Mēs izskaidrojam, kas ir tranzistors, tā izcelsme un kā tas darbojas. Arī tranzistoru veidi un to integrālās shēmas.
Kas ir tranzistors?
To sauc par tranzistoru (no angļu valodas:transfer resystor, "pārvades rezistors") uz pusvadītāju elektronisku ierīci, kas spēj pārveidot elektrisko izejas signālu, reaģējot uz ieejas signālu, un kalpo kā tā pastiprinātājs, slēdzis, oscilators vai taisngriezis.
Tas ir ierīces veids, ko parasti izmanto daudzās ierīcēs, piemēram, pulksteņos, lampās, tomogrāfos, mobilajos tālruņos, radio, televizori un galvenokārt kā integrālo shēmu (mikroshēmu vai mikroshēmu) sastāvdaļa.
Tranzistoru izcelsme ir nepieciešamība kontrolēt plūsmu elektriskā strāva dažādos lietojumos kā daļa no jomas attīstības elektronika. Tās tiešais priekštecis bija Jūliusa Edgara Lilienfelda 1925. gadā Kanādā izgudrotais aparāts, taču tikai gadsimta vidū to varēja ieviest, izmantojot pusvadītāju materiālus (nevis vakuuma lampas).
Pirmie sasniegumi šajā ziņā bija elektriskā signāla jaudas paplašināšana, izvadot to caur diviem zelta statņiem, kas piestiprināti germānija kristālam.
Tranzistora nosaukumu ierosināja amerikāņu inženieris Džons R. Pīrss no pirmajiem Bell Laboratories izstrādātajiem modeļiem. Pirmais kontakttranzistors parādījās Vācijā 1948. gadā, savukārt pirmais augstfrekvences tranzistors tika izgudrots 1953. gadā ASV.
Tie bija pirmie soļi ceļā uz 20. gadsimta otrās puses elektronisko sprādzienu, kas cita starpā ļāva attīstīties datori.
Mūsdienās tranzistoru konstrukcijā tiek izmantoti tādi materiāli kā germānija (Ge), silīcijs (Si), gallija arsenīds (GaAs) vai silīcija un germānija sakausējumi vai silīcijs un alumīnijs. Atkarībā no izmantotā materiāla ierīce spēs izturēt noteiktu elektrisko spriegumu un a temperatūra pretestības sildīšanas maksimums.
Kā darbojas tranzistors?
Tranzistori darbojas ar strāvas plūsmu, darbojoties kā pastiprinātāji (saņem vāju signālu un ģenerē spēcīgu) vai kā slēdži (saņem signālu un to atslēdz). Tas notiek atkarībā no tā, kuru no trim pozīcijām tranzistors ieņem noteiktā brīdī un kuras ir:
- Aktīvi. Ir atļauts iet cauri mainīgam strāvas līmenim (vairāk vai mazāk strāva).
- Sekciju. Tas neļauj plūst elektriskajai strāvai.
- Piesātinājumā. Tas ļauj iziet cauri visai elektriskās strāvas plūsmai (maksimālā strāva).
Šajā ziņā tranzistors darbojas kā noslēdzošais krāns caurulē: ja tas ir pilnībā atvērts, tas ielaiž visu cauruļu plūsmu. Ūdens, ja tas ir aizvērts, tas neko nelaiž cauri, un savos starpstāvokļos izlaiž vairāk vai mazāk ūdens.
Tagad katrs tranzistors sastāv no trim elementiem: bāzes, kolektora un emitera. Pirmais ir tas, kas ir starpnieks starp emitētāju (kur ieplūst strāvas plūsma) un kolektoru (kur strāvas plūsma iziet). Un to, savukārt, aktivizē zemāka elektriskā strāva, kas atšķiras no tās, ko modulē tranzistors.
Tādā veidā, ja bāze nesaņem strāvu, tranzistors atrodas izslēgšanas pozīcijā; ja tas saņem starpstrāvu, bāze atvērs plūsmu par noteiktu daudzumu; un ja bāze saņem pietiekami daudz strāvas, tad aizsprosts pilnībā atvērsies un cauri izies pilna modulētā strāva.
Tādējādi tiek saprasts, ka tranzistors darbojas kā veids, kā kontrolēt daudzumu elektrība kas notiek noteiktā brīdī, tādējādi ļaujot konstruēt loģiskas starpsavienojuma attiecības.
Tranzistoru veidi
Ir vairāki tranzistoru veidi:
- Punkta kontakta tranzistors. To sauc arī par "kontakta galu", tas ir vecākais tranzistoru veids un darbojas uz germānija bāzes. Tas bija revolucionārs izgudrojums, lai gan tas bija grūti izgatavojams, trausls un trokšņains. Mūsdienās to vairs neizmanto.
- Bipolārā savienojuma tranzistors. Ražots uz pusvadītāju materiāla kristāla, kas selektīvā un kontrolētā veidā ir piesārņots ar atomi arsēna vai fosfora (donori elektroni), tādējādi ģenerējot bāzes, emitētāja un kolektora reģionus.
- Lauka efekta tranzistors. Šajā gadījumā tiek izmantots silīcija stienis vai kāds cits līdzīgs pusvadītājs, kura spailēs ir izveidoti omi spailes, tādējādi darbojoties ar pozitīvu spriegumu.
- Fototranzistori. Tādā veidā tos sauc par jutīgajiem tranzistoriem gaisma, spektros, kas ir tuvu redzamajam. Lai tos varētu darbināt ar elektromagnētisko viļņu palīdzību no attāluma.
Integrētās shēmas
Integrētās shēmas ir labāk pazīstamas kā mikroshēmas vai mikroshēmas, un tās ir nelielas silīcija vai citu pusvadītāju struktūras iekapsulācijā. plastmasas keramikas, ko parasti atrodam dažādu ierīču (datoru, kalkulatoru, televizoru u.c.) elektroniskajos paneļos.
Šīs shēmas sastāv no daudziem sīkiem tranzistoriem un rezistoriem, kas novietoti uz loksnes, lai efektīvi veiktu manipulācijas ar elektrisko signālu, piemēram, pastiprināšana.