Transistoro

El Vikipedio

Transistoro estas solid-stata semikonduktaĵa aparato uzata por amplifado kaj ŝaltado, kaj havas tri terminalojn: malgranda kurento aŭ tensio aplikita al unu terminalo regas la kurenton tra la du aliaj. Ĝi estas la ĉefa komponanto en ĉia moderna elektroniko. En diĝitaj cirkvitoj, transistoroj uziĝas kiel tre rapidaj elektraj ŝaliloj, kaj aranĝoj de transistoroj povas funkcii kiel logikaj pordoj, RAM-tipa storaĵo kaj aliaj aparatoj. En analogaj cirkvitoj, transistoroj uziĝas kiel amplifiloj. Transistoro estas ankaŭ parto de ĉipo; modernaj ĉipoj povas enhavi milionojn da transistoroj malgraŭ sia malgrandeco.

Transistoro estis ankaŭ kutima nomo dum la 1960-oj por transistora radiofono, poŝe granda portebla radiofono kiu uzis transistorojn, anstataŭ vakutuboj, kiel siajn aktivajn elektronikaĵojn.

Ili estas la plej oftaj cirkviteroj kun tri terminaloj, fakte ne tute la nura, sed tamen se vi vidas tri-terminalan eron ĝi estos tre verŝajne transistoro.

Enhavo

1 Inventado
2 Transistora Funkciado
- 2.1 Dupolusa Junta Transistoro
- 2.2 Kamp-Efikaj Transistoroj
3 Avantaĵoj de Transisitoroj Super Vakutuboj
4 Historio
5 Eksternaj Ligoj

[redaktu] Inventado

La transistoro estis inventita ĉe Bell Laboratories dum Decembro 1947 de John Bardeen, Walter Houser Brattain, kaj William Bradford Shockley, kiuj estis aljuĝitaj la Nobelan Premion pri Fiziko dum 1956. Ironie, ili klopodis fabriki kamp-efikan transistoron (E-e: KET, angle: FET) antaudirita de Julius edgar LILIENFELD tiom frue kiom 1925 sed fine malkovris kurentan amplifadon en punkt-kontakta transistoro kiu sekve evolŭis iĝi la dupolusa junta transistoro (E-e: DJT, angle BJT)

[redaktu] Transistora Funkciado

Transisitoro estas tri-terminala aparato. En la DJT, elektra kurento enmetiĝas en la bazo (B) kaj modulas kurentan fluon inter la aliaj du terminaloj sciitaj kiel elsendilo kaj kolektilo. En KEToj, la tri terminaloj nomiĝas pordo (P), fonto (F), kaj drenilo (D) respektive, kaj tensio aplikita al la pordo modulas la kurenton inter la fonto kaj la drenilo.

Estas du specoj de transistoroj kaj ili estas NPN kaj PNP.

En NPN, vi devas havi positivan kurenton en la bazo por ŝalti la transistoron. Kaj en PNP vi devas have negativan kurenton en la bazo por ŝalti la transistoron.

Ĉar tiu diferenco multe gravas, la simboloj en la cirkitaj bildoj estas malsamaj por la du specoj.

[redaktu] Dupolusa Junta Transistoro

Koncepte, oni povas kompreni dupolusan juntan transistoron kiel du diodoj kun malantaŭo al malantaŭo, konektitajn tiel ke ili kunhavas aŭ siajn pozitivajn aŭ negativajn terminalojn. La antaŭen-biasita elsendil-baza junto allasas portantoj facile flui el la elsendilo. La bazo fabrikiĝas sufiĉe maldika, ke plej multaj injektitaj portantoj atingas la kolektilon anstataŭ rekombini en la bazo. Ĉar malgrandaj ŝanĝoj de la baza kurento signife efikas kolektilan kurenton, la transistoro povas funkcii kiel elektronika amplifilo. La rejŝo de amplifiado, kutime nomita la kurenta pliiĝo (b), estas proksimume cent por plej multaj specoj de DJT-oj. Tio estas unu miliampero de baza kurento kutime igas kolektilan kurenton de proksimume cent miliamperoj. DJT-oj venkas je ĉiaj amplifikiloj de sone al radiofone frekvencaj aplikaĵoj kaj estas ankaŭ popularaj kiel elektronikaj ŝaltiloj.

[redaktu] Kamp-Efikaj Transistoroj

La plej kutima speco de kamp-efika transistoro, la MOSKED (metal-oksid-semikonduktaĵa kamp-efika transistoro) povas ankaŭ esti regardata kiel du malantaŭ-al-malantaŭ-aj diodoj kiuj apartigas la fontan terminalon de la drenila terminalo. La volumenaĵo intera kovriĝas de ekstrme maldika izola tavolo kiu portas la pordan elektrodon. Kiam tensio aplikiĝas inter la pordo kaj la fonton, elektran kampo kreiĝas en tiu volumenaĵo, kiu kaŭzas konduktivan kanalon formi inter lal fonto kaj la dernilo kaj kiu allasas kurentan fluon transe flui. La kvanto da tiu ĉi fluo povas esti modulata aŭ tute haltita per variado de la porda tensio. Ĉar la pordo estas izola, nenioma DK-a kurento fluas al aŭ de la la porda elektrodo. Tiu ĉi manko de porda kurento (komare al la baza kurento de la DJT), kaj la kapablo de la MOSKET agi kiel ŝaltilo, allasas kreadon de aparte rendimentaj cirkvitoj. De tio, MOSKET-oj jam fariĝas la domina teknologio uzita en komputa ekipaĵo tiel kiel mikroprocesoro kaj stora aparato tiel kiel RAMO.

La plej ofta formo de MOSKET-a transistoro uzata hodiaŭ estas la KMOS-o (komplementa metal-oksid-semikonduktaĵo), kiu estas la bazo de preskaŭ ĉiuj integritaj cirkvitoj produktitaj.

[redaktu] Avantaĵoj de Transisitoroj Super Vakutuboj

Antaŭ la transistoro, la termjona valvo aŭ vakutubo estis la ĉefa komponanto de amplifilo. Gravaj avantaĝoj, kiuj allasis transistorojn anstataŭi iliajn valvajn antaŭulojn en preskaŭ ĉiuj aplikaĵoj, estas:

plia malgrandeco
pli simpla manufakturado, kaj de tio
pli malalta kosto
pli malalta operacia tensio
manko de hejtita filamento, kaj de tio
pli malalta pova disipado
plia fidindeco, kaj
plia daŭrivo.

Termjonaj valvoj estas ankoraŭ uzata ĉe tre alt-povaj aplikaĵoj tiel kiel signala amplifado por radiofona dissendado. Iuj sonaj amplifiloj ankaŭ uzas ilin, iliaj entuziasmuloj asertas ke la sono estas pli bona. Aparte, iuj argumentas ke la pli granda nombro da elektronoj en vakutubo pli bone kondutas kun pli granda statistika akurateco. Aliaj detektas distingan "varmecon" en la sono. La "varmeco" estas fakte distordo kaŭzita de la vakutuboj, sed aŭdamantoj trovas certan kvanton da "nebuleco" plaĉa.

La "dua generacio" de komputiloj tra la 1950-oj kaj 1960-oj elstarigis tabulojn plenaj kun individuaj transistoroj. Sekve, transistoroj, aliaj komponantoj, kaj la necesaj konduktiloj estis integritaj en unuopaj, amas-produktitaj komponantoj en integritaj cirkvitoj. Ĉe moderna cifera eletroniko, unuopaj transistoroj estas maloftaj, kvankam ili restas kutimaj en povaj kaj analogaj aplikaĵoj.

[redaktu] Historio

Ĉiuj transistoroj dependas de semikonduktaĵoj. Do, la historio de transistoroj komencas kun la fruaj uzoj de semikonduktaĵoj.

[redaktu] 1900-oj

Semikonduktaĵoj estis uzita en elektoniko dum kelka tempo antaŭ la inventado de la transistoro. Ĉirkaŭ la ŝanĝo de la 20-a jarcento, ili estis tre kutimaj kiel detektoroj en radiofonoj, uzite en aparto nomita "Kata Vangharo". Tiuj ĉi detektoroj estis iel ĝenaj, tamen, postulante de la funkciiganto movi malgrandan volframan filamenton (la vangharon) ĉirkau la surfaco de la kristalo ĝis ĝi subite komencis funkcii. Tiam, dum periodo de kelkaj horoj aŭ tagoj, la kristalo malrapide malfunkciiĝis kaj la proceso devis esti refarita. Je tiu tempo, ilia funkcio estis tute mistera. Post la enkonduko de radiofonoj bazitaj sur vakutuboj kiuj estis pli fidindaj kaj amplifitaj, la katvanghara sistemo rapide malaperis.

[redaktu] Dua mondmilito

Dum la Dua mondmilito radara esplorado rapide puŝis la frekvencojn de la radaraj radioriceviloj en regionon kie tradiciaj tub-bazitaj riceviloj ne plu funkciis bone. Kaprice, Russell Ohl de Bell Laboratories decidis provi katvangharon. Post elĉasado en vendejo de uzitaj radioriceviloj en Manhattan, li trovis ke ĝi funkciis multe pli bone ol tub-bazitaj sistmoj.

Li tiam komencis peni ekkompreni kial ili estis tiel "strangaj". Li elspezis plejparton da 1939 provante kreskigi pli puraj kristaloj. Li baldaŭ eltrovis ke kun pli alte kvalitaj kristaloj, la "strangeco" foriris -- sed ilia kapableco funkcii kiel radiofona detektoro ankaŭ foriris. Je unu tago, li trovis ke unu el liaj plej puraj kristaloj, tamen, funkciis bone, kaj interese ĝi havis klare videblan fendon proksime al la mezo. Kvankam, dum li movis tra la ĉambro penante testi ĝin, la detektoro foje mistere funkciis kaj foje malfunckiis. Post studado, li trovis ke la konduto estis regata de lumo en la ĉambro, ju pli lumo des pli konduktanco. Li invitis kelkaj aliaj homoj vidi ĝin, kaj Brattain tuj ekkomprenis ke estis ia junto ĉe la fendo.

Pluaj esploroj klarigis la restanta mistro. La kristalo fendis ĉar ĉiu flanko entenis tre ete malsamaj kvantoj de malpuraĵo kiu Ohl ne povis forigi - proksimume 0,2%. Unu flanko de la kristalo entenis malpuraĵojn kiuj aldonis ekstrajn elektronojn kaj faris ĝin konduktanto. La alia flanko havis malpuraĵojn kiuj tendencis kunligi tiujn ĉi eletronojn, farante el ĝi izolaĵon. Kiam la du lokiĝis kun flank-al-flake , la elektronoj povis puŝiĝi el la flanko kun la ekstraj elektronoj (baldaŭ nomota elsendilo) kaj esti anstatauita de novaj elektronoj proviziita (eble de baterio) kie ili fluis en la izolaĵan parton kaj kolektiĝis per la filamento (la kolektilo). Tamen kiam la tensio inversiĝis, la elektonoj puŝataj en la kolektilo rapide plenigis la "truojn" kaj konduktado tuj ĉesis. Tiu ĉi junto de la du kristaloj (aŭ partoj de unu kristalso) kreis solid-statan diodon, kaj la koncepto baldaŭ sciiĝis kiel semikonduktado.

[redaktu] Disvolvado

Arme kun scio pri la funkciado de tiuj ĉi novaj diodoj, urĝa peno komencis por lerni fabriki ilin je postulo. Teamoj ĉe Purdue University, Bell Labs, MIT, kaj University of Chicago kuniĝis fari pli bonajn kristalojn. Interne de jaro, germanio germania produktado perfektiĝis ĝis punkto kie milit-gradaj diodoj utiliĝis en plej multaj radaraj aparatoj. La ŝlosilo por disvolvado de transistoro estis plua komprenado de la proceso de elektrona movebleco en semikonduktaĵo. Ekkompreniĝis ke se estis maniero regi la fluon de elektronoj de la elsendilo al la konektilo, oni povas fari amplifilon. Ekzemple, se oni metis kontaktiloj ĉe ambau flankoj de unuopa speco de kristalo, la kurento ne fluus tra ĝi. Tamen, se tria kontaktilo povus "injekti" elektronojn aŭ truojn en la materialon, kurento povus flui.

Efektiva farado de tio ĉi ŝajnis esti tre malfacila. Se la kristalo havus iun ajn bonsencan grandecon, la kvanto da elektronoj (aŭ truoj) proviziita devus esti tre granda -- kiu farus ĝin malpli utila kiel amplifilo ĉar ĝi postulus grandan kurenton komence. Tio dirite, la tuta ideo de kristala diodo estis ke la kristalo mem povis provizii eletronojn trans tre malgranda distanco. La ŝlosilo ŝajnis esti meti kaj la enmetan kaj la elmetan kontaktojn tre proksima kunen sur la surfaco de la kristalo.

Brattain komencis laboradon konstrui tian aparaton, kaj tantaligaj alludoj kontinuis aperi dum la teamo prilaboris la problemon. Unu tagon, la sistemo fukciis, la neksta ĝi ne funkciis. Je unu instanco, ne-funkcia sistemo ekfunkciis kiam metita en akvo. La duopo, Brattain kaj Ohl, fine disvolvis novan fakon sub kvantuma mekaniko sciitan kiel surfacan fizikonpor ekspliki la konduton.

Escence la elektronoj en iu peco de kristalo migrus pro apudaj ŝargoj. Elektonoj en elsendiloj aŭ "truoj" en la kolektiloj grapolus sur la surfaco de la kristalo kie ili povus trovi siajn malajn ŝargojn ŝvebantan en la aero (aŭ akvo). Tamen, ili povus esti pelita for de la surfaco de malgranda kvanto de ŝargoj aplikita al alia loko. Anstataŭ bezonado de granda provizio de elektronoj, tre malgranda nombro en la ĝusta loko trafus.

Ilia kompreno solvis la problemon de bezonado de tre malgranda rega areo al certa grado. Anstatŭ bezoni du apartajn semikonduktantojn konektita de kuna, sed eta regiono, unuopa pli granda surfaco sufiĉus. La elsendilo kaj kolektilo estus ambaŭ metitaj tre proksime sur unu flanko, kun la rega drato sur la alia. Kiam kurento aplikiĝis al la rega drato, elektronoj aŭ truoj elpelus, tute trans la bloko de semikonduktaĵo, kaj kolektiĝus sur la fora surfaco. Tiel longe kiel la elsendilo kaj la kolektilo estus tre proksima kune, tio ĉi allasu sufiĉajn elektronojn aŭ truojn inter ilin por allasi konduktadon komenci.

[redaktu] Unua Transistoro

La unua transistoro bezonis ioman tempon por konstrui. Ili faris multajn provojn konstrui tian sistemon kun variaj iloj, sed ĝenerale malsukcesis. Muntaĵoj kie la kontaktiloj estis sufiĉe proksimaj estis nevarie tiel rompiĝema kiel estis la originalaj katvangharaj detektoroj. Fine ili havis praktikan trarompon. Peco de oro ora folio estis gluita al la rando de plasta kojno, kaj tiam la folio estis tranĉita kun razilo ĉe la pinto de triangulo. La rezulto estis du tre proksime interspacigitaj kontaktiloj de oro. Kiam la plasto estis puŝita malsupren al la surfacon de la kristalo kaj tensio aplikita al al alia flanko (sur la bazo de la kristalo), kurento ekfulis de unu kontaktilo al la alia dum la baza tensio pelis la elektronoj for de la bazo al la alia flanko malproksime de la kontaktiloj. La punkt-kontakta transistoro estis inventita, primativan vario de la DJT.

Tia sistemo ne multe praktike utilis. Ĝi ne estis pli bona ol la malnovaj katvangkaroj. Baldaŭ pli novaj metodoj kaj kompreno allasis multe pli fortikajn versiojn. Ene de kelkaj jaroj, transistor-bazitaj produktoj, plej notinde radiofonoj, aperiĝis sur la merkato.

[redaktu] Origino de la Nomo

En vakutubo (Brita: valvo), ŝanĝoj de la plata kurento estas proporcia al ŝanĝoj de krada tensio, al unua aproksimaĵo. La rejŝo (kruento/tensio) havas dimensiojn de kondutanco. Ĉar la kurento kaj tensio ne mezuriĝas ĉe la samaj terminaloj, ĝi aludiĝas kiel "transkonduktanco" anstataŭ "konduktanco", kaj estas grava taks-nombro por vakutubo. Se vakutuboj nomiĝis por siaj funkcio anstataŭ siaj strukturoj, ili eble nomiĝis "transkonduktoroj".

John R. Pierce fabrikis la nomo "transistoro" en 1949. Oni originale pensis ke la transistoro povus esti konsiderita kiel elektronika dualo de vakutubo. La eco ekvivalenta al transkonduktanco estus "transresistanco" kaj la aparato estus "transresistoro" aŭ mallonge "transistoro". Okazis ke la transistoro ne estas sufiĉe proksima al vakutuba dualo por ke la koncepto iom utilu kvante, kaj la koncepto "transresistanco" nur dauras en la nomo "transistoro".

[redaktu] Fruaj Konsumantaj kaj Hobiaj Aplikaĵoj

La transistora radiofono estis la unua ĉef-flua aplikaĵo de transistoro. Eĉ antau la 1940-oj, ordinaraj konsumantaj radiofonoj estis iom kompleksaj elektronikaĵoj, uzante kelkaj vakutubojn kaj bazitaj sur la brile inĝenia superheterodina teknologio de Armstrong. Por plenigi konsumantajn anticipojn, estis necese ke transistoraj radiofonoj uzu similajn cirkvitojn. Ne estis facile dum la fruaj tagoj fidinde funkciigi transistorojn kiel amplifilojn kaj oscililojn en la radiofonfrekvenca (RF-a) amplekso -- eĉ la 540 - 1700 kHz amplitudmodula (AM-a) dissenda bendo. Malgrandigitaj versioj de multaj komponantoj tiel kiel mez-frekvenca (MF-a, angle IF) transformilo kaj multopigitaj agordaj kondensiloj ne estis havebla.

La unua signifa konsumanta aplikaĵo de transistoroj estis la fonoforo, kiu bezonis nur sonfrekvenca amplifado, kaj reprezntis merkaton kie malgrandigo estis grava kaj malalta prezo ne estis posulto. Raytheon, kiu jam disvolvis malgrandizitajn kaj fortikizitajn vakutubojn por la militistaro, enkondukis la unuan transistorizitan fonoforon.

Raytheon ankaŭ enkondukis la la unua transistoro, la CK722, kiu estis larĝe havebla tra ĉiutagaj komercaj kanaloj. Elektronikaj hobiistoj de la 1950-oj favorkore pensas pri la CK722, esence la sola transistoro havebla dum preskaŭ jardeko, kaj sennombraj hejmfaritaj projektoj dezajniĝis ĉirkaŭ ĝi. La CK722-oj haveblaj al hobiistoj estis esence tiuj kiuj malsukcesis kvalitan kontrolon por pli postulaj aplikaĵoj. Bazita sur germanio, kun malalta amplifado kaj alta elsendil-al-kolektila likaĵo, kaj kun alta variado de ero al ero, dezajnado de praktikaj cirkvitoj kun tiuj ĉi komponantoj estis tre defia.

[redaktu] Malgrandigo

La unua KMOS-a transistora cirkito estis enkondukita de RCA dum 1963.

Plua nivelo de malgrandigo poste fariĝis ebla kun la inventado de la integrita cirkvito, kiu inkludis multajn transistorojn sur unu floko de silico, kaj kondukis al nova geracio de aparatoj tiel kiel poŝkalkuliloj kaj ciferecaj horloĝoj.