Transistör Nedir?

{h1}

Transistörler, elektrik sinyalleri tarafından tetiklenebilen küçük anahtarlardır. Mikroçiplerin temel yapı taşlarıdır.

Transistörler, elektrik sinyalleri tarafından tetiklenebilen küçük anahtarlardır. Mikroçiplerin temel yapı taşlarıdır ve kabaca elektrikli ve elektronik cihazlar arasındaki farkı tanımlarlar. Günlük hayatımızın çok yönlerini, süt kartonlarından dizüstü bilgisayarlara kadar her şeyin içinde geçiriyorlar, ne kadar kullanışlı olduklarını gösteriyorlar.

Bir transistör nasıl çalışır?

Geleneksel bir mekanik anahtar, telin iki ucunu fiziksel olarak bağlayarak (veya bağlantısını keserek) elektrik akışını etkinleştirir veya devre dışı bırakır. Bir transistörde, bir sinyale, aygıtın ya hareket etmesini ya da yalıtmasını söyler, böylece elektrik akışını mümkün kılar ya da devre dışı bırakabilir. Bazı durumlarda bir yalıtkan gibi davranan ve diğerlerinde bir iletken gibi çalışan bu özellik, "yarı iletkenler" olarak bilinen özel bir malzeme sınıfına özgüdür.

Bu davranışın nasıl işlediğine ve nasıl kullanıldığına dair sırrını incelemeden önce, bu tetikleme yeteneğinin neden bu kadar önemli olduğunu anlayalım.

Sinyal tetiklemeli bir anahtarın kullanımı

İlk sinyal tetiklemeli anahtarlar rölelerdi. Bir röle, manyetik bir anahtarı çevirmek için bir elektromıknatıs kullanır. Burada iki röle stilini görüyoruz: bir sinyal açıldığında; Bir sinyalin kapatıldığı diğer:

röle

röle

Kredi: Robert Coolman

Sinyal tetiklemeli anahtarların hesaplamayı nasıl etkinleştirdiğini anlamak için, önce iki anahtarlı ve bir ışıklı bir pil düşünün. Bunları bağlayabilmemizin iki yolu var. Seri halinde, her ikisi de Işıkların açılması için anahtarların açık olması gerekir. Buna "Boolean AND" davranışı denir:

"Boolean AND" anahtarı

Kredi: Robert Coolman

Paralel, ya da her ikisi Işıkların açılması için anahtarların açık olması gerekir. Buna "Boolean OR" davranışı denir:

"Boolean VEYA" anahtarı

Kredi: Robert Coolman

Ya ışığın dönmesini istiyorsak üzerinde Eğer ya anahtar açık, ama kapalı Eğer her ikisi de veya açık mı? Böyle bir davranışa "eXclusive OR" için "Boolean XOR" denir. AND ve OR'den farklı olarak, imkansız ON / OFF anahtarlarını kullanarak XOR davranışını elde etmek için… başka bir anahtardan gelen bir sinyal ile bir anahtarın tetiklenmesi için bir araç yoksa. İşte XOR davranışını gerçekleştiren bir röle devresi:

"Boolean XOR" anahtarı

Kredi: Robert Coolman

Ekleme yaparken XOR davranışının “10'u taşımamıza” olanak tanıdığını anladığımızda, sinyal tetiklemeli anahtarların hesaplama için neden bu kadar önemli olduğu netleşir. Benzer devreler toplama, çıkarma, çarpma, bölme, ikili (taban 2) ve ondalık (taban 10) arasındaki dönüşüm vb. Dahil her türlü hesaplama için oluşturulabilir. Bilgi işlem gücümüzün tek sınırı, kullanabileceğimiz sinyal tetiklemeli kaç adet anahtardır. Tüm hesap makineleri ve bilgisayarlar bu yöntemle mistik güçlerini elde ederler.

Sinyalleri geriye doğru döndürmek suretiyle, sinyal tetiklemeli anahtarlarla da belirli türden bellekler elde edilebilir. Bu bilgi depolama yöntemi, manyetik ve optik ortama bir arka koltuk getirmiş olsa da, önbellek gibi bazı modern bilgisayar işlemlerinde hala önemlidir.

Bilgisayarları röle

Röleler 1824'te elektromıknatısın keşfinden beri kullanılmakta iken - özellikle telgrafın 1837 icadıyla - 20'nci yüzyıla kadar hesaplama için kullanılmayacaklardı. Önemli röle bilgisayarları Z1'den Z3'e (1938-1941) ve Harvard Marks I ve II'ye (1944 ve 1947) dahil edildi. Rölelerle ilgili problem, elektromıknatıslarının çok fazla güç tüketmesi ve boşa harcanan enerjinin ısınmaya dönüşmesidir. Bunun için röle bilgisayarlarının geniş soğutma ihtiyacı var. Bunun üzerine, röleler hareketli parçalara sahiptir, böylece kırılmaya eğilimlidirler.

Vakum tüpleri

Rölenin halefi, vakum tüpü idi. Manyetik bir anahtara dayanmak yerine, bu tüpler "termiyonik etki" ye dayanıyor ve dim ampullere benziyordu. Vakum tüpleri, 19. yüzyıl boyunca ampullere paralel olarak geliştirildi ve ilk olarak 1906'da bir amplifikatör devresinde kullanıldı. Hareketli parçaların yokluğunda, filamanları sadece yanmadan önce çok uzun süre çalıştı ve kapalı cam konstrüksiyonu diğerlerine eğilimli oldu başarısızlık demektir.

Bir vakum tüpünün nasıl çoğaldığını anlamak, bir hoparlörün arkasındaki tellerin açık mı yoksa kapalı mı olduğuna bağlı olarak ileri geri hareket eden kumaş parçasından başka bir şey olmadığını anlamak kadar basittir. Sinyali sinyal tetiklemeli bir anahtara beslersek, çok büyük bir hoparlörü çalıştırmak için düşük güçlü bir sinyal kullanabiliriz. Vakum tüpleri rölelerden çok daha hızlı çalıştığı için, insan konuşmasında ve müziğinde kullanılan açma / kapama frekanslarına ayak uydurabilirler.

Vakum tüplerini kullanan ilk programlanabilir bilgisayar, II. Dünya Savaşı sırasında kodları çatlamak için inşa edilmiş 1943 Colossus'du. 17.000'den fazla tüp vardı. Daha sonra, 1946 ENIAC, 17.000'den fazla tüpe sahip olan büyük bir sayısal problemler sınıfını çözebilen ilk elektronik bilgisayar oldu. Ortalama olarak, bir tüp iki günde bir başarısız oldu ve bulmak ve değiştirmek için 15 dakika sürdü.

Son olarak transistörler!

Transistörler ("portmanteaux"transmitter "ve" resistor"bir" elektron deliği "olarak bilinen bir kuantum mekaniğine güvenir. Bir delik, yarı iletken malzemede var olabilecek bir noktada bir elektronun bulunmamasıdır. Bir transistöre bir elektrik sinyali sokulmasıyla, elektrik alanlarının yaratılması Yer değiştirmek için delikler ve elektronlar zorlar.Bu, normalde iletmek için (veya tersi) transistörün bölgelerine izin verir.Tüm transistörler bu özelliğe güvenir, ancak farklı transistör tipleri farklı yollarla çalışır.

İlk "nokta-temas" transistörü, 1947'de John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley'nin çalışmaları sayesinde ortaya çıktı. Unutmayın, elektron sadece 1878'de keşfedildi ve Max Planck'ın ilk kuantum hipotezi sadece 1900'de yapıldı. Bunun üzerine, yüksek kaliteli yarı iletken malzemeler sadece 1940'larda elde edildi.

Nokta temaslı transistörler kısa bir süre sonra "bipolar bağlantı" transistörleri (BJT'ler) ve "alan etkisi" transistörleri (FET'ler) ile değiştirildi. Hem BJT'ler hem de FET'ler "doping" olarak bilinen bir uygulamaya güvenmektedir. Borunun silikonla doldurulması, "P-tipi" silikon olarak bilinen çok sayıda elektron deliğine sahip bir malzeme oluşturur. Benzer şekilde, fosforlu doping silikon, "N-tipi" silikon olarak bilinen çok sayıda elektronlu bir materyal oluşturur. Bir BJT, üç farklı silikon tipi tabakadan yapılır, dolayısıyla bir "PNP" veya "NPN" konfigürasyonuna sahiptir. Bir FET, bir silikon tipinin iki kuyucuğunun bir diğerinin bir kanalına kazınmasıyla yapılır, dolayısıyla bir "n-kanalı" ya da "p-kanalı" konfigürasyonuna sahiptir. PNP transistörleri ve n-kanal transistörleri benzer şekilde "sinyal dönüşleri devreye girer" röleleri ve tüpler; Benzer şekilde, NPN transistörleri ve p-kanal transistörleri, "sinyal kapanır" rölelerine ve tüplerine benzer şekilde işlev görür.

Transistörler vakum tüplerinden çok daha fazla çalışma yapmışlardır; Öyle ki, hiçbir teknoloji henüz onları geride bırakmadı; bugün hala kullanılıyorlar.

Entegre devreler ve Moore Yasası

İlk transistör bilgisayar 1953 yılında Manchester Üniversitesi tarafından 200 röle kontak transistörü kullanılarak, daha çok röle ve vakum tüplü bilgisayarlar tarzında yapılmıştır. BJT'ler ve FET'lerin entegre devrelerde (IC) üretilebilmesi sayesinde, bu tür kablolama bireysel transistörlerin kısa bir süre sonra uygulama dışı kalmasına neden oldu. Bu, tek bir kristalli silikon bloğunun, halihazırda mevcut olan kablolama ile çoklu transistörlerin yetiştirilmesi için özel yollarla muamele edilebileceği anlamına gelir.

İlk IC 1971'de inşa edildi. O yıldan bu yana transistörler daha küçük ve daha küçük hale gelmişlerdi, böylelikle bir IC'ye sığdırılan miktar kabaca iki yılda bir iki katına çıktı: "Moore Yasası" olarak adlandırılan bir trend. O zamanlar ve o zamanlar arasındaki dönemde, bilgisayarlar modern yaşamın neredeyse tüm yönlerine nüfuz ettiler. 2013 yılında üretilen IC'ler (özellikle bilgisayarlar için merkezi işlemciler), her biri 22 nanometre olan yaklaşık 2 milyar transistör içerir. Transistorlar daha küçük yapılamadığında Moore yasası nihayet sona erecek. Bu noktaya, transistörlerin 2020 yılı boyunca yaklaşık 5nm'lik bir büyüklüğe ulaşmasıyla ulaşılacağı tahmin edilmektedir.


Video Takviyesi: Transistör Nedir? Nasıl Çalışır?.




TR.WordsSideKick.com
Her Hakkı Saklıdır!
Herhangi Bir Malzemenin Çoğaltılabilir Sadece Siteye Aktif Linki Prostanovkoy TR.WordsSideKick.com

© 2005–2019 TR.WordsSideKick.com