论文总字数：18593字

摘 要

双极结型晶体管自被发明以来，一直有着广泛的应用，如信号放大，功率控制等。本文首先介绍了双极结型晶体管的结构、制造工艺和特性参数。其次基于Multisim软件的仿真结果，对PNP型晶体管共射极连接时的特性参数进行了测试，包括输入特性、输出特性、电流增益、开关时间以及特征频率。在此基础上，分析了双极结型晶体管的放大原理和功能，为接下来的电路复制做准备。

对于世界上第一个集成电路进行电路的复制，我们先利用Multisim软件仿真其等效电路，输出一个频率为1025.77Hz、电压幅值为3.439V的正弦波信号，该等效电路实际上就是实现了一个相移振荡器的功能。最后我们搭建实物电路，重现其功能。

关键词：Multisim仿真 双极结型晶体管 特性参数 第一个集成电路

The study of Electrical Characteristics of Bipolar Junction Transistors and The Replication of the World's First Integrated Circuit

Abstract

Bipolar junction transistors have been widely used since they were invented, such as signal amplification, power control. This paper firstly introduced the structure, manufacturing process and characteristic parameters of a bipolar junction transistor. Secondly, based on the simulation results by the software of Multisim, we tested the characteristic parameters of the common emitter connection of PNP transistors, including input characteristics, output characteristics, current gain, switching time and characteristic frequency. On this basis, we analyzed the amplification principle and function of the bipolar junction transistor, for the next circuit replication.

To replicate the world's first integrated circuit, we used Multisim software to simulate its equivalent circuit, then output a sine wave signal with a frequency of 1025.77Hz and a voltage amplitude of 3.439V. The equivalent circuit actually realized the function of a phase shift oscillator. Finally, we built a physical circuit to reproduce its functions.

Key words: Multisim simulation ; BJT ; characteristic parameters ; the first integrated circuit

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1双极结型晶体管的介绍 1

1.1.1发展和应用 1

1.1.2结构、制造工艺及性能参数 2

1.1.3 PNP晶体管各部分电流分析 6

1.2世界上第一个集成电路 8

1.2.1基尔比的发明 8

1.2.2正弦波振荡电路的振荡条件 9

1.3本论文的研究内容 10

第二章 双极结型晶体管的性能参数测试 12

2.1 Multisim仿真双极结型晶体管性能参数 12

2.1.1 NPN型晶体管的输入输出特性 12

2.1.2 PNP型晶体管的输入输出特性 14

2.2实物测试PNP型晶体管（2N2904）的性能参数 17

2.2.1输入、输出特性 17

2.2.2开关时间 20

2.2.3特征频率 22

第三章 世界上第一个集成电路的复制 25

3.1 第一个集成电路的Multisim仿真 25

3.2 第一个集成电路的实物搭建 27

总结和展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

本章首先对双极结型晶体管进行了简要介绍，对其性能参数等进行了阐释，其次介绍了世界上第一个集成电路中涉及的制造工艺和功能原理，最后介绍了本文的研究内容，即双极结型晶体管的参数测量及世界上第一个集成电路的复制。

1.1双极结型晶体管的介绍

1.1.1发展和应用

1947年12月，威廉·肖克利指导约翰·巴丁、沃尔特·豪泽·布喇顿在贝尔实验室经过长达数月的努力后发明出了一种新型双极结型晶体管——点接触形式晶体管。随后，肖克利于1948年发明出了面接触双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistors， BJT）。一直到1980年左右大约30年的时间里，结型双极结型晶体管依然是人们制造集成电路IC和分立的元件电路的首选。

晶体管在最初被发明的时候，制备的原材料是锗，随后的早期使用中，晶体管的制备材料也是锗多于硅。锗晶体管由于截止电压正常情况下在0.2伏特左右，相比较于硅晶体管来说要更小，所以在有些场合中，锗晶体管更加适用。与此同时，伴随着晶体管的早期发展，很多制造双极结型晶体管的方法工艺也在不断被开发出来。

但是锗晶体管有一个不容忽视的缺点非常影响其在应用中的表现，就是锗晶体管的热稳定性较差，易受温度影响产生热失控。相较于硅，锗晶体管稳定工作对温度的要求更加严格，锗的禁带宽度也窄于硅，而且硅是地球上储备极为丰富的一种材料，比锗的储量大的多，仅仅次于氧的储量。综合以上三条原因，现代工业中大多数双极结型晶体管都是用硅材料制作的。

随着技术发展和人们对于晶体管工作频率的要求不断变高，化合物也开始被用于制作半导体晶体管，其中砷化镓的使用尤为广泛，用它制造的晶体管呈现工作频率更高，并且这种化合物具有较低的热导率、较高的电子迁移率，适用于在高温下的加工。

双极结型晶体管可以对信号进行放大，能够控制功率、处理模拟信号，其在该领域有着广泛应用。由于发射结外加电压和电流、温度的关系是确定已知的，以此建立电流与温度的对应关系，从而用双极结型晶体管测量温度。

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