אנו מסבירים מהו טרנזיסטור, מקורו וכיצד הוא פועל. כמו כן, סוגי הטרנזיסטורים והמעגלים המשולבים שלהם.
מהו טרנזיסטור?
זה נקרא טרנזיסטור (מאנגלית:עָבָרfer resystor, "נגד העברה") לסוג של מכשיר אלקטרוני מוליכים למחצה, המסוגל לשנות אות פלט חשמלי בתגובה לאות כניסה, המשמש כמגבר, מתג, מתנד או מיישר שלו.
זהו סוג של מכשיר נפוץ בשימוש במכשירים רבים, כגון שעונים, מנורות, טומוגרפים, טלפונים סלולריים, מכשירי רדיו, טלוויזיות ומעל לכל, כמרכיב של מעגלים משולבים (שבבים או מיקרו-שבבים).
מקורם של טרנזיסטורים בצורך לשלוט בזרימת ה- זרם חשמלי ביישומים שונים, כחלק מהתפתחות התחום של מכשירי חשמל. קודמו הישיר היה מנגנון שהומצא על ידי יוליוס אדגר לילינפלד בקנדה ב-1925, אך רק באמצע המאה ניתן יהיה ליישם אותו באמצעות חומרים מוליכים למחצה (במקום צינורות ואקום).
ההישגים הראשונים בהקשר זה כללו הרחבת כוחו של אות חשמלי על ידי הולכתו דרך שתי תמוכות זהב המופעלות על גביש גרמניום.
שם הטרנזיסטור הוצע על ידי המהנדס האמריקאי ג'ון ר. פירס, מהדגמים הראשונים שתוכננו על ידי מעבדות בל. טרנזיסטור המגע הראשון הופיע בגרמניה ב-1948, בעוד שהטרנזיסטור הראשון בתדר גבוה הומצא ב-1953 בארצות הברית.
אלו היו הצעדים הראשונים לקראת הפיצוץ האלקטרוני של המחצית השנייה של המאה ה-20, שאיפשר, בין הרבה דברים אחרים, את התפתחות מחשבים.
חומרים כמו גרמניום (Ge), סיליקון (Si), גליום ארסניד (GaAs) או סגסוגות של סיליקון וגרמניום או סיליקון ואלומיניום משמשים כיום בבניית טרנזיסטורים. בהתאם לחומר בו נעשה שימוש, המכשיר יוכל לעמוד בכמות מסוימת של מתח חשמלי וא טֶמפֶּרָטוּרָה התנגדות חימום מקסימלית.
איך עובד טרנזיסטור?
טרנזיסטורים פועלים על זרימת זרם, פועלים כמגברים (מקבלים אות חלש ומייצרים אחד חזק) או כמתגים (קולטים אות ומנתקים אותו) של אותו הדבר. זה מתרחש בהתאם לאיזה משלושת העמדות תופס הטרנזיסטור ברגע מסוים, ואילו הם:
- בפעיל. רמת זרם משתנה (זרם פחות או יותר) מותרת לעבור.
- חתך. זה לא נותן לזרם החשמלי לעבור.
- ברוויה. זה מאפשר לכל זרימת הזרם החשמלי לעבור (זרם מקסימלי).
במובן זה, הטרנזיסטור פועל כמו ברז בצינור: אם הוא פתוח לחלוטין, הוא מכניס את כל הזרימה של מים, אם הוא סגור הוא לא נותן לשום דבר לעבור, ובמצבי הביניים שלו הוא נותן פחות או יותר מים לעבור.
כעת, כל טרנזיסטור מורכב משלושה אלמנטים: בסיס, אספן ופולט. הראשון הוא זה שמתווך בין הפולט (שם נכנס זרימת הזרם) לקולט (שם יוצאת זרימת הזרם). והוא עושה זאת, בתורו, מופעל על ידי זרם חשמלי נמוך יותר, שונה מזה שמווסן על ידי הטרנזיסטור.
בדרך זו, אם הבסיס אינו מקבל זרם, הטרנזיסטור ממוקם במצב הניתוק; אם הוא מקבל זרם ביניים, הבסיס יפתח את הזרימה בכמות מסוימת; ואם הבסיס יקבל מספיק זרם, אז הסכר ייפתח במלואו והזרם המאופנן המלא יעבור דרכו.
לפיכך מובן שהטרנזיסטור פועל כדרך לשלוט בכמות של חַשְׁמַל זה קורה ברגע מסוים, ובכך מאפשר בניית קשרים לוגיים של חיבור הדדי.
סוגי טרנזיסטורים
ישנם מספר סוגים של טרנזיסטורים:
- טרנזיסטור מגע נקודתי. נקרא גם "קצה מגע", זהו הסוג העתיק ביותר של טרנזיסטור ופועל על בסיס גרמניום. זו הייתה המצאה מהפכנית, למרות שהייתה קשה לייצור, שבירה ורועשת. היום כבר לא משתמשים בו.
- טרנזיסטור צומת דו קוטבי. מיוצר על גביש של חומר מוליכים למחצה, המזוהם בצורה סלקטיבית ומבוקרת עם אטומים של ארסן או זרחן (תורמים של אלקטרונים), ובכך יוצרים את אזורי הבסיס, הפולט והאספן.
- טרנזיסטור אפקט שדה. במקרה זה, נעשה שימוש בסרגל סיליקון או מוליך למחצה דומה אחר, שבמסופיו נוצרים מסופים אוהםיים, ובכך פועלים במתח חיובי.
- פוטוטרנזיסטורים. הם נקראים כך לטרנזיסטורים הרגישים ל- אוֹר, בספקטרום קרוב לנראה. כך שניתן להפעיל אותם באמצעות גלים אלקטרומגנטיים במרחק.
מעגלים משולבים
מעגלים משולבים ידועים יותר בתור שבבים או מיקרו-שבבים, והם מבנים קטנים של סיליקון או מוליכים למחצה אחרים, באנקפסולציה פלסטי קרמיקה, אותה אנו מוצאים לרוב בפאנלים האלקטרוניים של מכשירים שונים (מחשבים, מחשבונים, טלוויזיות וכו').
מעגלים אלה מורכבים ממספר רב של טרנזיסטורים ומנגדים זעירים המוצבים על סדין, כדי לבצע ביעילות משימות של מניפולציה של אות חשמלי, כגון הַגבָּרָה.