トランジスタは、半導体材料を通る電流の流れを制御することによって機能します。電流は、トランジスタのベースに印加される電圧によって制御されます。トランジスタは、スイッチまたはアンプとして使用できます。スイッチとして使用すると、ベースに印加される電圧に応じて、トランジスタをオンまたはオフにすることができます。増幅器として使用すると、トランジスタは小さな電圧で大きな電流を制御できます。
トランジスタは、前世紀の 2 つの最も重要な発明の 1 つです。もう1つはもちろんリクライニングチェアです。トランジスタの出現は、現在電子革命と呼ばれるものに拍車をかけました。トランジスタの発明がなければ、あなたが絶望的に依存しているほとんどの電子デバイスは存在しません。パーソナル コンピューター、テレビ、スマートフォン、タブレット、ファブレット、ラップトップ、ルーター、フット マッサージャーなど、現代の最も不可欠な技術的驚異はトランジスタに依存しています。数十億個のトランジスタで満たされたトランジスタは、私たちの体にとっての細胞と同じように、電子デバイスにとっての存在です。しかし、人間の髪の毛よりも細い楽器が、どのようにして業界全体を脆弱な肩から持ち上げることができるのでしょうか?
半導体
まず、トランジスタが何でできているかを知る必要があります。その解剖学の知識は、その操作をより簡単に理解することを可能にします.半導体は基本的に、物質界の両方向性です。彼らは、導体のように電子と仲良くすることになると過度に社交的ではなく、内向的な絶縁体のように寡黙で無反応でもありません。それらの導電率は、導体と絶縁体の導電率の間にあります。最も一般的に使用されている半導体は、シリコンとゲルマニウムです。
半導体は、高温に加熱された場合にのみ伝導します。熱エネルギーは、その電子を原子に緩く結合する微弱なエネルギーを克服し、それによってそれらを解放し、そうすることで材料を導電性にします.ただし、より便利な代替手段は、材料の原子構造を変更し、ドーピングとして知られるプロセスである不純物を注入することによって導電率を高めることです。これらの資料は半のみ -解放された電子の体積は、導体の表面に群がる自由電子の体積よりもはるかに少ないため、伝導します。
ただし、部分的な導電率により、出力電流が操作または「制御」されやすくなります。水がダムを流れ落ちるように、電子が導体から膨大な量で噴出する場合、半導体内の電子は蛇口から水が引き出されるように振る舞います。蛇口を締めたり緩めたりして、流れる水の量を調節できます。これはまさにトランジスタの動作原理です。
トランジスタとは?
蛇口のアナロジーをさらに進めましょう。蛇口の働きは、水の貯留部、水が出るパイプ、そして出る量を制御できるハンドルの 3 つの部分で構成されています。同様に、トランジスタは 3 つの半導体を接着することによって形成されます。過剰なドーピングで満たされた電子の貯蔵庫、適度にドーピングされたパイプ、電子をまったく持たないハンドル (合理的に結論付けることができます) です。ハンドルを回すと、リザーバーからの電流がパイプを通って流れます。回転の程度によって、パイプを流れる電流の量が決まります。ここで、回転するということは、ハンドルに小さな電圧または電流を供給することを意味します。
(写真提供:Inductiveload / ウィキメディア・コモンズ)
トランジスタは基本的に、接合トランジスタと電界効果トランジスタの 2 つのカテゴリに分類できます。ジャンクショントランジスタのリザーバー、パイプ、ハンドルは、それぞれエミッター、コレクター、ベースと呼ばれます。コレクターは「n+」で示され、負に帯電した粒子 (電子) の過剰を強調しています。同様に、エミッターは「n」で表され、中程度の密度の電子を強調し、ベースは「p」で表され、電子の不在または余剰 正の を強調します。 正孔と呼ばれる荷電粒子。ジャンクションという用語は、これら 3 つのブロック間に形成されるジャンクションを指します。
一方、電界効果トランジスタの構成はまったく異なります。 3層ではなく、2層を重ねた構造になっています。電子は、チャネルと呼ばれる 1 つの層の内臓を通って流れ、ゲートと呼ばれるもう 1 つの層は、ハンドルの機能を実行します。ゲートの電圧は、チャネルを流れる電流の強さを制御します。アーキテクチャが異なると抵抗特性も大きく異なりますが、2 つのカテゴリのトランジスタの基本的な機能は本質的に同じで、弱い電圧で強い電流を制御します。
トランジスタが実行できる基本的な機能は 2 つあります。スイッチとしてもアンプとしても機能します。スイッチとして機能する場合、蛇口は、ハンドルに一定量の電圧が供給されている場合にのみ、パイプに電流が流れるようにします。このしきい値よりも低い電圧が供給されると、蛇口は流れる電流を抑制します。これが、2 進数の生成方法です。各ビット「1」または「0」は、電流の大きさが「1」として標準化されている開いた蛇口、または「0」に変換される閉じた蛇口のいずれかです。その後、一連のビットがマイクロプロセッサによって操作され、無数の操作が実装されます。
蛇口の類推によると、ビット「0」と「1」。
ムーアの法則によれば、マイクロプロセッサに搭載されるトランジスタの数は毎年 2 倍にならなければなりません。プロセッサの誕生には、最初は 100 万個のトランジスタが搭載されていましたが、ムーアの法則に従って、その数は現在では 1 兆個にまで増えています。この信じられないほどの偉業は、半導体がこれほど容易にスケーリングされる傾向を示していなければ、実現できなかったでしょう。その驚異的なスケーラビリティにより、コンピューター、電話、ラジオ、GPS、ゲーム コンソール、その他多くのものを 1 つのデバイスに縮小することができました。おそらく、あなたが今これを読んでいるデバイスです。
半導体の驚異的なスケーラビリティにより、コンピューター、電話、ラジオ、GPS、ゲーム コンソール、およびその他の無数のツールを 1 つのデバイス (スマートフォン) に縮小することが可能になりました。 (写真提供:GaudiLab/Fotolia)
アンプとして動作する場合、ハンドルが徐々に解放されると、リザーバーから大きな電流が引き出され、少量の電流が大量の電流を制御します。出力電流は入力電流に正比例します。アンプは、マイクがスピーカーの声を増幅するホールでよく使用されます。増幅器は、長距離を移動するために弱体化した信号が絶えず捕捉され、完全性を確保するために増幅される通信技術で広く使用されています。ここをクリックして、半導体の詳細を学び、ここでトランジスタがどのように機能するかについての絶妙な視覚的説明を見つけてください.
