Як працюють транзистори

Транзистори є мініатюрними електронні перемикачі. З них, як з цеглинок, будується процесор – мозок комп’ютера.

Як і звичайний електричний вимикач, транзистор може знаходитися в двох станах – включено і вимкнене. Таке двійкове поведінка транзистора використовується при обробці інформації в комп’ютері.

Єдиний вид інформації, який розуміють комп’ютери – це електричні сигнали, що мають два стани – включено і вимкнене. Щоб зрозуміти, як застосовуються транзистори, треба знати основні принципи роботи логічних електронних схем.
Логічні електронні схеми складаються з декількох елементів. Один з цих елементів – це електричний ланцюг, по якій протікає струм. Другий елемент – електронний ключ, пристрій, який відкриває і закриває шлях протікання електричного струму, замикаючи або розмикаючи ланцюг.

Транзистори не мають рухомих частин і перемикаються з вимкненого стану у включене і назад за допомогою електричних сигналів. Включення і виключення транзисторів лежить в основі роботи процесорів.

Як транзистор обробляє інформацію

Пристрій, що має, подібно транзистору, два стани, може бути названо двійковим. Включене стан транзистора можна позначити одиницею, а вимкнене – нулем. Послідовностями і наборами нулів і одиниць, що виробляються безліччю транзисторів, можна представляти букви, числа, кольору і графічні об’єкти. Такий принцип називається двійковим поданням.

Кожен символ алфавіту має свій двійковий еквівалент. Внизу написано ім’я JOHN і його еквівалент в двійковому вигляді. У двійковому вигляді, використовуючи перемикаючі властивості транзисторів, можна представляти і складніші об’єкти – графіку, звукову та відеоінформацію.
Нижче наведена таблиця двійкових еквівалентів , містить двійкові подання всіх букв англійського алфавіту.

Багато матеріалів, в тому числі всі метали, проводять електричний струм. Матеріали, що не проводять електричний струм, називаються діелектриками. Чистий кремній, що є основним матеріалом більшості транзисторів, називають напівпровідником, оскільки його провідністю можна управляти шляхом введення домішок.

Анатомія транзистора

Додавання певних видів домішок до кремнію, з якого виготовляють транзистори, змінює його кристалічну структуру і збільшує його здатність проводити електричний струм. Кремній з домішкою бору називається кремнієм p-типу (від positive – позитивний), оскільки в його кристалічній решітці не вистачає електронів. Кремній з домішкою фосфору містить надлишок вільних електронів і називається кремнієм n-типу.

Стан транзистора

Транзистор має три електроди: витік, стік і затвор.

У транзисторі n-типу витік і стік заряджені негативно і знаходяться над позитивно зарядженої областю в підкладці з кремнію p-типу.

При додатку до затвору позитивного напруги електрони p-кремнію втягуються в область під затвором, утворюючи збагачений електронами канал між витоком і стоком.

Якщо прикласти до затвора позитивне напруга, ці електрони починають рухатися від витоку до стоку. При цьому транзистор проводить струм – знаходиться у включеному стані.

Якщо напругу з затвора знімається, електрони перестають втягуватися в область між витоком і стоком, проводить канал руйнується і транзистор перестає пропускати струм – вимикається.

Вплив

Мікропроцесори, які використовують перемикаючі властивості транзисторів, можуть вирішувати найрізноманітніші завдання – від простої обробки текстів до редагування відеоматеріалів. Сучасні процесори здатні виконувати сотні мільйонів операцій в секунду на одному кристалі.
Процесори застосовуються скрізь – в автомобілях, медичних приладах, телевізорах, комп’ютерах і космічних кораблях. В їх основі завжди лежить обробка двійкової інформації за допомогою транзисторів.