الترانزستور: ما هو ، الوظيفة ، أين يتم استخدامه ، الأصل

الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات ، وعادة ما يكون مصنوعًا من السيليكون أو الجرمانيوم، تستخدم لتضخيم أو تخفيف شدة التيار الكهربائي في الدوائر الإلكترونية. الترانزستورات هي اللبنات الأساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة ، حيث يتم استخدامها في رقائق الكمبيوتر والهواتف الذكية ، على سبيل المثال.

ما هي وظيفة الترانزستور؟

الترانزستورات لها وظيفتان أساسيتان: يضخم، يوسع، يبالغ التيار الكهربائي أو شريط تذكرتك. متي في وظيفة مكبر الصوت ، يتم تشغيل الترانزستورات بتيار إدخال كهربائي منخفض ، مما يؤدي إلى تضخيمه وبالتالي إنتاج تيار كهربائي ناتج بكثافة أكبر.

مثال على الدائرة التي تستخدم الترانزستورات في هذا التكوين هو الميكروفونات. الصوت الملتقط بواسطة الميكروفونينتج es تيارًا كهربائيًا منخفض الشدة ، ثم يمر هذا التيار عبر مجموعة من الترانزستورات ، التي تنتج إشارة كهربائية أكثر كثافة ، قادرة على تشغيل مكبرات الصوت من خلال مثال.

أنت الترانزستورات يمكن أن تعمل أيضًا مفاتيح، تشغيل التيار الكهربائي أو إيقاف تشغيله في دائرة: تمامًا كما يمكنهم تضخيم التيار الكهربائي ، كذلك هم قادرة على تخفيفها ، ويمكن أن تحدث هذه العملية بسرعة كبيرة (تقوم الترانزستورات الحالية بهذه المليارات من المرات لكل ثانيا).

جعلت هذه الوظيفة الترانزستورات المكونات الأساسية لجميع الرقائق الإلكترونية ، مثل تلك الموجودة في أجهزة الكمبيوتر لدينا. تعمل كل هذه الرقائق بلغة بسيطة للغاية ، وهي لغة كود ثنائي. أجهزة الكمبيوتر قادرة على يترجم رمز طويل مكون من الأرقام 0 و 1 في الحروف والكلمات والصور. هذه الأرقام ، 0 و 1 ، تسمى بت ويتم تنفيذه بواسطة الترانزستورات: عند العثور على الترانزستور مفتوح (تيار مرتفع) ، يقرأ الكمبيوتر ملف بت 0، متي هو إذا تجد إيقاف (تيار منخفض) ، يقوم الكمبيوتر بتعيين ملف بت 1.

نظرةأيضا:تطور أجهزة الكمبيوتر

كيف تعمل الترانزستورات؟

جميع الترانزستورات تعمل التحكم في مرور الإلكترونات بداخلهاومع ذلك ، هناك أنواع مختلفة من الترانزستورات ، وكل منها يقوم بذلك بطريقة مختلفة. الترانزستورات الحديثة ، مثل تلك المستخدمة في معالجات الهواتف الذكية ، صغيرة جدًا بحيث يمكنها التحكم في حركة كل إلكترون فردي. يمكن أن تحتوي الرقائق الحديثة ، التي تبلغ مساحتها بضعة سنتيمترات مربعة ، من من 5 إلى 30 مليار ترانزستور.

مصنوعة من الترانزستورات مواد أشباه الموصلات. لتوصيل وتضخيم إشارة التيار الكهربائي ، عادةً ما يتم تخدير أشباه الموصلات بالمواد التي يمكن أن توفرها شحنات كهربائية إضافية، مما يجعل توصيل الكهرباء أسهل.

المنشطات هي عملية يتم فيها استبدال ذرات السيليكون بذرات أخرى ، مثل الفوسفور والبورون والغاليوم وغيرها. هناك نوعان من المنشطات: المنشطات اكتب ن و نوع p. في عملية المنشطات من النوع n (الشحنة السالبة) ، تُضاف الذرات إلى الشبكة البلورية السيليكونية القادرة على توفير فائض من الإلكترونات ؛ في المنشطات من النوع p (شحنة موجبة) ، تضاف الذرات التي تسبب نقصًا في الإلكترونات.

نظرةأيضا:تعرف على خصائص السيليكون

بالإجمال هناك ثلاثة تكوينات من الترانزستورات الموجودة: شطيرة السيليكونيا تقاطع الترانزستور انها ال حقل التأثير الترانزستور.

• س ساندويتش يتكون من طبقتين من السيليكون ، واحدة مع المنشطات والأخرى مع المنشطات. في هذا النوع من التكوين ، من الممكن أن يتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. تُعرف الأجهزة التي تستخدم هذا التجميع باسم الثنائيات.

• س الترانزستورمن التقاطع يتكون من خلال الجمع بين ثلاث طبقات من السيليكون في منشطات مختلفة. في هذا التكوين ، توجد طريقتان لتكديس طبقات السيليكون: ص ن ص و ن ص ن، أي ثلاث طبقات من السيليكون حسب المنشطات الخاصة بكل منها. في هذا النوع من الترانزستور ، يتم تضخيم التيار الكهربائي بظهور "ثقوب": وكأن شحنة موجبة تنتقل في الاتجاه المعاكس للإلكترونات (الشحنات السالبة). في هذه الحالة ، يمكن فهم هذه الشحنات الموجبة على أنها مناطق تفتقر إلى الإلكترونات. هذا النوع من القيادة يسمى القيادة في حفرة. تسمى الترانزستورات التي يمكنها حمل الشحنات عن طريق توصيل الإلكترونات والثقوب الترانزستورات تقاطع القطبين.

• س الترانزستورفيصنعت منفيمجال (FET) هو أيضا تتكون من ثلاث طبقات من أشباه الموصلات. على عكس الترانزستورات الوصلة ، التي يتم تنشيطها بواسطة تيار كهربائي ، يتم تنشيط FETs بواسطة الفولتية الكهربائية وبالتالي يمكن تضخيم أو إبطال التوتر الكهربي من الدائرة. هذه الترانزستورات أرخص وأسهل في التصنيع من الترانزستورات الأخرى ، وتستخدم على نطاق واسع في رقائق إلكترونية.

نرى أيضا: تعرف على المزيد حول مجال تكنولوجيا المعلومات

أين تستخدم الترانزستورات؟

يمكن أن تعمل الترانزستورات كمضخمات أو مفاتيح في الدوائر الإلكترونية. الاستخدام الأكثر شيوعًا لها هو في معالجات الكمبيوتر ، حيث تكون مطلوبة بفضل قدرتها على محاكاة البتات عن طريق زيادة الجهد أو خفضه ، بسرعة وبدقة. الترانزستورات موجودة في الدوائرمدمج، والتي تشكل البوابات المنطقية المستخدمة في الدوائر الكهربائية لمختلف الأجهزة ، والأجهزة ، وأجهزة الكمبيوتر ، والهواتف المحمولة ، إلخ.

يمكن أن تحتوي معظم رقائق الكمبيوتر الحديثة على ما يصل إلى 30 مليار ترانزستور.

أصل الترانزستورات

قبل الترانزستورات ، كانت الأنابيب تستخدم في أجهزة الكمبيوتر.

الترانزستور السيليكون و الجرمانيوم تم إنشاؤه من قبل علماء الفيزياء يوحناباردين و والتر هاوس بريتين في عام 1947 في مختبرات التكنولوجيا التابعة للشركة الأمريكية جرسهاتف. في 1948، جنبا إلى جنب مع وليامبرادفوردشوكلي، حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء بسبب التطور التكنولوجي الهائل الذي جلبته الترانزستورات. كان دافع الباحثين في ذلك الوقت هو إنشاء جهاز صغير الحجم وأرخص تكلفةماذا الصمامات الحرارية، المستخدمة في ذلك الوقت أجهزة الكمبيوتر الأولى.
بي. رافائيل هيلربروك