Kas Yra Tranzistorius?

{h1}

Tranzistoriai yra mažyčiai jungikliai, kuriuos gali suveikti elektros signalai. Jie yra pagrindiniai mikroschemų elementai.

Tranzistoriai yra mažyčiai jungikliai, kuriuos gali suveikti elektros signalai. Jie yra pagrindiniai mikroschemų elementai ir maždaug apibūdina skirtumą tarp elektrinių ir elektroninių prietaisų. Jie persmelkia tiek daug mūsų kasdienio gyvenimo aspektų, pradedant pieno dėžutėmis ir nešiojamaisiais kompiuteriais, parodydami, kokie jie naudingi.

Kaip veikia tranzistorius?

Tradicinis mechaninis jungiklis įjungia arba išjungia elektros srautą fiziškai sujungdamas (arba atjungdamas) du laido galus. Tranzistoriuje signalas liepia įrenginiui arba laidoti, arba izoliuoti, tokiu būdu įgalinant arba išjungiant elektros srautą. Ši savybė tam tikromis aplinkybėmis veikia kaip izoliatorius, o kitose - kaip laidininkas, būdinga specialiajai medžiagų klasei, vadinamai „puslaidininkiais“.

Prieš įsigilindami į paslaptį, kaip šis elgesys veikia ir kaip jis naudojamas, pasidairykime į supratimą, kodėl šis suveikimo gebėjimas yra toks svarbus.

Signalo įjungiamo jungiklio naudingumas

Pirmieji signalo įjungiami jungikliai buvo relės. Relė naudoja elektromagnetą, norėdama apversti magnetinį jungiklį. Čia matome du relių stilius: vieną, kur signalas įjungia jungiklį; kita, kur signalas išjungia jungiklį:

Relė

Relė

Kreditas: Robertas Coolmanas

Norėdami suprasti, kaip įjungiami signalo įjungiami jungikliai, pirmiausia įsivaizduokite akumuliatorių su dviem jungikliais ir lempute. Tai galima susieti dviem būdais. Serijose tiek jungikliai turi būti įjungti, kad lemputė įsijungtų. Tai vadinama logine IR elgsena:

Kas yra tranzistorius?: jungikliai

„Boolean AND“ jungiklis

Kreditas: Robertas Coolmanas

Lygiagrečiai, arba abu, arba abu jungikliai turi būti įjungti, kad lemputė įsijungtų. Tai vadinama „loginiu ARBA“ elgesiu:

Kas yra tranzistorius?: buvo

„Boolean OR“ jungiklis

Kreditas: Robertas Coolmanas

O kas, jei norime, kad šviesa pasisuktų apie jei arba jungiklis įjungtas, bet išjungtas jei tiek įjungia ar įjungia? Toks elgesys vadinamas „Boolean XOR“ ir „eXclusive OR“. Skirtingai nei IR ir ARBA, yra neįmanomas pasiekti XOR elgesį naudojant įjungimo / išjungimo jungiklius... tai yra, nebent mes turime kokių nors priemonių įjungti jungiklį signalu iš kito jungiklio. Čia yra relės grandinė, kuri vykdo XOR elgesį:

Kas yra tranzistorius?: arba

„Boolean XOR“ jungiklis

Kreditas: Robertas Coolmanas

Suprasdami, kad atliekant papildymą XOR elgsena leidžia mums „nešti 10“, tampa aišku, kodėl signalo suaktyvinti jungikliai yra tokie svarbūs skaičiavimui. Panašias grandines galima sudaryti visų rūšių skaičiavimams, įskaitant sudėjimą, atimtį, daugybą, padalijimą, konvertavimą tarp dvejetainių (2 bazė) ir dešimtainių (10 bazė) ir pan. Vienintelė mūsų skaičiavimo galios riba yra ta, kiek signalų įjungia jungikliai, kuriuos galime naudoti. Visi skaičiuotuvai ir kompiuteriai pasiekia savo mistinę galią šiuo metodu.

Kai signalai nukreipiami atgal, tam tikros rūšies atmintis taip pat tampa įmanoma naudojant signalus įjungiančius jungiklius. Nors šis informacijos saugojimo būdas užėmė galinę vietą magnetinėms ir optinėms laikmenoms, jis vis dar yra svarbus atliekant kai kurias šiuolaikines kompiuterio operacijas, pavyzdžiui, talpyklą.

Reliniai kompiuteriai

Relės buvo naudojamos nuo elektromagnetų atradimo 1824 m., Ypač 1837 m. Išradus telegrafą, tačiau skaičiavimui jie nebus naudojami iki XX a. Į svarbius relių kompiuterius buvo įtraukti Z1 – Z3 (1938–1941) ir Harvardo ženklai I ir II (1944 ir 1947). Relių problema yra ta, kad jų elektromagnetai sunaudoja daug energijos, o visa švaistoma energija virsta šiluma. Tam relių kompiuteriams reikia didelio aušinimo. Be to, relės turi judančias dalis, todėl jos linkusios lūžti.

Vakuuminė lempa

Relės įpėdinis buvo vakuuminis vamzdelis. Užuot pasikliavę magnetiniu jungikliu, šie vamzdeliai rėmėsi „termioniniu efektu“ ir priminė neryškias lemputes. Vakuuminiai vamzdeliai buvo kuriami lygiagrečiai su lemputėmis XIX a. Ir pirmą kartą buvo naudojami stiprintuvo grandinėje 1906 m. Nors judančių dalių nebuvo, jų gijos veikė tik tiek ilgai, kol išdegė, o jų sandaraus stiklo konstrukcija buvo linkusi į kitas. nesėkmės priemonės.

Suprasti, kaip sustiprėja vakuuminis vamzdelis, taip paprasta, kaip suprasti, kad garsiakalbis yra ne tik audinio gabalas, kuris juda pirmyn ir atgal, atsižvelgiant į tai, ar laidai už jo yra, ar išjungti. Labai mažą garsiakalbį galime naudoti labai dideliam garsiakalbiui valdyti, jei mes perduodame signalą į signalo įjungtą jungiklį. Kadangi vakuuminiai vamzdeliai veikia daug greičiau nei relės, jie gali neatsilikti nuo įjungimo / išjungimo dažnių, naudojamų žmonių kalboje ir muzikoje.

Pirmasis programuojamas kompiuteris, naudojantis vakuuminius vamzdelius, buvo 1943 m. „Kolosas“, pastatytas kodams nulaužti Antrojo pasaulinio karo metu. Jis turėjo daugiau nei 17 000 vamzdžių. Vėliau 1946 m. ​​ENIAC tapo pirmuoju elektroniniu kompiuteriu, galinčiu išspręsti didelę skaičių problemų problemą, taip pat turintį apie 17 000 vamzdžių. Vidutiniškai vamzdis sugedo kas dvi dienas, o rasti ir pakeisti prireikė 15 minučių.

Pagaliau tranzistoriai!

Tranzistoriai (portmanteaux iš „transmitra “ir„ resistor") Pasikliaukite kvantinės mechanikos vingiu, vadinamu" elektronų skylute ". Skylė yra elektrono trūkumas toje vietoje, kur galėtų egzistuoti puslaidininkinė medžiaga. Įvedant elektrinį signalą į tranzistorių, sukuriami tokie elektriniai laukai, kurie jėgos skyles ir elektronus keis vietomis. Tai leidžia tranzistoriaus sritims, kurios paprastai izoliuoja, praleisti (arba atvirkščiai). Visi tranzistoriai pasikliauja šia savybe, tačiau skirtingi tranzistorių tipai ją naudoja skirtingomis priemonėmis.

Pirmasis „taškinis kontaktinis“ tranzistorius pasirodė 1947 m. Johno Bardeeno, Walterio Brattaino ir Williamo Shockley darbo dėka. Atminkite, kad elektronas buvo atrastas tik 1878 m., O pirmoji Maxo Plancko kvantinė hipotezė buvo išsakyta tik 1900 m. Be to, aukštos kokybės puslaidininkių medžiagos tapo prieinamos tik 1940 m.

Taškinio kontakto tranzistoriai netrukus buvo pakeisti „bipolinių jungčių“ tranzistoriais (BJT) ir „lauko efekto“ tranzistoriais (FET). Ir BJT, ir FET remiasi praktika, vadinama „dopingu“. Dopingas silicis su boru sukuria medžiagą, kurioje gausu elektronų skylių, vadinamų „P tipo“ siliciu. Panašiai silicio dopingas naudojant fosforą sukuria medžiagą, kurioje gausu elektronų, vadinamą „N-tipo“ siliciu. BJT yra pagamintas iš trijų kintamų silicio rūšių sluoksnių, todėl jo konfigūracija yra „PNP“ arba „NPN“. FET sudaromas išgraviruojant du vienos rūšies silicio šulinius į kito kanalo kanalą, taigi jo konfigūracija yra „n-kanalas“ arba „p-kanalas“. PNP tranzistoriai ir n-kanalų tranzistoriai veikia panašiai kaip relės ir vamzdžiai, „įjungiantys signalo įjungimą“; taip pat NPN tranzistoriai ir p-kanalų tranzistoriai veikia panašiai kaip relės ir vamzdžiai „signalo išjungimas išjungia“.

Tranzistoriai buvo kur kas labiau tiriami nei vakuuminiai vamzdžiai; tiek, kad dar jokia technologija jų dar nepralenkė; jie vis dar naudojami ir šiandien.

Integrinės grandinės ir Moore'io dėsnis

Pirmąjį tranzistorinį kompiuterį 1953 m. Pastatė Mančesterio universitetas, naudodamas 200 taškų-kontaktinius tranzistorius, panašiai kaip ankstesnių relių ir vakuuminių vamzdžių kompiuteriai. Šis individualių tranzistorių laidų stilius netrukus iškrito iš praktikos, nes BJT ir FET gali būti gaminami integrinėse schemose (IC). Tai reiškia, kad vienas kristalinio silicio blokas gali būti apdorojamas specialiais būdais, norint užauginti kelis tranzistorius su jau pastatytais laidais.

Pirmasis IC buvo pastatytas 1971 m. Nuo tų metų tranzistoriai tapo vis mažesni ir mažesni, kad suma, tinkanti IC, dvigubai padidėjo maždaug kas dvejus metus. Ši tendencija vadinama Moore'io įstatymu. Laikas nuo tada iki dabar kompiuteriai persmelkė beveik šiuolaikinio gyvenimo aspektą. 2013 m. Pagamintose IC (ypač centriniuose procesoriuose kompiuteriams) yra maždaug 2 milijardai tranzistorių, kurių kiekvienas yra 22 nanometrai. Moore'io įstatymas galiausiai pasibaigs, kai tranzistorių nepavyks padaryti mažesniais. Prognozuojama, kad šis punktas bus pasiektas, kai tranzistoriai pasieks maždaug 5 nm ilgį maždaug 2020 m.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


10 Dalykų, Kuriuos Galvojome, Buvo Teisingi Prieš Mokslinį Metodą
10 Dalykų, Kuriuos Galvojome, Buvo Teisingi Prieš Mokslinį Metodą

Itin Lengva „Super Medžiaga“ Yra 10 Kartų Stipresnė Už Plieną
Itin Lengva „Super Medžiaga“ Yra 10 Kartų Stipresnė Už Plieną

Mokslas Naujienos


Teigiamo Mąstymo Depresijos Ištaisymas Kelia Diskusijas
Teigiamo Mąstymo Depresijos Ištaisymas Kelia Diskusijas

U-F-Ne! Nasa Nušauna Spekuliacijas Kosminėje Stotyje
U-F-Ne! Nasa Nušauna Spekuliacijas Kosminėje Stotyje

Iš Kur Vanduo Ateina?
Iš Kur Vanduo Ateina?

Kiparisų Medžiai Pjauna Žemės Superkontinentų Plyšimą
Kiparisų Medžiai Pjauna Žemės Superkontinentų Plyšimą

„Aklas Dėl Klimato“, Trumpas Įkvepia Vardą Neregėtai, Lieknai, Į Kirminus Panašiai Būtybei
„Aklas Dėl Klimato“, Trumpas Įkvepia Vardą Neregėtai, Lieknai, Į Kirminus Panašiai Būtybei


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com