الترانزستور ، جهاز أشباه الموصلات لتضخيم الإشارات الكهربائية والتحكم فيها وتوليدها. الترانزستورات هي المكونات النشطة لـ دوائر متكاملة ، أو الرقائق الدقيقة ، التي تحتوي غالبًا على مليارات من هذه الأجهزة الصغيرة المحفورة في أسطحها اللامعة. أصبحت الترانزستورات جزءًا لا يتجزأ من كل شيء إلكتروني تقريبًا ، وهي الخلايا العصبية لعصر المعلومات.
يوجد عادةً ثلاثة أسلاك توصيل كهربائية في الترانزستور ، تسمى الباعث ، والمجمع ، والقاعدة - أو في تطبيقات التحويل الحديثة ، المصدر ، والصرف ، والبوابة. تؤثر الإشارة الكهربائية المطبقة على القاعدة (أو البوابة) على قدرة مادة أشباه الموصلات على التوصيل التيار الكهربائي ، الذي يتدفق بين الباعث (أو المصدر) والمجمع (أو الصرف) في معظم التطبيقات. مصدر جهد مثل a البطارية يقود التيار ، في حين أن معدل تدفق التيار عبر الترانزستور في أي لحظة معينة تحكمه إشارة دخل عند البوابة - مثلما يتم استخدام صمام الصنبور لتنظيم تدفق المياه عبر خرطوم الحديقة.
ترانزستور NMOS تستخدم أشباه الموصلات ذات القناة المعدنية بأكسيد المعادن (NMOS) جهدًا ثانويًا موجبًا لتبديل طبقة ضحلة من ص - نوع مادة أشباه الموصلات أسفل البوابة إلى ن -يكتب. بالنسبة لأشباه موصلات أكسيد المعادن ذات القناة الموجبة (PMOS) ، يتم عكس كل هذه الأقطاب. ترانزستورات NMOS أغلى ثمناً ، لكنها أسرع من ترانزستورات PMOS. Encyclopædia Britannica، Inc.
كانت التطبيقات التجارية الأولى للترانزستورات من أجل مساعدات للسمع وراديو الجيب خلال الخمسينيات. مع صغر حجمها وقوتها المنخفضة استهلاك ، كانت الترانزستورات بدائل مرغوبة للأنابيب المفرغة (المعروفة باسم الصمامات في بريطانيا العظمى) ثم تُستخدم لتضخيم الإشارات الكهربائية الضعيفة وإنتاج أصوات مسموعة. بدأت الترانزستورات أيضًا في استبدال الأنابيب المفرغة في دوائر المذبذب المستخدمة لتوليد إشارات الراديو ، خاصة بعد تطوير الهياكل المتخصصة للتعامل مع الترددات العالية ومستويات الطاقة المعنية. تطبيقات التردد المنخفض والطاقة العالية ، مثل محولات مزود الطاقة التي تقوم بالتحويل التيار المتناوب (AC) إلى تيار مباشر (DC) ، تم ترانزستورها أيضًا. يمكن لبعض ترانزستورات الطاقة الآن التعامل مع التيارات بمئات الأمبيرات عند الإمكانات الكهربائية التي تزيد عن ألف فولت .
متى ولد الفنان الشهير ميشيلانجيلو؟
إلى حد بعيد ، فإن التطبيق الأكثر شيوعًا للترانزستورات اليوم هو رقائق ذاكرة الكمبيوتر - بما في ذلك أجهزة تخزين الوسائط المتعددة ذات الحالة الصلبة لـ العاب الكترونيه والكاميرات ومشغلات MP3 - والمعالجات الدقيقة ، حيث يتم تضمين ملايين المكونات في جهاز واحد دارة متكاملة . هنا الجهد المطبق على إلكترود البوابة ، بشكل عام بضعة فولتات أو أقل ، يحدد ما إذا كان التيار يمكن أن يتدفق من مصدر الترانزستور إلى استنزافه. في هذه الحالة ، يعمل الترانزستور كمفتاح: إذا كان التيار يتدفق ، تكون الدائرة المعنية قيد التشغيل ، وإذا لم يكن الأمر كذلك ، فإنها تكون متوقفة عن التشغيل. هاتان الحالتان المتميزتان ، الاحتمالان الوحيدان في مثل هذه الدائرة ، تتوافقان على التوالي مع القيم الثنائية 1 و 0s المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الرقمية. تحدث تطبيقات مماثلة للترانزستورات في دوائر التحويل المعقدة المستخدمة في جميع أنظمة الاتصالات الحديثة. تبلغ سرعات التحويل المحتملة لهذه الترانزستورات الآن مئات الجيجاهيرتز ، أو أكثر من 100 مليار دورة تشغيل وإيقاف في الثانية.
اخترع الترانزستور في 1947-1948 من قبل ثلاثة فيزيائيين أمريكيين ، جون باردين ، والتر إتش براتين ، وويليام بي شوكلي ، في مختبرات بيل التابعة لشركة الهاتف والتلغراف الأمريكية. أثبت الترانزستور أنه قابل للحياة لبديل إلى أنبوب الإلكترون ، وبحلول أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، حل محل الأخير في العديد من التطبيقات. حجمها صغير ومنخفض الحرارة التوليد والموثوقية العالية والاستهلاك المنخفض للطاقة جعل من الممكن تحقيق اختراق في تصغير الدوائر المعقدة. خلال الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، تم دمج الترانزستورات في دوائر متكاملة ، حيث يتم تشكيل العديد من المكونات (مثل الثنائيات والمقاومات والمكثفات) على شريحة واحدة من مادة أشباه الموصلات.
أنابيب الإلكترون ضخمة وهشة ، وتستهلك كميات كبيرة من الطاقة لتسخين خيوط الكاثود وتوليد تيارات من الإلكترونات ؛ أيضًا ، غالبًا ما تحترق بعد عدة آلاف من الساعات من التشغيل. المفاتيح الكهروميكانيكية ، أو المرحلات ، بطيئة ويمكن أن تعلق في وضع التشغيل أو الإيقاف. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب آلاف الأنابيب أو المفاتيح ، مثل أنظمة الهاتف الوطنية التي تم تطويرها في جميع أنحاء العالم في الأربعينيات من القرن الماضي وأول أجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية ، فإن هذا يعني أن اليقظة المستمرة كانت ضرورية لتقليل الأعطال الحتمية.
متى تم بناء سور الصين العظيم
تم العثور على بديل في أشباه الموصلات ، مواد مثل السيليكون أو الجرمانيوم التي تقع موصليةها الكهربائية في منتصف المسافة بين عوازل مثل زجاج و الموصلات مثل الألمنيوم. يمكن التحكم في الخصائص الموصلة لأشباه الموصلات عن طريق تعاطيها بشوائب مختارة ، وقد رأى عدد قليل من الحالمين إمكانات هذه الأجهزة للاتصالات السلكية واللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، كان التمويل العسكري ل رادار التنمية في الأربعينيات التي فتحت الباب أمام تحقيقها. تتطلب الدوائر الإلكترونية فائقة التغاير المستخدمة في الكشف عن موجات الرادار مقومًا للديود - وهو جهاز يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط - يمكن أن يعمل بنجاح عند ترددات عالية للغاية تزيد عن غيغا هرتز. أنابيب الإلكترون لم تفعل ذلك كفى ، والثنائيات الصلبة القائمة على أشباه الموصلات الموجودة بأكسيد النحاس كانت أيضًا بطيئة جدًا لهذا الغرض.
جاءت المعدلات البلورية القائمة على السيليكون والجرمانيوم للإنقاذ. في هذه الأجهزة أ التنغستن تم غرس السلك في سطح مادة أشباه الموصلات ، والتي كانت مخدرة بكميات ضئيلة من الشوائب ، مثل البورون أو الفوسفور . احتلت ذرات الشوائب مواقع في المواد كريستال الشبكة ، مما يؤدي إلى إزاحة ذرات السيليكون (أو الجرمانيوم) وبالتالي توليد مجموعات صغيرة من ناقلات الشحنة (مثل الإلكترونات) القادرة على توصيل تيار كهربائي قابل للاستخدام. اعتمادًا على طبيعة ناقلات الشحنة والجهد المطبق ، يمكن أن يتدفق التيار من السلك إلى السطح أو العكس ، ولكن ليس في كلا الاتجاهين. وهكذا ، كانت هذه الأجهزة بمثابة المقومات التي تشتد الحاجة إليها والتي تعمل على ترددات جيجاهيرتز المطلوبة لاكتشاف ارتداد إشعاع الميكروويف في أنظمة الرادار العسكرية. في نهاية ال الحرب العالمية الثانية ، تم إنتاج الملايين من المقومات الكريستالية سنويًا من قبل الشركات المصنعة الأمريكية مثل Sylvania و Western Electric.
