Transistor: tujuan, peranti dan prinsip operasi

Lihat bahagian pertama artikel di sini: Sejarah transistor.

Maksud "transistor" nama

Transistor tidak menerima nama yang begitu dikenali dengan serta-merta. Pada mulanya, dengan analogi dengan teknik lampu, ia dipanggil triod semikonduktor. Nama moden terdiri daripada dua perkataan. Perkataan pertama ialah "pemindahan" (di sini, saya segera ingat "pengubah") bermaksud pemancar, penukar, dan pembawa. Dan separuh kedua perkataan itu menyerupai perkataan "perintang" - satu perincian litar elektrik, sifat utama yang merupakan rintangan elektrik.

Ini adalah rintangan yang berlaku dalam undang-undang Ohm dan banyak lagi formula kejuruteraan elektrik. Oleh itu, perkataan "transistor" boleh ditafsirkan sebagai penukar rintangan. Sama seperti hidraulik, perubahan aliran bendalir dikawal oleh injap. Untuk transistor, "injap" tersebut mengubah jumlah caj elektrik yang mencipta arus elektrik. Perubahan ini tidak lebih daripada perubahan rintangan dalaman peranti semikonduktor.

Pengukuhan isyarat elektrik

Operasi yang paling biasa dilakukan transistoradalah penguatan isyarat elektrik. Tetapi ini bukan ungkapan yang tepat, kerana isyarat lemah dari mikrofon kekal begitu.

Pengembangan juga diperlukan di radio dan televisyen: isyarat yang lemah dari satu bilion antena watt mesti diperkuat sedemikian rupa sehingga imej bunyi atau skrin diperolehi. Dan ini adalah kuasa beberapa puluhan, dan dalam beberapa kes beratus-ratus watt. Oleh itu, proses amplifikasi dikurangkan menggunakan sumber kuasa yang kuat yang diterima daripada bekalan kuasa, untuk mendapatkan salinan kuat dari isyarat masukan yang lemah. Dengan kata lain, input kuasa rendah merangsang aliran tenaga yang berkuasa.

Pengukuhan di bidang teknologi dan alam lain

Contoh-contoh sedemikian boleh didapati bukan sahaja dalam litar elektrik. Contohnya, apabila anda menekan pedal gas, kelajuan kereta meningkat. Pada masa yang sama, anda tidak perlu menekan pedal gas yang sangat keras - berbanding dengan kuasa enjin, kuasa menekan pedal diabaikan. Untuk mengurangkan kelajuan, pedal perlu dibebaskan sedikit, untuk melemahkan kesan masukan. Dalam keadaan ini, petrol adalah sumber tenaga yang kuat.

Kesan yang sama dapat dilihat dalam hidraulik: sangat sedikit dibelanjakan untuk membuka injap elektromagnet, contohnya dalam alat mesin. Dan tekanan minyak pada omboh mekanisme dapat menghasilkan kekuatan beberapa tan. Daya ini boleh dikawal jika injap laras disediakan dalam paip minyak, seperti dalam keran dapur konvensional. Sedikit ditutup - tekanan jatuh, tekanan jatuh. Sekiranya anda membuka lebih banyak, maka tekanan itu semakin meningkat.

Ia juga tidak perlu membuat usaha khas untuk menghidupkan injap. Dalam kes ini, stesen pam mesin adalah sumber luar tenaga. Dan terdapat banyak pengaruh yang serupa dalam alam dan teknologi. Tetapi masih, kita lebih berminat dengan transistor, jadi kita perlu mempertimbangkan ...

Penguat isyarat

Dalam kebanyakan litar yang menguatkan, transistor atau tiub elektron digunakan sebagai perintang berubah, rintangan yang berubah di bawah pengaruh isyarat masukan yang lemah. "Perintang pembolehubah" ini adalah bahagian integral dari litar DC, yang menerima kuasa, contohnya, dari sel galvanik atau bateri, jadi arus malar mula mengalir di litar. Nilai awal arus ini (tiada isyarat masukan lagi) ditetapkan semasa menubuhkan litar.

Di bawah pengaruh isyarat input, rintangan dalaman unsur aktif (transistor atau lampu) berubah dalam masa dengan isyarat masukan. Oleh itu, arus terus berubah menjadi arus berselang-seli, mencipta salinan kuat isyarat masukan pada beban. Seberapa tepat salinan ini bergantung pada banyak keadaan, tetapi kami akan membincangkannya nanti.

Tindakan isyarat input sangat mirip dengan pedal gas yang disebutkan di atas atau injap dalam sistem hidraulik. Untuk memahami apa itu injap pintu dalam transistor, anda perlu memberitahu, sekurang-kurangnya sangat mudah, tetapi benar dan difahami mengenai beberapa proses dalam semikonduktor.

Konduktiviti dan struktur atom

Arus elektrik dibuat disebabkan pergerakan elektron dalam konduktor. Untuk memahami bagaimana ini berlaku, anda perlu mempertimbangkan struktur atom. Pertimbangannya, tentu saja, akan semudah mungkin, bahkan primitif, tetapi membolehkan anda memahami inti proses, tidak lebih daripada yang diperlukan untuk menggambarkan operasi semikonduktor.

Pada tahun 1913, ahli fizik Denmark Niels Bohr mencadangkan model planet atom, yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Model planet planet

Menurut teorinya, atom terdiri daripada nukleus, yang pada gilirannya terdiri daripada proton dan neutron. Proton adalah pembawa caj elektrik positif, dan neutron neutral elektrik.

Di sekeliling nukleus, elektron berputar di orbit yang muatan elektriknya negatif. Bilangan proton dan elektron dalam atom adalah sama, dan cas elektrik nukleus diseimbangkan oleh jumlah keseluruhan elektron. Dalam kes ini, mereka mengatakan bahawa atom berada dalam keadaan keseimbangan atau bersifat elektrik neutral, iaitu, ia tidak membawa caj positif atau negatif.

Sekiranya atom kehilangan elektron, maka cas elektriknya menjadi positif, dan atom itu sendiri dalam kes ini menjadi ion positif. Sekiranya atom melekatkan dirinya sebagai elektron asing, maka ia dinamakan ion negatif.

Rajah 2 menunjukkan serpihan jadual berkala. Mari kita perhatikan segi empat tepat di mana silikon (Si) terletak.

Rajah 2. Fragment jadual berkala

Di sudut kanan bawah adalah lajur nombor. Mereka menunjukkan bagaimana elektron diagihkan di atas orbit atom - bahagian bawah digit yang paling dekat dengan inti orbit. Jika anda melihat dengan teliti pada Rajah 1, kita boleh mengatakan dengan yakin bahawa kita mempunyai atom silikon dengan pengedaran elektron 2, 8, 4. Rajah 1 adalah voluminous, hampir menunjukkan bahawa orbit elektron adalah sfera, tetapi untuk penalaran selanjutnya, kita boleh menganggap bahawa mereka berada dalam satah yang sama, dan semua elektron berjalan di sepanjang trek yang sama, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3

Huruf Latin dalam angka itu menandakan shell. Bergantung kepada bilangan elektron dalam atom, bilangan mereka boleh berbeza, tetapi tidak lebih daripada tujuh: K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 50, P = 72, Q = 98. Di setiap orbit, menjadi sebilangan elektron. Sebagai contoh, pada Q terakhir terdapat sebanyak 98, kurang mungkin, tidak lebih. Sebenarnya, dari segi cerita kita, pengedaran ini boleh diabaikan: kita hanya berminat dengan elektron yang terletak di orbit luar.

Sudah tentu, sebenarnya, semua elektron tidak berputar dalam satah yang sama sama sekali: bahkan 2 elektron yang berada dalam orbit dengan nama K berputar di orbit sfera yang terletak sangat dekat. Dan apa yang boleh kita katakan mengenai orbit dengan tahap yang lebih tinggi! Di sana ia berlaku ... Tetapi untuk kesederhanaan pemikiran, kita mengandaikan bahawa semuanya berlaku dalam satu satah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Dalam kes ini, walaupun kekisi kristal boleh dibentangkan dalam bentuk yang rata, yang akan memudahkan pemahaman bahan, walaupun sebenarnya ia lebih rumit. Grid yang rata ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4

Elektron lapisan luar dipanggil valensi. Ia adalah mereka yang ditunjukkan dalam gambar (elektron yang selebihnya tidak penting untuk cerita kita).Mereka adalah mereka yang mengambil bahagian dalam kesatuan atom menjadi molekul, dan ketika membuat bahan-bahan yang berlainan, mereka menentukan sifatnya.

Ia adalah mereka yang boleh berpisah dari atom dan bersiar-siar secara bebas, dan jika ada beberapa syarat, buat arus elektrik. Di samping itu, ia berada di cangkang luar bahawa proses berlaku yang mengakibatkan transistor - alat penguat semikonduktor.

Penerusan artikel: Transistor Bahagian 2. Pengalir, penebat dan semikonduktor.

Boris Aladyshkin