Kā tranzistora izmanto metālus un elektrostrāvu elektronus?
Kā tranzistori izmanto metālus un strāvas elektronus?
Tranzistori ir puslēdus ierīces, kas galvenokārt tiek izmantotas signālu pastiprināšanai vai šķēršņu pārslēgšanai. Lai arī tranzistoru iekšējais mehānisms ietver puslēdus materiālus (piemēram, kremnijs vai germanijs), to darbībā tie neizrēķināti izmanto metālus un strāvas elektronus. Tomēr, tranzistoru ražošana un darbība ietver dažas metāla komponentes un saistītas ar elektronu plūsmu konceptes. Zemāk ir sniegts detalizēts skaidrojums par to, kā darbojas tranzistori, un to attiecības ar metāliem un strāvas elektroniem.
Tranzistoru pamata struktūra un darbības princips
1. Pamata struktūra
Tranzistori ir piecas galvenās veidu: Bipolārie savienojuma tranzistori (BJT), lauka efekta tranzistori (FET) un Metāla-oksidu-puslēdus lauka efekta tranzistori (MOSFET). Šeit mēs fokusēsimies uz visbiežāk sastopamo tipu, NPN BJT:
Izmetētājs (E): Parasti augsti dotēts, nodrošina lielu brīvo elektronu skaitu.
Bāze (B): Mazāk dotēta, kontrolē strāvu.
Savāktājs (C): Mazāk dotēts, savāca elektronus, kas izmitināti no izmetētāja.
2. Darbības princips
Izmetētājs-Bāze (E-B Savienojums): Kad bāze ir priekšvirziena nobīdēta pret izmetētāju, E-B savienojums pārved, ļaujot elektronam plūst no izmetētāja uz bāzi.
Bāze-Savāktājs (B-C Savienojums): Kad savāktājs ir atpakaļvirziena nobīdēts pret bāzi, B-C savienojums atrodas apgrieztajā režīmā. Tomēr, ja ir pietiekama bāzes strāva, starp savāktāju un izmetētāju plūst liela strāva.
Metālu un strāvas elektronu loma
1. Metāla kontakti
Vadītāji: Tranzistora izmetētājs, bāze un savāktājs parasti savienojas ar ārējām shēmām caur metāla vadītājiem. Šie metāla vadītāji nodrošina uzticamu strāvas pārnešanu.
Metalizācijas slāņi: Integrētajos shēmās tranzistora dažādas zonas (piemēram, izmetētājs, bāze un savāktājs) parasti savienojas iekšēji, izmantojot metalizācijas slāņus (parasti alūminija vai varš).
2. Strāvas elektronu loma
Elektronu plūsma: Tranzistora iekšienē strāva rodas, kad plūst elektroni. Piemēram, NPN BJT gadījumā, kad bāze ir priekšvirziena nobīdēta, elektronu plūsma notiek no izmetētāja uz bāzi, un lielākā daļa no šiem elektroniem turpina plūst uz savāktāju.
Trūkumu plūsma: P-tipa puslēdus materiālos strāva var tikt nesēta arī trūkumiem, kas ir vietās, kur trūkst elektronu, un tos var uzskatīt par pozitīvajiem lādiņa nesējiem.
Konkrēti piemēri
1. NPN BJT
Priekšvirziena nobīde: Kad bāze ir priekšvirziena nobīdēta pret izmetētāju, E-B savienojums pārved, un elektronu plūsma notiek no izmetētāja uz bāzi.
Atpakaļvirziena nobīde: Kad savāktājs ir atpakaļvirziena nobīdēts pret bāzi, B-C savienojums atrodas apgrieztajā režīmā. Tomēr, tā kā ir pietiekama bāzes strāva, starp savāktāju un izmetētāju plūst liela strāva.
2. MOSFET
Vārte (G): Atsevišķa no puslēdus kanāla ar izolējošu slāni (parasti silīcijs dioksīds), vārtes spriegums kontrolē kanāla vedamību.
Avots (S) un Uzsūcējs (D): Savienojas ar ārējām shēmām caur metāla vadītājiem, un strāva starp avotu un uzsūcēju tiek kontrolēta ar vārtes spriegumu.
Kopsavilkums
Lai arī tranzitoru galvenais darbības princips galvenokārt ietver elektronu un trūkumu plūsmu puslēdus materiālos, metāli spēlē nozīmīgu lomu tranzistoru ražošanā un darbībā. Metāla vadītāji un metalizācijas slāņi nodrošina uzticamu strāvas pārnešanu, un strāvas elektronu plūsma ir fundamentāls pamats puslēdus ierīču darbībai. Ar šiem mehānismiem tranzistori var efektīvi pastiprināt signālus vai pārslēgt šķēršņus.
