Kuidas transistor kasutab metalle ja elektrit elektrivoolu elektronitega?

Kuidas kasutavad tranzistoorid metalle ja elektronivoolu?

Tranzistoorid on pooljuhtide seadmed, mida peamiselt kasutatakse signaalide tugevdamiseks või tsirkuitide lülitamiseks. Kuigi tranzistooride sisemine mehhanism hõlmab pooljuhtimaterjale (nt silikooni või germanni), ei kasuta need otse metalle ega elektronivoolu oma toimimiseks. Siiski on tranzistooride valmistamine ja töötamine seotud mõnede metallkomponentide ja elektronivooluga seotud mõistetega. Allpool on selgitatud, kuidas tranzistoorid töötavad ning nende suhe metallide ja elektronivoolu kanssa.

Tranzistooride põhiline struktuur ja tööpõhimõte

1. Põhiline struktuur

Tranzistoreid on kolm peamist tüüpi: Bipolaarsed ühenduspunktilised tranzistoorid (BJT), väli-effekti tranzistoorid (FET) ja metall-oksüdi-pooljuhtide väli-effekti tranzistoorid (MOSFET). Siin keskendume enim levinud tüübile, NPN BJT-le:

• Emitter (E): Tavaliselt intensiivselt doteeritud, mis pakub suurt arvu vabadest elektronidest.

• Baas (B): Vähem intensiivselt doteeritud, kontrollib voolu.

• Kollektor (C): Vähem intensiivselt doteeritud, kogub emitterist välja saadud elektronid.

2. Tööpõhimõte

• Emitter-baasi ühendus (E-B ühendus): Kui baas on emitteri suhtes edasihoidlik, siis E-B ühendus juhib, lubades elektronidel liikuda emitterist baasi.

• Baasi-kollektori ühendus (B-C ühendus): Kui kollektor on baasi suhtes tagurpidi hoidlik, on B-C ühendus katkestatud režiimis. Kuid kui on piisavalt baasivoolu, siis suur vool liigub kollektorist emitterisse.

Metallide ja elektronivoolu roll

1. Metallkontaktid

• Johtmed: Tranzistoori emitter, baas ja kollektor on tavaliselt ühendatud väliseid tsirkuiteid metalljohtmete kaudu. Need metalljohtmed tagavad usaldusväärse voolu edastamise.

• Metalliseerimiskihid: Integreeritud tsirkuitides on tranzistoori erinevad osad (nt emitter, baas ja kollektor) tavaliselt sisenurgiliselt ühendatud metalliseerimiskihide (tavaliselt aluminiumi või kupari) abil.

2. Elektronivool

• Elektronide liikumine: Tranzistoori sees tekitatakse vool elektronide liikumise kaudu. Näiteks NPN BJT-s, kui baas on edasihoidlik, liiguvad elektronid emitterist baasi, ja enamik neist jätkab liikumist kollektorisse.

• Auku liikumine: P-tüübi pooljuhtides võib voolu kaandada aukude kaudu, mis on elektronide puudujääkid ja mida võib pidada positiivseteks laengutandejateks.

Spetsiifilised näited

1. NPN BJT

• Edasihoidlus: Kui baas on emitteri suhtes edasihoidlik, siis E-B ühendus juhib, ja elektronid liiguvad emitterist baasi.

• Tagurpidi hoidlus: Kui kollektor on baasi suhtes tagurpidi hoidlik, on B-C ühendus katkestatud režiimis. Kuid baasivoolu olemasolu tõttu liigub suur vool kollektorist emitterisse.

2. MOSFET

• Värava (G): Eraldatud pooljuhtide kanalilt eristavaks kihtina (tavaliselt silikoondioksid), värava jae kontrollib kanali juhivust.

• Allika (S) ja draineerija (D): Ühendatud väliseid tsirkuiteid metalljohtmete kaudu, allika ja draineerija vahelise voolu kontrollib värava jae.

Kokkuvõte

Kuigi tranzistooride põhiline tööpõhimõte hõlmab peamiselt elektronide ja aukude liikumist pooljuhtimaterjalides, mängivad metallid olulist rolli tranzistooride valmistamises ja töötamisel. Metalljohtmed ja metalliseerimiskihid tagavad usaldusväärse voolu edastamise, ja elektronivool on pooljuhtide seadmete toimimise aluseks. Neid mehhanisme kasutades saavad tranzistoorid tõhusalt tugevdada signale või lülitada tsirkuiteid.