Εξηγούμε τι είναι ένα τρανζίστορ, την προέλευσή του και πώς λειτουργεί. Επίσης, τα είδη των τρανζίστορ και τα ολοκληρωμένα κυκλώματά τους.
Τι είναι ένα τρανζίστορ;
Ονομάζεται τρανζίστορ (από τα αγγλικά:μεταφρφερ ρεσυστορ, "Μεταφορά αντίστασης") σε έναν τύπο ηλεκτρονικής συσκευής ημιαγωγών, ικανή να τροποποιεί ένα ηλεκτρικό σήμα εξόδου ως απόκριση σε ένα σήμα εισόδου, που χρησιμεύει ως ενισχυτής, διακόπτης, ταλαντωτής ή ανορθωτής αυτού.
Είναι ένας τύπος συσκευής που χρησιμοποιείται συνήθως σε πολλές συσκευές, όπως ρολόγια, λαμπτήρες, τομογράφους, κινητά τηλέφωνα, ραδιόφωνα, τηλεοράσεις και κυρίως ως στοιχείο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (τσιπ ή μικροτσίπ).
Τα τρανζίστορ έχουν την προέλευσή τους στην ανάγκη ελέγχου της ροής του ηλεκτρικό ρεύμα σε διάφορες εφαρμογές, ως μέρος της εξέλιξης του τομέα των ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ. Ο άμεσος προκάτοχός του ήταν μια συσκευή που εφευρέθηκε από τον Julius Edgar Lilienfeld στον Καναδά το 1925, αλλά μόνο στα μέσα του αιώνα θα μπορούσε να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας υλικά ημιαγωγών (αντί για σωλήνες κενού).
Τα πρώτα επιτεύγματα από αυτή την άποψη συνίστανται στην επέκταση της ισχύος ενός ηλεκτρικού σήματος μέσω της αγωγής του μέσω δύο χρυσών αντηρίδων που εφαρμόζονται σε έναν κρύσταλλο γερμανίου.
Το όνομα τρανζίστορ προτάθηκε από τον Αμερικανό μηχανικό John R. Pierce, από τα πρώτα μοντέλα που σχεδίασε η Bell Laboratories. Το πρώτο τρανζίστορ επαφής εμφανίστηκε στη Γερμανία το 1948, ενώ το πρώτο τρανζίστορ υψηλής συχνότητας εφευρέθηκε το 1953 στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Αυτά ήταν τα πρώτα βήματα προς την ηλεκτρονική έκρηξη του δεύτερου μισού του 20ου αιώνα, που επέτρεψε, μεταξύ πολλών άλλων, την ανάπτυξη του Υπολογιστές.
Στην κατασκευή τρανζίστορ σήμερα χρησιμοποιούνται υλικά όπως γερμάνιο (Ge), πυρίτιο (Si), αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) ή κράματα πυριτίου και γερμανίου ή πυρίτιο και αλουμίνιο. Ανάλογα με το υλικό που χρησιμοποιείται, η συσκευή θα μπορεί να αντέξει μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρικής τάσης και θερμοκρασία μέγιστη αντίσταση θέρμανσης.
Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ;
Τα τρανζίστορ λειτουργούν με ροή ρεύματος, λειτουργώντας ως ενισχυτές (λαμβάνουν ένα ασθενές σήμα και παράγουν ισχυρό) ή ως διακόπτες (λαμβάνουν ένα σήμα και το διακόπτουν) του ίδιου. Αυτό συμβαίνει ανάλογα με το ποια από τις τρεις θέσεις καταλαμβάνει ένα τρανζίστορ σε μια συγκεκριμένη στιγμή και ποιες είναι:
- Σε ενεργό. Ένα μεταβλητό επίπεδο ρεύματος (περισσότερο ή λιγότερο ρεύμα) επιτρέπεται να διέρχεται.
- Τμηματικός. Δεν αφήνει το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει.
- Σε κορεσμό. Επιτρέπει να περάσει όλη η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος (μέγιστο ρεύμα).
Υπό αυτή την έννοια, το τρανζίστορ λειτουργεί σαν στρόφιγγα σε έναν σωλήνα: εάν είναι εντελώς ανοιχτό, αφήνει όλη τη ροή του Νερό, αν είναι κλειστό δεν αφήνει τίποτα να περάσει, και στις ενδιάμεσες θέσεις του αφήνει να περάσει περισσότερο ή λιγότερο νερό.
Τώρα, κάθε τρανζίστορ αποτελείται από τρία στοιχεία: βάση, συλλέκτη και πομπό. Ο πρώτος είναι αυτός που μεσολαβεί μεταξύ του πομπού (όπου εισέρχεται η ροή του ρεύματος) και του συλλέκτη (όπου φεύγει η ροή του ρεύματος). Και το κάνει, με τη σειρά του, ενεργοποιείται από ένα χαμηλότερο ηλεκτρικό ρεύμα, διαφορετικό από αυτό που διαμορφώνεται από το τρανζίστορ.
Με αυτόν τον τρόπο, εάν η βάση δεν δέχεται ρεύμα, το τρανζίστορ βρίσκεται στη θέση αποκοπής. αν λάβει ενδιάμεσο ρεύμα, η βάση θα ανοίξει τη ροή κατά ένα ορισμένο ποσό. και αν η βάση λάβει αρκετό ρεύμα, τότε το φράγμα θα ανοίξει πλήρως και θα περάσει το πλήρες διαμορφωμένο ρεύμα.
Γίνεται έτσι κατανοητό ότι το τρανζίστορ λειτουργεί ως τρόπος ελέγχου της ποσότητας του ηλεκτρική ενέργεια που συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη στιγμή, επιτρέποντας έτσι την κατασκευή λογικών σχέσεων διασύνδεσης.
Τύποι τρανζίστορ
Υπάρχουν διάφοροι τύποι τρανζίστορ:
- Τρανζίστορ επαφής σημείου. Ονομάζεται επίσης «άκρο επαφής», είναι ο παλαιότερος τύπος τρανζίστορ και λειτουργεί σε βάση γερμανίου. Ήταν μια επαναστατική εφεύρεση, παρόλο που ήταν δύσκολη στην κατασκευή, εύθραυστη και θορυβώδης. Σήμερα δεν χρησιμοποιείται πλέον.
- Τρανζίστορ διπολικής διασταύρωσης. Κατασκευασμένο σε κρύσταλλο από ημιαγωγικό υλικό, το οποίο είναι μολυσμένο με επιλεκτικό και ελεγχόμενο τρόπο με άτομα αρσενικού ή φωσφόρου (δότες του ηλεκτρόνια), δημιουργώντας έτσι τις περιοχές βάσης, εκπομπού και συλλέκτη.
- Τρανζίστορ εφέ πεδίου. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείται μια ράβδος πυριτίου ή κάποιος άλλος παρόμοιος ημιαγωγός, στους ακροδέκτες του οποίου είναι εγκατεστημένοι ωμικοί ακροδέκτες, λειτουργώντας έτσι με θετική τάση.
- Φωτοτρανζίστορ. Ονομάζονται έτσι στα ευαίσθητα τρανζίστορ στο φως, σε φάσματα κοντά στο ορατό. Έτσι ώστε να μπορούν να λειτουργούν μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε απόσταση.
Ολοκληρωμένα κυκλώματα
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι πιο γνωστά ως τσιπ ή μικροτσίπ και είναι μικρές δομές πυριτίου ή άλλων ημιαγωγών, σε μια ενθυλάκωση πλαστική ύλη κεραμικά, τα οποία συνήθως συναντάμε στα ηλεκτρονικά πάνελ διαφόρων συσκευών (υπολογιστές, αριθμομηχανές, τηλεοράσεις κ.λπ.).
Αυτά τα κυκλώματα αποτελούνται από πολυάριθμα μικροσκοπικά τρανζίστορ και αντιστάσεις τοποθετημένες σε ένα φύλλο, για να εκτελούν αποτελεσματικά εργασίες χειρισμού ηλεκτρικού σήματος, όπως το ενίσχυση.