ترانزیستور چگونه از فلزات و جریان الکتریکی الکترونها استفاده میکند
ترانزیستورها چگونه از فلزات و الکترونهای جریان استفاده میکنند؟
ترانزیستورها دستگاههای نیمهرسانا هستند که عمدتاً برای تقویت سیگنالها یا کلید زدن مدارها استفاده میشوند. اگرچه مکانیسم داخلی ترانزیستورها شامل مواد نیمهرسانا (مانند سیلیکون یا ژرمانیوم) است، آنها مستقیماً از فلزات و الکترونهای جریان برای عملکرد خود استفاده نمیکنند. با این حال، ساخت و عملکرد ترانزیستورها شامل برخی اجزای فلزی و مفاهیم مربوط به جریان الکترونی است. در زیر توضیح دقیقی از نحوه عملکرد ترانزیستورها و رابطه آنها با فلزات و الکترونهای جریان آورده شده است.
ساختار پایه و اصل کار ترانزیستورها
1. ساختار پایه
ترانزیستورها به سه نوع اصلی تقسیم میشوند: ترانزیستورهای ژونکشن دو قطبی (BJTs)، ترانزیستورهای اثر میدان (FETs) و ترانزیستورهای اثر میدان نیمهرسانا-اکسید-فلز (MOSFETs). در اینجا روی نوع معمول، NPN BJT تمرکز میکنیم:
اشعهگذار (E): معمولاً با غنیسازی بالا، تعداد زیادی الکترون آزاد فراهم میکند.
پایه (B): با غنیسازی کمتر، جریان را کنترل میکند.
جمعکننده (C): با غنیسازی کمتر، الکترونهای منتشر شده از اشعهگذار را جمعآوری میکند.
2. اصل کار
اتصال اشعهگذار-پایه (اتصال E-B): وقتی پایه نسبت به اشعهگذار پیشرو بیاس شده باشد، اتصال E-B رسانا میشود و الکترونها از اشعهگذار به پایه جریان مییابند.
اتصال پایه-جمعکننده (اتصال B-C): وقتی جمعکننده نسبت به پایه معکوس بیاس شده باشد، اتصال B-C در حالت قطع است. با این حال، اگر جریان پایه کافی باشد، جریان زیادی بین جمعکننده و اشعهگذار جریان مییابد.
نقش فلزات و الکترونهای جریان
1. تماسهای فلزی
سیمهای اتصال: اشعهگذار، پایه و جمعکننده یک ترانزیستور معمولاً از طریق سیمهای فلزی به مدارهای خارجی متصل میشوند. این سیمهای فلزی انتقال جریان را مطمئن میکنند.
لایههای فلزی: در مدارهای مجتمع، مناطق مختلف ترانزیستور (مانند اشعهگذار، پایه و جمعکننده) معمولاً با استفاده از لایههای فلزی (معمولاً آلومینیوم یا مس) در داخل مدار به هم متصل میشوند.
2. الکترونهای جریان
جریان الکترونی: در داخل ترانزیستور، جریان از حرکت الکترونها تولید میشود. به عنوان مثال، در یک NPN BJT، وقتی پایه پیشرو بیاس شده باشد، الکترونها از اشعهگذار به پایه جریان مییابند و بیشتر این الکترونها به جمعکننده ادامه مییابند.
جریان سوراخ: در نیمهرساناهای نوع p، جریان میتواند توسط سوراخها (جای خالیهایی که الکترونها در آن نیستند و میتوان آنها را حاملهای بار مثبت در نظر گرفت) حمل شود.
نمونههای خاص
1. NPN BJT
بیاس پیشرو: وقتی پایه نسبت به اشعهگذار پیشرو بیاس شده باشد، اتصال E-B رسانا میشود و الکترونها از اشعهگذار به پایه جریان مییابند.
بیاس معکوس: وقتی جمعکننده نسبت به پایه معکوس بیاس شده باشد، اتصال B-C در حالت قطع است. با این حال، به دلیل وجود جریان پایه، جریان زیادی بین جمعکننده و اشعهگذار جریان مییابد.
2. MOSFET
دروازه (G): از کانال نیمهرسانا توسط یک لایه عایق (معمولاً دیاکسید سیلیکون) جدا شده، ولتاژ دروازه رسانایی کانال را کنترل میکند.
منبع (S) و چاه (D): از طریق سیمهای فلزی به مدارهای خارجی متصل میشوند و جریان بین منبع و چاه توسط ولتاژ دروازه کنترل میشود.
خلاصه
با اینکه اصل کار ترانزیستورها عمدتاً شامل حرکت الکترونها و سوراخها در مواد نیمهرسانا است، فلزات نقش مهمی در ساخت و عملکرد ترانزیستورها دارند. سیمهای فلزی و لایههای فلزی انتقال جریان را مطمئن میکنند و الکترونهای جریان پایهای برای عملکرد دستگاههای نیمهرسانا هستند. از طریق این مکانیزمها، ترانزیستورها میتوانند به طور مؤثر سیگنالها را تقویت کنند یا مدارها را کلید زنند.
