Τρανζίστορ: Ποια είναι αυτά και πώς λειτουργούν;

Ένα τρανζίστορ είναι ένα ηλεκτρονικό στοιχείο που χρησιμοποιείται σε ένα κύκλωμα για τον έλεγχο μιας μεγάλης ποσότητας ρεύμα ή Τάση με μικρή ποσότητα τάσης ή ρεύματος. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει ή να αλλάξει (επανορθώσει) τα ηλεκτρικά σήματα ή την ισχύ, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών συσκευών.

Αυτό επιτυγχάνεται με το σάντουιτς ενός ημιαγωγού μεταξύ δύο άλλων ημιαγωγών. Επειδή το ρεύμα μεταφέρεται σε ένα υλικό το οποίο κανονικά έχει υψηλή αντίσταση (δηλ αντίσταση), είναι μια "αντίσταση μεταφοράς" ή τρανζίστορ.

Το πρώτο πρακτικό τρανζίστορ σημείου επαφής χτίστηκε το 1948 από τους William Bradford Shockley, John Bardeen και Walter House Brattain. Τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για την έννοια του τρανζίστορ χρονολογούνται ήδη από το 1928 στη Γερμανία, αν και φαίνεται ότι ποτέ δεν έχουν κατασκευαστεί, ή τουλάχιστον κανείς δεν ισχυρίστηκε ποτέ ότι τα έχτισε. Οι τρεις φυσικοί έλαβαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1956 για αυτό το έργο.

Υπάρχουν ουσιαστικά δύο βασικοί τύποι τρανζίστορ επαφής σημείου, το npn τρανζίστορ και το pnp τρανζίστορ, όπου το n και Π είναι αρνητικές και θετικές, αντίστοιχα. Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο είναι η διευθέτηση των τάσεων προκατάληψης.

Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ, πρέπει να καταλάβετε πώς αντιδρούν οι ημιαγωγοί σε ένα ηλεκτρικό δυναμικό. Ορισμένοι ημιαγωγοί θα είναι nτύπου, ή αρνητικό, που σημαίνει ότι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο υλικό μετακινούνται από ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο (από, ας πούμε, μια μπαταρία με την οποία είναι συνδεδεμένη) προς το θετικό. Άλλοι ημιαγωγοί θα είναι Πτύπου, στην οποία περίπτωση τα ηλεκτρόνια γεμίζουν "τρύπες" στα ατομικά κελύφη ηλεκτρονίων, πράγμα που σημαίνει ότι συμπεριφέρεται σαν να μετακινείται ένα θετικό σωματίδιο από το θετικό ηλεκτρόδιο στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Ο τύπος καθορίζεται από την ατομική δομή του συγκεκριμένου υλικού ημιαγωγού.

Τώρα, σκεφτείτε ένα npn τρανζίστορ. Κάθε άκρο του τρανζίστορ είναι ένα n-μια ημιαγωγική ύλη και μεταξύ τους είναι α Π-προϊόντος ημιαγωγών. Εάν δείτε μια τέτοια συσκευή συνδεδεμένη σε μια μπαταρία, θα δείτε πώς λειτουργεί το τρανζίστορ:

• ο nτύπου που συνδέεται με το αρνητικό άκρο της μπαταρίας βοηθάει να προωθούν τα ηλεκτρόνια στη μέση Πτύπου.
• ο nΗ περιοχή τύπου που είναι προσαρτημένη στο θετικό άκρο της μπαταρίας βοηθά στην επιβράδυνση των ηλεκτρονίων που προέρχονται από το Πτύπου.
• ο Π-η περιοχή στο κέντρο κάνει και τα δύο.

Με τη μεταβολή του δυναμικού σε κάθε περιοχή, τότε, μπορείτε να επηρεάσετε δραστικά τον ρυθμό ροής ηλεκτρονίων σε όλο το τρανζίστορ.

Σε σύγκριση με το σωλήνες κενού που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν, το τρανζίστορ ήταν μια καταπληκτική πρόοδος. Μικρότερο σε μέγεθος, το τρανζίστορ θα μπορούσε εύκολα να κατασκευαστεί φτηνά σε μεγάλες ποσότητες. Είχαν επίσης διάφορα λειτουργικά πλεονεκτήματα, τα οποία είναι πάρα πολλά για να αναφέρουμε εδώ.

Κάποιοι θεωρούν ότι το τρανζίστορ είναι η μεγαλύτερη μοναδική εφεύρεση του 20ού αιώνα, δεδομένου ότι ανοίγει τόσο πολύ με τον τρόπο άλλων ηλεκτρονικών εξελίξεων. Σχεδόν κάθε σύγχρονη ηλεκτρονική συσκευή έχει ένα τρανζίστορ ως ένα από τα κύρια ενεργά συστατικά της. Επειδή είναι τα δομικά στοιχεία των μικροτσίπ, οι υπολογιστές, τα τηλέφωνα και άλλες συσκευές δεν θα μπορούσαν να υπάρξουν χωρίς τρανζίστορ.

Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία τύπων τρανζίστορ που έχουν αναπτυχθεί από το 1948. Ακολουθεί μια λίστα (όχι απαραίτητα εξαντλητική) διαφόρων τύπων τρανζίστορ:

• Τρανζίστορ διπολικής διασταύρωσης (BJT)
• Τρανζίστορ επιδράσεων πεδίου (FET)
• Διπολική τρανζίστορ Heterojunction
• Τρανζίστορ ενιαίας σύνδεσης
• Διπλή πύλη FET
• Τρανζίστορ χιονοστιβάδας
• Τρανζίστορ λεπτού φιλμ
• Τρανζίστορ Darlington
• Μπαλιστικό τρανζίστορ
• FinFET
• Τρανζίστορ πλωτής πύλης
• Επίδραση τρανζίστορ εφέ inverted-T
• Τρανζίστορ περιστροφής
• Φωτογραφικό τρανζίστορ
• Μονωμένο διπολικό τρανζίστορ πύλης
• Τρανζίστορ με ένα ηλεκτρόνιο
• Νανοφλουδικός τρανζίστορ
• Trigate τρανζίστορ (πρωτότυπο Intel)
• Ινο-ευαίσθητο FET
• Γρήγορη αντίστροφη επιταξιακή δίοδος FET (FREDFET)
• Ηλεκτρολυτών-Οξείδιο-Ημιαγωγών FET (EOSFET)

Επεξεργάστηκε από Anne Marie Helmenstine, Ph. D.