Транзистори: сврха, уређај и принципи рада

Погледајте први део чланка овде: Историја транзистора.

Шта значи назив "транзистор"

Транзистор није одмах добио тако познато име. У почетку се по аналогији са техником лампе звао полуводичка триода. Савремено име се састоји од две речи. Прва реч је „пренос“ (овде се одмах сећам „трансформатора“) значи предајник, претварач и носач. А друга половина речи подсећа на реч "отпорник" - детаљ електричних кола, чије је основно својство електрични отпор.

Управо се тај отпор појављује у Охмовом закону и многим другим формулама електротехнике. Стога се реч "транзистор" може тумачити као претварач отпора. Отприлике исто као у хидраулици, промену протока течности контролише вентил. За транзистор, такав "вентил" мења количину електричних набоја који стварају електричну струју. Ова промена није ништа друго до промена унутрашњег отпора полупроводничког уређаја.

Појачавање електричних сигнала

Најчешћа операција која се изводи транзистораје појачавање електричних сигнала. Али то није сасвим исправан израз, јер слаб сигнал из микрофона остаје такав.

Појачање је потребно и на радију и телевизији: слаб сигнал из милијарде вата антене мора се појачати до те мере да се добије звучна или екранска слика. А ово је снага од неколико десетина, а у неким случајевима и стотина вати. Стога се процес појачања своди на коришћење моћних извора енергије који се добијају из напајања како би се добила моћна копија слабог улазног сигнала. Другим речима, улаз мале снаге подстиче снажне токове енергије.

Појачавање у другим областима технологије и природе

Овакви примери се могу наћи не само у електричним круговима. На пример, када притиснете папучицу гаса, повећава се брзина аутомобила. У исто време, не морате јако притискати папучицу гаса - у поређењу са снагом мотора, снага притискања папучице је занемарљива. Да бисте смањили брзину, педалу ћете морати мало отпустити да бисте ослабили улазни ефекат. У овој ситуацији, бензин је снажан извор енергије.

Исти ефекат се може приметити и код хидраулике: врло мало се троши на отварање електромагнетног вентила, на пример у машини. А притисак уља на клипу механизма може створити силу од неколико тона. Ова сила се може регулисати ако је у цеви за уље предвиђен подесиви вентил, као у уобичајеној славини за кухињу. Мало прекривено - притисак је падао, притисак је падао. Ако сте отворили више, притисак се појачао.

Такође није потребно улагати посебне напоре да окренете вентил. У овом случају црпна станица машине је спољни извор енергије. А у природи и технологији постоји много сличних утицаја. Али ипак, нас више занима транзистор, па ћемо морати размотрити даље ...

Појачала сигнала

У већини појачавајућих кола, транзистори или електронске цеви се користе као променљиви отпорник, чији отпор се мења под утицајем слабог улазног сигнала. Овај „променљиви отпорник“ је саставни део истосмјерног круга, који, на пример, добија снагу од галванске ћелије или батерије, тако да у кругу почиње да тече константна струја. Почетна вредност ове струје (још нема улазног сигнала) поставља се приликом подешавања круга.

Под утицајем улазног сигнала, унутрашњи отпор активног елемента (транзистор или лампица) се временом мења са улазним сигналом. Због тога се једносмерна струја претвара у наизменичну струју, стварајући моћну копију улазног сигнала при оптерећењу. Колико ће та копија бити тачна, зависи од многих услова, али о томе ћемо говорити касније.

Деловање улазног сигнала веома је слично горе споменутој папучици гаса или вентилу у хидрауличком систему. Да бисте разумели шта је такав вентил на транзистору, морате рећи, бар врло поједностављено, али истинито и разумљиво о неким процесима у полуводичима.

Проводљивост и структура атома

Електрична струја настаје услед кретања електрона у проводнику. Да бисте схватили како се то дешава, мораћете да размислите о структури атома. Разматрање ће, наравно, бити што једноставније, чак и примитивно, али омогућавајући вам да схватите суштину процеса, ништа више него што је потребно за описивање рада полуводича.

Године 1913, дански физичар Ниелс Бохр предложио је планетарни модел атома, који је приказан на слици 1.

Слика 1. Модел планетарног атома

Према његовој теорији, атом се састоји од језгра које се пак састоји од протона и неутрона. Протони су носиоци позитивног електричног набоја, а неутрони су електрично неутрални.

Око језгра, електрони се окрећу у орбити чији је негативан електрични набој. Број протона и електрона у атому је исти, а електрични набој језгре уравнотежен је са укупним набојем електрона. У овом случају, они кажу да је атом у равнотежном стању или је електрично неутралан, односно да не носи позитиван или негативан набој.

Ако атом изгуби електрон, тада његов електрични набој постаје позитиван, а сам атом у овом случају постаје позитиван јон. Ако атом веже за себе страни електрон, онда се то назива негативни јони.

Слика 2 приказује фрагмент периодичне табеле. Обратимо пажњу на правоугаоник у коме се налази силицијум (Си).

Слика 2. Фрагмент периодичне табеле

У доњем десном углу је ступац бројева. Показују како се електрони распоређују по орбитама атома - доњој цифри најближој језгри орбите. Ако помно погледате слику 1, са поуздањем можемо рећи да имамо атом силицијума са дистрибуцијом електрона 2, 8, 4. Слика 1 је опсежна, готово показује да су орбите електрона сферичне, али за даље размишљање можемо претпоставити да су су у истој равнини, а сви електрони иду истим трагом, као што је приказано на слици 3.

Слика 3

Латинична слова на слици означавају љуску. У зависности од броја електрона у атому, њихов број може бити различит, али не више од седам: К = 2, Л = 8, М = 18, Н = 32, О = 50, П = 72, К = 98. У свакој орбити може бити одређени број електрона. На пример, на последњем К постоји чак 98, мање је могуће, не више. Заправо, у смислу наше приче, ова дистрибуција се може занемарити: занимају нас само електрони који се налазе у спољној орбити.

Наравно, у ствари, сви електрони се не ротирају у истој равнини: чак 2 електрона која су у орбити са именом К ротирају се у сферним орбитама које се налазе врло близу. И шта можемо рећи о орбитама са вишим нивоима! Ето, то се дешава ... Али за једноставност резоновања претпостављамо да се све дешава у једној равнини, као што је приказано на слици 3.

У овом случају се чак и кристална решетка може представити у равном облику, што ће олакшати разумевање материјала, иако је у ствари много сложеније. Равна решетка приказана је на слици 4.

Слика 4

Електрони спољног слоја се називају валенција. Они су приказани на слици (преостали електрони нису битни за нашу причу).Они учествују у сједињењу атома у молекуле и када стварају различите супстанце одређују њихова својства.

Они се могу одвојити од атома и слободно лутати, и ако постоје неки услови, створити електричну струју. Поред тога, у спољним љуштима се дешавају процеси који резултирају појачаним транзисторима - полуводичким уређајима.

Наставак чланка: Транзистори Део 2. Проводници, изолатори и полуводичи.

Борис Аладисхкин