الترانزستورات: الغرض والجهاز ومبادئ التشغيل

انظر الجزء الأول من المقال هنا: تاريخ الترانزستور.

ماذا يعني اسم "الترانزستور" يعني

لم يتلقى الترانزستور على الفور هذا الاسم المألوف. في البداية ، عن طريق القياس مع تقنية المصباح ، كان يطلق عليه الصمام الثلاثي أشباه الموصلات. الاسم الحديث يتكون من كلمتين. الكلمة الأولى هي "نقل" (هنا ، أتذكر على الفور "محول") يعني مرسل ومحول وناقل. ويشبه النصف الثاني من الكلمة كلمة "المقاوم" - وهي تفاصيل عن الدوائر الكهربائية ، والتي تتمثل الخاصية الرئيسية في المقاومة الكهربائية.

هذه المقاومة هي التي تحدث في قانون أوم والعديد من الصيغ الأخرى للهندسة الكهربائية. لذلك ، يمكن تفسير كلمة "الترانزستور" على أنها محول مقاومة. تقريبا كما هو الحال في الهيدروليكية ، يتم التحكم في التغيير في تدفق السوائل بواسطة صمام. بالنسبة للترانزستور ، يغير هذا "الصمام" مقدار الشحنات الكهربائية التي تنشئ تيارًا كهربائيًا. هذا التغيير ليس أكثر من تغيير في المقاومة الداخلية لجهاز أشباه الموصلات.

تضخيم الإشارات الكهربائية

العملية الأكثر شيوعا التي يتم تنفيذها الترانزستوراتومن تضخيم الإشارات الكهربائية. لكن هذا ليس التعبير الصحيح تمامًا ، لأن الإشارة الضعيفة من الميكروفون تظل كذلك.

مطلوب التضخيم أيضًا في الراديو والتلفزيون: يجب تضخيم إشارة ضعيفة من هوائي بمليار واط إلى الحد الذي يتم فيه الحصول على صورة صوت أو شاشة. وهذه قوة لعدة عشرات ، وفي بعض الحالات مئات واط. لذلك ، يتم تقليل عملية التضخيم لضمان الحصول على نسخة قوية من إشارة دخل ضعيفة بمساعدة مصادر الطاقة الإضافية المستلمة من مصدر الطاقة. وبعبارة أخرى ، فإن المدخلات منخفضة الطاقة تحفز تدفقات الطاقة القوية.

التضخيم في المجالات الأخرى للتكنولوجيا والطبيعة

يمكن العثور على هذه الأمثلة ليس فقط في الدوائر الكهربائية. على سبيل المثال ، عندما تضغط على دواسة الوقود ، تزداد سرعة السيارة. في الوقت نفسه ، لا يتعين عليك الضغط على دواسة الوقود بشدة - بالمقارنة مع قوة المحرك ، فإن الضغط على الدواسة لا يكاد يذكر. لتقليل السرعة ، يجب تحرير الدواسة بعض الشيء ، لإضعاف تأثير الإدخال. في هذه الحالة ، يعتبر البنزين مصدرًا قويًا للطاقة.

يمكن ملاحظة التأثير نفسه في المكونات الهيدروليكية: يتم إنفاق القليل جدًا على فتح صمام كهرومغناطيسي ، على سبيل المثال في أداة الآلات. وضغط الزيت على مكبس الآلية يمكن أن يخلق قوة من عدة أطنان. يمكن ضبط هذه القوة إذا تم توفير صمام قابل للتعديل في أنبوب الزيت ، كما هو الحال في صنبور المطبخ التقليدي. مغطاة قليلاً - انخفض الضغط ، انخفض الضغط. إذا فتحت أكثر ، فسيكثف الضغط.

ليس من الضروري أيضًا بذل جهود خاصة لتحويل الصمام. في هذه الحالة ، يكون مصدر الطاقة الخارجي هو محطة ضخ الماكينة. وهناك الكثير من التأثيرات المتشابهة في الطبيعة والتكنولوجيا. لكن مع ذلك ، نحن مهتمون أكثر بالترانزستور ، لذا سيتعين علينا المزيد من التفكير ...

مكبرات الصوت إشارة

في معظم دوائر التضخيم ، تستخدم الترانزستورات أو الأنابيب الإلكترونية كمقاوم متغير ، تتغير المقاومة تحت تأثير إشارة دخل ضعيفة. هذا "المقاوم المتغير" هو جزء لا يتجزأ من دارة التيار المستمر ، والتي تستقبل الطاقة ، على سبيل المثال ، من خلايا كلفانية أو البطاريات ، لذلك يبدأ تيار مستمر في التدفق في الدائرة. يتم ضبط القيمة الأولية لهذا التيار (لا توجد إشارة دخل بعد) عند إعداد الدائرة.

تحت تأثير إشارة الدخل ، تتغير المقاومة الداخلية للعنصر النشط (الترانزستور أو المصباح) في الوقت المناسب مع إشارة الدخل. لذلك ، يتحول التيار المباشر إلى تيار متناوب ، مما يخلق نسخة قوية من إشارة الدخل عند التحميل. تعتمد درجة دقة هذه النسخة على العديد من الشروط ، لكننا سنتحدث عنها لاحقًا.

تشبه حركة إشارة الدخل إلى حد كبير دواسة الغاز المذكورة أعلاه أو الصمام في النظام الهيدروليكي. لفهم ما هو صمام البوابة هذا في الترانزستور ، عليك أن تقول ، على الأقل مبسطة للغاية ، ولكن صحيح ومفهوم حول بعض العمليات في أشباه الموصلات.

التوصيل والتركيب الذري

يتم إنشاء تيار كهربائي بسبب حركة الإلكترونات في الموصل. من أجل فهم كيفية حدوث ذلك ، يجب عليك التفكير في بنية الذرة. بطبيعة الحال ، سيتم تبسيط الاعتبارات قدر الإمكان ، وحتى البدائية ، ولكن يسمح لك بفهم جوهر العملية ، ليس أكثر من اللازم لوصف عملية أشباه الموصلات.

في عام 1913 ، اقترح الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نموذجًا كوكبيًا للذرة ، وهو موضح في الشكل 1.

الشكل 1. نموذج ذرة الكواكب

وفقًا لنظريته ، تتكون الذرة من نواة تتكون بدورها من البروتونات والنيوترونات. البروتونات هي حاملات لشحنة كهربائية موجبة ، والنيوترونات محايدة كهربائيا.

حول النواة ، تدور الإلكترونات في مدارات ذات شحنة كهربائية سالبة. عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة هو نفسه ، والشحنة الكهربائية للنواة متوازنة مع الشحن الكلي للإلكترونات. في هذه الحالة ، يقولون إن الذرة في حالة توازن أو أنها محايدة كهربائياً ، أي أنها لا تحمل شحنة موجبة أو سالبة.

إذا فقدت ذرة إلكترونًا ، تصبح شحنتها الكهربائية موجبة ، وتصبح الذرة في هذه الحالة أيونًا إيجابيًا. إذا كانت ذرة تعلق على نفسها إلكترونًا أجنبيًا ، فسيطلق عليه أيون سالب.

ويبين الشكل 2 جزء من الجدول الدوري. دعنا ننتبه إلى المستطيل الذي يوجد به السيليكون (Si).

الشكل 2. جزء من الجدول الدوري

في الركن الأيمن السفلي يوجد عمود من الأرقام. إنها توضح كيف يتم توزيع الإلكترونات على مدارات الذرة - الرقم السفلي الأقرب إلى قلب المدار. إذا نظرت عن كثب إلى الشكل 1 ، يمكننا القول بثقة أن لدينا ذرة من السيليكون بتوزيع إلكترون 2 ، 8 ، 4. الشكل 1 ضخم ، إنه يظهر تقريبًا أن مدارات الإلكترونات هي كروية ، ولكن لمزيد من التفكير ، يمكننا أن نفترض أنها في نفس المستوى ، وجميع الإلكترونات تعمل على نفس المسار ، كما هو مبين في الشكل 3.

الشكل 3

تشير الحروف اللاتينية في الشكل إلى الصدفة. اعتمادًا على عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة ، يمكن أن يكون عددها مختلفًا ، ولكن ليس أكثر من سبعة: K = 2 ، L = 8 ، M = 18 ، N = 32 ، O = 50 ، P = 72 ، Q = 98. في كل مدار ، يمكن أن يكون يكون عدد معين من الإلكترونات. على سبيل المثال ، في Q الأخير ، هناك ما يصل إلى 98 ، أقل ممكن ، لا أكثر. في الواقع ، من حيث قصتنا ، يمكن تجاهل هذا التوزيع: نحن مهتمون فقط بالإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي.

بالطبع ، في الواقع ، لا تدور جميع الإلكترونات في نفس المستوى على الإطلاق: حتى إلكترونان في مدار يدوران باسم K يدوران في مدارات كروية قريبة جداً. وماذا يمكن أن نقول عن المدارات ذات المستويات الأعلى! هناك يحدث ... ولكن من أجل بساطة التفكير ، نفترض أن كل شيء يحدث في طائرة واحدة ، كما هو مبين في الشكل 3.

في هذه الحالة ، يمكن تقديم حتى شعرية الكريستال في شكل مسطح ، مما سيسهل فهم المواد ، على الرغم من أنه في الواقع أكثر تعقيدًا. يظهر الشبكة المسطحة في الشكل 4.

الشكل 4

تسمى إلكترونات الطبقة الخارجية التكافؤ. هم الذين يظهرون في الشكل (الإلكترونات المتبقية لا تهم قصتنا).هم الذين يشاركون في اتحاد الذرات في الجزيئات ، وعند إنشاء مواد مختلفة ، فإنها تحدد خصائصها.

هم الذين يستطيعون الانفصال عن الذرة والتجول بحرية ، وإذا كانت هناك بعض الشروط ، فأنشئوا تيارًا كهربائيًا. بالإضافة إلى ذلك ، في العمليات الخارجية تحدث العمليات التي تؤدي إلى الترانزستورات - أجهزة تضخيم أشباه الموصلات.

استمرار المقال: الترانزستورات. الجزء 2. الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات.

بوريس الأديشين

Comments

[#1]

غالبًا ما صادف مفهوم الترانزستورات ، لكنه لم يفكر في أن كل شيء كان معقدًا وممتعًا للغاية. لقد تعلمت الكثير لنفسي ، لكن الترانزستورات موجودة في جميع المعدات تقريبًا.

[#2]

هل سمعت عن وجود أنواع pnp و npn من الترانزستورات؟ انهم يعملون بطرق مختلفة تماما. المقالة تتعامل فقط مع نموذج واحد. أنت لا تفاوض وهذا مضلل.

[#3]

يمكن ملاحظة التأثير نفسه في المكونات الهيدروليكية: يتم استخدام قدر ضئيل جدًا من الطاقة لفتح صمام كهرمغنطيسي ، على سبيل المثال ، في أداة الآلة.