وبلاگ حرفه و فن
حرفه و فن
ترانزیستور معمولاً آن را به عنوان یکی از قطعات الکترونیک میشناسند. ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم (سیلیکان) ساخته میشود. ترانزیستور از 3 پایه تشکیل شده بیس ، امیتر ، کلکتور نام گذاری می شود کاربرد ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در آنالوگ میتوان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد. کاربرد ترانزیستور در الکترونیک دیجیتال شامل مواردی مانند پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ... میشود.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است. انواع دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثزمیدان یا FETها نیز خود به دو دسته ی ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و MOSFETها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم میشوند. ترانزیستور چگونه کار می کند؟ سوئیچ همان کلید است مثل کلید چراغ خواب اتاقتان . دارای دو حالت روشن و خاموش است با قرار دادن کلید در حالت روشن چراغ اتاقتان روشن می شود و با قراردادن کلید در حالت خاموش چراغ خاموش می شود . بله به همین سادگی ! کاربرد ترانزیستور هم به عنوان سوئیچ به همن صورت است. اما کاربرد تقویت کنندگی آن را می توان بدین صورت توضیح داد : ترانزیستور از عناصری به نام نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شود نیمه هادی ها جریان الکتریسیته را نسبتا خوب( – اما نه به اندازه ای خوب که رسانا خوانده شوند مانند مس و آلومنیوم و تقریبا بد اما نه به اندازه ای که عایق نامگذاری شوند مانند شیشه) هدایت می کنند به همین دلیل به آنها نیمه هادی می گویند. عمل جادویی که ترانزیستور می تواند انجام دهد اینست که می تواند مقدار هادی بودن خود را تغییر دهد . هنگامی که لازم است یک هادی باشد می تواند هدایت خوبی دشته باشد و هنگامی که لازم است تا به عنوان عایق عمل کند جریان بسیار کمی را از خود عبور می دهد که می توان آن را ناچیز شمرد. نیمه هادی ها در مقابل الکتریسیته عملکرد جالبی دارند یک قطعه از یک عنصر نیمه هادی را بین دو قطع از یک عنصر نیمه هادی دیگر قرار دهید.جریان کم قطعه وسطی قادر است که جریان دو قطعه ی دیگر را کنترل کند. جریان کمی که از قطعه ی وسطی می گذرد برای مثال می تواند یک موج رادیوئی یا جریان خروجی از یک ترانزیستور دیگر باشد . حتی اگر جریان ورودی بسیار ضعیف هم باشد( مثلا یک سیگنال رادیوئی که مسافت زیادی را طی کرده و از رمق افتاده است!) ترانزیستور می تواند جریان قوی مدار دیگری را که به آن وصل است کنترل کند. به زبان ساده ترانزیستور رفتار جریان خروجی از روی رفتار جریان ورودی تقلید می کند.نتیجه می تواند یک سیگنال تقوت شده و پرتوان رادیوئی باشد. اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک پیوند PN می شود و چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید. موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.
همانطور که در مطلب قبل (اولین ترانزیستورها) اشاره کردیم ترانزيستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند. در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می کنید. که از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادی های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole) آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن کمبود الکترون وجود دارد. به همین دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار سازی - را نداشتند. معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و آنرا به حد یک نقطه می رسانند. محصولات الکترونیک؛ هر روز کوچکتر از دیروز پژوهشگران ابعاد ترانزیستور و حافظه فلش را تا هزار برابر کاهش دادهاند. آیا عمر قانون مور به پایان رسیده است؟ دانشمندان موفق به ابداع ترانزیستورها و حافظههای فلشی بسیار کوچکتر از نمونههای کنونی شدهاند. هر یک از این دستاوردها میتواند به تحولی در ابعاد پردازشگرها و حافظههای فلش منجر شود. بیش از 40 سال است که با آهنگ قابل توجهی بر قدرت پردازشگرهای رایانهای افزوده و در عین حال از ابعاد آنها کاسته میشود. خیلی سخت میتوان نقطه پایانی برای این روند قائل شد، چه آنکه مهندسان هر از چندگاهی نقطهای را برای بهبود این وسایل الکترونیکی تعیین میکنند و هر روز خود را به آن نقاط نزدیکتر میکنند. با این حال مدتی است که این روند توسعه دچار رخوت شده است. در هفته اخیر، شکلهای جدید و پیشرفتهتری از ترانزیستورها و حافظهها رونمایی شد که کارشناسان انتظار دارند توسعه و بهبود این محصولات را از کندی و رکود موجود رها کند. گروهی از محققان آمریکایی توانستهاند ترانزیستورهایی را در ابعاد 1000 برابر کوچکتر از نمونههای امروزی بسازند؛ و گروهی دیگر موفق شدهاند نمونهای از حافظه فلش را که قادر به ذخیره تمام کتابهای کتابخانه کنگره آمریکا در تنها 10 سانتیمتر است، معرفی کردهاند. سالها پیش، یکی از مدیران اینتل بهنام مور پیشبینی کرده بود که هر هجده ماه یکبار، ابعاد ریزتراشهها به نصف، کاهش و سرعت پردازش آنها دو برابر میشود. این پیشبینی که به قانون مور معروف شده است، سالها است به هدف اصلی تولیدکنندگان سختافزارهای الکترونیکی تبدیل شده و آنها درتلاشند محصولات جدید خود را بر اساس زمانبندی قانون مور به بازار عرضه کنند. اما از قرار معلوم، این بار پیشرفت دانشمندان حد قانون مور را هم شکسته است. اثر دومینو آنها دریافتهاند که میتوان با کاهش استحکام یک صفحه مشخص در قرص سیلیکون یا یاقوت کبود، بلور بسیار منظمی را به طور دقیق و حسابشدهای ناپایدار کرد. برای ناپایدار شدن و بازچینش اتمها، بلور تا حدود 1400 درجه سانتیگراد حرارت دریافت میکند و فرورفتگیهایی در امتداد قرص به صورت دندان ارهای پدید میآید. این الگو سپس در پلیمرهای شفرد بهکار برده میشود و به طور مرتب در مقیاس نانو تکرار میشود تا پوششی برای پدید آوردن آرایهای از آهنرباهای نیکلی بسازد. هر یک از این آهنرباها میتوانند یک بیت دیجیتال، یعنی صفر یا یک را در جهت مغناطیسی شمالی-جنوبی ذخیره کنند. دادههای متراکم به گفته او، صنایع اکنون روی نیم ترابیت در اینچ مربع کار میکنند و درتلاشند که این ظرفیت را طی چند سال آینده به 10 ترابیت برسانند. سباستین لوکومندس که در دانشگاه بوردز فرانسه روی نانوفناوریهای خود-سازنده تحقیق میکند، میگوید: «این کار به عقیده من، امکان پدید آمدن جهشی بزرگ را در وسایل ذخیرهسازی پرظرفیت نشان میدهد.» ترانزیستورهای کوچک کوچکترین اجزا در ترانزیستورهای سیلیکونی فعلی 45 نانومتر طول دارند؛ ولی آنچه جرمی لوی و همکارانش در دانشگاه پیتسبورگ ساختهاند، دارای اجزایی با ابعاد تنها 2 نانومتر است. این بدان معنی است که تعداد بسیار بیشتری از ترانزیستورها را میتوان در همان ابعاد ترانزیستورهای فعلی جای داد. این گروه با توجه به برچسب:, :: :: نويسنده : قاسمی
نويسندگان |