生物晶体管

图6 NPN型晶体管
值得注意的是,不可以认为穿过基极区域的空 穴是被集电极端的㈠极所吸引而移动过来的. 空穴流入基极部分是由于扩散这一物理现象所 致。所谓扩散,如同其字面含义,是一种慢慢散 开的物理过程(可用往水里滴入1滴墨水后逐渐 染遍全体的现象作比喻，参见下图7）
图7 扩散现象
• 因此,集电极电流与集电极端连接的
• 下面,我们以PNP结 合的半导体为例,分析
一下晶体管的基本工 作原理。
• 如图4所示,将C端(称 为集电极)连接到电 池的㈠极,B端(称为基 极)连接到电池的㈩ 极,此时就如同给二极 管加上图4反向电压一样, 形成耗尽层,因此电流 不流通。
• 在此状态下如图5所示,再 准备一个电池,将其㈩极 连接到E端(称为发射极), 将㈠极连接到基极,此时 E-B之间(可认为是二极 管)外加了正向电压,则与 发射极相连的P型半导体 中的空穴移动到N型区域 的基极一侧。同时,与基 极相连的N型半导体中的 电子则移动到P型区域的 发射极一图侧5 ,即基极一发 射极之间有电流流通。
• 晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明 之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车 和电话等的发明相提并论。晶体管实际上 是所有现代电器的关键活动（active）元件。 晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶 体管可以使用高度自动化的过程进行大规 模生产的能力，因而可以不可思议地达到 极低的单位成本。
生物晶体管--器件的新时代
（启动子，终止子），而这些转录控制元 件在其侧面上具有重组酶识别位点。
• 转录器是对基因逻辑进行放大的关键组成 部分。转录器的创建将允许工程师们在活 细胞内进行计算和记录。当细胞暴露于某 些外部刺激或环境因素，就能按需打开和 关闭。该转录器获得了介于生物学晶体管 和半导体晶体管之间的一些类似重要功能： 信号放大。就像晶体管收音机将无线电波 转变成为可听到的声音一样，生物晶体管 能够放大一种酶产生的微小变化。
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• 为了创建转录器和逻辑门，研究团队使用 了经过仔细校准的酶组合，其能控制RNA 聚合酶沿着DNA链的流动。DNA相当于电 线，RNA聚合酶相当于电子。对6个基本逻 辑门的设计和构建是基于2种丝氨酸重组酶 的活性基础之上的。每个逻辑门由3个基因 组成：2个为编码输入的基因，一个为输出
基因，该基因含有不同的转录控制元件
㈠电压的大小是无关的。当然从集电 极会有电流流出,此时其电流的强度IC 只比流入发射极端的电流强度IE稍弱 一点。而且,即使改变集电极-基极之 间的电压强度,IC也不发生变化.要改 变IC必须改变IE,IE与IC的变化关系曲 线如图8所示。
晶体管的种类
• 半导体三极管：双极结性晶体管（BJT）和 场效应型晶体管（FET）
图1
• 严格意义上讲，晶 体管泛指一切以半 导体材料为基础的 单一元件，包括各 种半导体材料制成 的二极管、三极管、 场效应管、可控硅 等。晶体管有时多 指晶体三极管。
图2
• 晶体管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和 场效应晶体管（FET）。
• 晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由 N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极 (Base) 和集电极（Collector）; 场效应晶体管的三个极， 分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极 （Drain）。
• 静电感应晶体管（SIT） • 电力晶体管（Giant Transistor） • 光晶体管（Phototransistor）
与电子管相比晶体管的优点
• 构件没有消耗：是电子管的100到1000倍 • 消耗电能极少：仅为电子管的十分之一或几
十分之一 • 不需预热：一开机就工作 • 结实可靠：耐冲力、耐振动 • 成本低
生物晶体管
组长：徐天帅 组员：赵梦娜 周艳雪 刘宝林
生物晶体管
晶体管（transistor）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。
• 所有的现代计算机尽管存在外在差异，但 都具有3个共同的基本功能：信息的存储、 传输和逻辑运算。基于转录器的门单独并 不能构成一台计算机，但它们是可在单个 活细胞内运行的生物计算机的第三个、也 是最后一个器件。
• 在生物环境中，逻辑的可能性像在电子学 中一样是无限的。研究人员可测试一个给 定细胞是否接触到任何数量的外部刺激， 如葡萄糖和咖啡因的存在。BIL门将决定是 否将这些信息进行存储，如此即可简单地 识别出细胞是否与外部刺激接触。同样， 在某些因素下，也可告诉细胞开始或停止 繁殖。将BIL门与研究团队的生物学网络进 行连接，就有可能实现从细胞到细胞的遗 传信息交流，从而协调一组细胞的行为。
• 晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式， 分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、 基极接地（又称共基放大、CB组态）和集电极接 地（又称共集放大、CC组态、发射极随隅器）。
晶体管的基本原理
如右图3所示,在一个晶 体里面用两组P型半导 体像三明治一样夹住一 个N型半导体使之结合 形成PNP型,或者是用N 型夹住P型半导体的NPN 型就是晶体管(亦称三 极管)。可以认为,晶体 管就是由P+N+P,或者是 由N+P+N构成图的3 晶体。
美国斯坦福大学的生物工程团队设计出一 种基因器件，可在个体活细胞中像晶体管 一样起作用，从而将计算从机械和电子带 入到生物学活细胞领域。研究团队在3月28 号出版的《科学》杂志上详细描述了这种 由遗传物质DNA和RNA制成的生物晶体管， 并称之为“转录器”。
图9 遗传物质
制造与作用原理
• 在电子设备中，晶体管控制电子沿着电路 流动。同样地，在生物设备中，转录器控 制特定蛋白――RNA聚合酶沿着DNA链的 流动。研究团队已利用该转录器创建出电 子工程中熟知的逻辑门。研究人员将这种 以转录器为基础的逻辑门称为“布尔聚合 酶逻辑”（BIL）门。