊出生，相继于1928年和1929年在威斯康星大学获得两个学位后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理， 1936年获得博士学位1945年来到贝尔实
13、验室工作默文凯利是一位颇有远见的科技管理人员他从30年代起，就注 意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定 加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域于是，1945年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方 向，并为此制定了一个庞大的研究计划发明晶体管就是这个计划的一个重要组成部分1946年1月，贝尔实验室的固体 物理研究小组正式成立了这个小组以肖克利为首，下辖若干小组，其中之一包括布拉顿、巴丁在内的半导体小组在 这个小组中，活跃着理论物理学家、实验专家、物理化学家、线路专家、冶金专家、工程师等多学科多方面的人才他 们通力合
14、作，既善于汲取前人的有益经验，又注意借鉴同时代人的研究成果，博采众家之长小组内部广泛开展有益的 学术探讨“有新想法，新问题，就召集全组讨论，这是习惯”在这样良好的学术环境中，大家都充满热情，完全沉 醉在理论物理领域的研究与探索中 开始，布拉顿和巴丁在研究晶体管时，采用的是肖克利提出的场效应概念场效应设想是人们提出的第一个固体放大器 的具体方案根据这一方案，他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动但是事与愿违，实 验屡屡失败 人们得到的效应比预期的要小得多人们困惑了，为什么理论与实际总是矛盾的呢？ 问题究竟出在那里呢？经过多少个不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一种新的理论表面
15、态理论这一理论认为表 面现象可以引起信号放大效应表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步布拉顿等人乘 胜追击，认真细致地进行了一系列实验结果，他们意外地发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内 部的电荷层和电势力发生了改变，这不正是肖克利曾经预言过的场效应吗?这个发现使大家十分振奋在极度兴奋中，他 们加快了研究步伐，利用场效应又反复进行了实验谁知，继续实验中突然发生了与以前截然不同的效应这接踵而至 的新情况大大出乎实验者的预料 人们的思路被打断了，制作实用器件的原计划不能不改变了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离了然而肖克利小组并没 有知难而退他们紧紧循着茫茫迷雾
16、中的一丝光亮，改变思路，继续探索经过多次地分析、计算、实验，1947年12月 23日，人们终于得到了盼望已久的“宝贝”这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触 丝十分靠近时，放大作用发生了世界第一只固体放大器晶体管也随之诞生了在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺 住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5亲眼目睹并亲耳 听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文”在布拉顿的笔记上，皮尔逊、摩尔和肖克利 等人分别签上了日期和他们的名字表示认同 巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管这种晶体管对电流、电 压都有放大作用 晶体管发明之后基于严谨的科学态度，贝尔实验室并没有立即发表
