با سلام و تشکر از بازدید شما دوست عزیز . امیدواریم بتوانیم خواسته ها و نیاز های شما را فراهم کنیم و همکاری خوبی در کنار هم داشته باشیم.

محل لوگو

اشتراک در خبرنامه

جهت عضویت در خبرنامه لطفا ایمیل خود را ثبت نمائید

Captcha

آمار بازدید

  • بازدید امروز : 124
  • بازدید دیروز : 134
  • بازدید کل : 517776

ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند ؟ (قسمت اول)


ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند ؟ (قسمت اول)

داستان تولد ترانزیستور

فکر می‌کنید داستان زاده شدن یک قطعه الکترونیکی چقدر می‌تواند برای شما جالب باشد ؟ این داستانی زیبا است در مورد متولد شدن یک اختراع که جهانی که ما می‌شناسیم را برای همیشه دگرگون کرد، داستانی از درگیری چند نابغه بر سر فرزندشان ، ترانزیستور ! داستانی در مورد جدال حسادت و اراده فولادین .

اولین ترانزیستور (Transistor) در سال 1947 میلادی در آزمایشگاه‌های بل (Bell) واقع در ایالت نیوجرسی آمریکا و توسط سه فیزیکدان نابغه اختراع شد. جان باردین (john bardeen) که در سال 1991 میلادی در گذشت . والتر براتین (Walter Brattain) که در سال 1987 درگذشت و ویلیام شاکلی که در سال 1989 دار فانی را وداع گفت.

تیمی‌که در واقع شاکلی رهبر آن بود در تلاش برای ساخت نوعی تقویت کننده جدید برای سیستم تلفن کشور آمریکا بودند که به یک کشف جالب دست پیدا کردند. این کشف آن‌ها باعث ایجاد یک اختراع جدید شد که به زودی روشن شد خیلی بیش از تولید یک تقویت کننده کاربرد دارد. بله ، ترانزیستور !

یک ترانزیستور اثر میدان (FET) در یک مدار الکتریکی
یک ترانزیستور اثر میدان (FET) در یک مدار الکتریکی

قطعه ای که دنیای تکنولوژی را برای بشر به ارمغان آورد. شما هر روزه با امکانات ایجاد شده با توان میلیارد‌ها ترانزیستور اطرافتان زندگی می‌کنید. میلیارد‌ها ترانزیستور همین لحظه در حال کار در رایانه شما هستند. گوشی تلفن همراه هوشمند شما میلیارد‌ها ترانزیستور در داخل خود دارد. وقتی خودرو خود را روشن می‌کنید میلیون‌ها ترانزیستور شروع به راه اندازی کامپیوتر خودرو شما (ECU) می‌کنند.تلویزیون،رادیو،دستگاه‌های بیسیم، مودم‌های WiFi، همه مدارهای مجتمع (IC) که در دستگاه‌های مختلف وجود دارد و…. همگی به لطف یک قطعه کوچک وجود خارجی دارند.

در سه شنبه ، شانزدهم دسامبر سال 1947 ، باردین و براتین اولین ترانزیستور عملی را ساختند که به ترانزیستور تماس نقطه ای (Point-Contact Transistor) معروف شد. شاکلی به دلایلی از روند ساخت نمونه اولیه خبر نداشت و رونمایی اولین ترانزیستور او را شکه کرد. اما شاکلی هم نقش بسیار زیادی در ابن پروژه ایفا کرده بود و همین باعث شده بود او بسیار از این که در ساخت این قطعه نقشی نداشته است، عصبانی شود. برای همین در خلال یک کنفرانس فیزیک و در اتاق یک هتل و به تنهایی ریاضیات و تئوری‌های مربوط به ترانزیستورهایی را نوشت که امروزه آن‌ها را به نام ترانزیستور‌های پیوندی دو قطبی (BJT) می‌شناسیم. چیزی که از ترانزیستور ساخته شده توسط دو همکارش خیلی بهتر به نظر می‌رسید و هنوز تنها طرح اولیه اش در ذهن شاکلی شکل گرفته بود.

 

پس از ساخت این ترانزیستور باردین آزمایشگاه‌های بل را ترک کرد تا استاد دانشگاه ایلینویز شود (او برای مطالعه در رابطه با ابر رسانا‌ها به این دانشگاه رفت و موفقیت‌های بسیاری در این زمینه کسب کرد).

براتین در آزمایشگاه‌های بل ماند تا بیشتر روی ترانزیستورش کار کند. البته او سال‌ها بعد بازنشسته شد و بعد از بازنشتگی به شغل معلمی‌مشغول شد.

شاکلی اما شرکت ساخت ترانزیستور خود را راه اندازی کرد و اولین جرقه‌های الهام “سیلیکون ولی” (Silicon Valley) که امروزه جدید ترین دستاورد‌های تکنولوژی از آنجا به جهان عرضه می‌شود، از همین کار شاکلی شکل گرفت. دو کارمند او یعنی رابرت نویس و گوردون مور بعد‌ها شرکت اینتل را پایه گذاری کردند. شرکتی که امروزه بزرگ ترین تولید کننده میکروچیپ‌های جهان به شمار می‌رود.

باردین،براتین و شاکلی چندین سال بعد دوباره همدیگر را دیدند. وقتی که هرسه موفق به دریافت بالاترین نشان علمی‌جهان یعنی جایزه نوبل در سال 1956 و به دلیل کشف بزرگشان شدند.

حالا ترانزیستور چیست و چگونه کار می‌کند ؟

نحوه کار ترانزیستور‌ها خیلی ساده و در عین حال بسیار پیجیده است. بستگی دارد که ما با چه نگاهی به آن‌ها بنگریم. بگذارید از قسمت ساده قضیه شروع کنیم. ترانزیستور یک قطعه کوچک الکترونیکی است که می‌تواند دو کار کلی انجام دهد. یا در نقش یک تقویت کننده ظاهر شود و یا در نقش یک کلید.

وقتی ترانزیستور در نقش یک تقویت کننده استفاده می‌شود

در این مواقع ترانزیستور از یک طرف مقدار بسیار کمی‌جریان به داخل خود راه می‌دهد (جریان ورودی) و از طرف دیگر اجازه می‌دهد مقدار بسیار زیاد تری جریان از دو سر آن عبور کند (جریان خروجی) . به عبارت دیگر خود ترانزیستور ذاتا نوعی تقویت کننده جریان است. حالا این به چه کاری می‌آید ؟ برای ساخت چیزهایی مانند سمعک ، یکی از اولین محصولاتی که با ترانزیستور ساخته شد. سمعک یک میکروفون دارد که صداهای محیط را گرفته و به یک جریان کوچک الکتریکی تبدیل می‌کند. ترانزیستور این جریان کوچک را می‌گیرد و تقویتش می‌کند. سپس این جریان تقویت شده را به یک بلندگوی کوچک داخل گوش می‌فرستد. در واقع صداهای اطراف را برای صاحب سمعک فریاد می‌کشد.

 
عکس یک سمعک اولیه قدیمی‌- در قدیم دستگاه سمعک را به کمر بسته یا در جیب قرار می‌دادند،امروز دیگر سمعک‌ها چنان پیشرفت کرده اند که گاهی اوقات به زحمت می‌توان متوجه آن‌ها شد
عکس یک سمعک اولیه قدیمی‌– در قدیم دستگاه سمعک را به کمر بسته یا در جیب قرار می‌دادند،امروز دیگر سمعک‌ها چنان پیشرفت کرده اند که گاهی اوقات به زحمت می‌توان متوجه آن‌ها شد

شاکلی یکی از مخترعین ترانزیستور در پاسخ به سوال یک دانشجو این خاصیت تقویت کنندگی را این طور توضیح داد:

یک بسته کاه را به دم یک چهارپا ببند و سپس یک کبریت روشن کن و آن را آتش بزن.حالا اگر انرژی که حیوان بیچاره برای فرار و خلاصی از آتش صرف می‌کند را با انرژی که تو برای روشن کردن کبریت صرف کرده ای مقایسه کنی،می‌فهمی‌ترانزیستور چگونه جریان را تقویت می‌کند!

وقتی ترانزیستور در نقش یک کلید عمل می‌کند

همان طور که گفتیم هر جریان کوچک الکتریکی در ورودی ترانزیستور باعث ایجاد یک جریان بزرگ خروجی در طرف دیگر ترانزیستور می‌شود. به عبارت دیگر،با دادن یک جریان کوچک به عنوان فرمان به ترانزیستور راه را برای عبور یک جریان برزگ باز کنیم . درست مانند یک کلید معمولی ، با این تفاوت که به جای زدن کلید با انگشت ، یک جریان کوچک نقش انگشت ما را ایفا می‌کند. همه چیپ‌های کامپیوتری با همین مفهوم بسیار ساده کار می‌کنند. حیرت کرده اید ؟ بله مفهوم الکترونیک دیجیتال به همین سادگی که گفتیم است ! یک مثال می‌زنیم :

یک حافظه کامپوتری را در نظر بگیرید. مثلا یک رم (RAM) ، این قطعه صد‌ها میلیون و شاید چندین میلیارد ترانزیستور در خود دارد. هر کدام از این ترانزیستور‌ها را می‌توان تک تک روشن یا خاموش کرد.

از آنجایی که ترانزیستور‌ها می‌توانند روشن یا خاموش باشند (دو حالت دارند) می‌توانیم بگوییم ترانزیستور خاموش یعنی صفر و ترانزیستور روشن یعنی یک ! همان صفر و یک‌های دوست داشتنی دیجیتالی خودمان. وقتی در مورد میلیاردها ترانزیستور حرف می‌زنیم،یعنی می‌توانیم میلیارد‌ها صفر و یک را ذخیره کنیم. یعنی چندین گیگابایت اطلاعات . به همین سادگی !

 

نکته جالبی که در مورد دستگاه‌های قدیمی‌وجود داشت این است که می‌توانستیم اجزای آن‌ها را به وضوع ببینیم و آن‌ها را از هم جدا کنیم و از نحوه کارشان سر در بیاوریم. می‌توانستیم قسمت‌های مختلف یک تلویزیون – که خیلی هم بزرگ بود – را ببینیم و ارتباطشان را با هم پیدا کنیم و آن‌ها را تعمیر کنیم. حتما تعمیر کارهای تلویزیون و رادیو را یادتان هست. اما صنعت الکترونیک امروزه بسیار تغییر کرده است. امروزه دقت کار به یک الکترون کشیده است. جدید ترین ترانزیستور‌های تولید شده با استفاده از حرکت یک الکترون (و نه جریان الکتریکی) کار می‌کنند. می‌توانید تصور کنید این ترانزیستور‌ها چقدر کوچک هستند؟ در سال 2015 شرکت اینتل اعلام کرد جدید ترین واحد پردازش مرکزی (CPU)‌های این شرکت با ترانزیستورهایی با اندازه 10 نانومتر کار خواهند کرد.

یک چیپ (Chip) معمولی کامپیوتری به اندازه ناخن شما، 500 میلیون تا دو میلیارد ترانزیستور را در خود جای داده است. پس باید از خیر باز کردن بسته بندی چیپ و دیدن داخل آن و امید برای این که بفهمید در داخل آن چه می‌گذرد، بگذرید.

در قسمت بعدی این مقاله در مورد روش ساخت ترانزیستور‌ها ، انواع ترانزیستور‌ها و نحوه عملکرد هر یک از انواع آن‌ها را برای شما شرح خواهیم داد.

 

 

  انتشار : ۱۵ خرداد ۱۳۹۶               تعداد بازدید : 1239

برچسب های مهم

دیدگاه های کاربران (0)

قم , خیابان انقلاب , کوچه 41 پلاک 15

هر آنچه از برق بخواهید

فید خبر خوان    نقشه سایت    تماس با ما