Categories: Fets interessants, Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 216769
Comentaris sobre l'article: 3
Transistors: finalitat, dispositiu i principis de funcionament
Vegeu la primera part de l'article aquí: Historial de transistors.
Què significa el nom de "transistor"
El transistor no va rebre immediatament un nom tan conegut. Inicialment, per analogia amb la tècnica de la làmpada, es va anomenar trodi semiconductor. El nom modern consta de dues paraules. La primera paraula és "transferència" (aquí, recordo immediatament "transformador") significa un transmissor, convertidor i transportista. I la segona meitat de la paraula s’assembla a la paraula “resistència”: un detall dels circuits elèctrics, la propietat principal dels quals és la resistència elèctrica.
Aquesta resistència es produeix en la llei d'Ohm i en moltes altres fórmules d'enginyeria elèctrica. Per tant, la paraula "transistor" es pot interpretar com a convertidor de resistència. A l’igual que a la hidràulica, el canvi de cabal de fluids està controlat per una vàlvula. Per a un transistor, una "vàlvula" canvia la quantitat de càrregues elèctriques que creen un corrent elèctric. Aquest canvi no és més que un canvi en la resistència interna d’un dispositiu semiconductor.
Amplificació de senyals elèctrics
L’operació més comuna que es realitza transistorsés amplificació de senyals elèctrics. Però aquesta no és l’expressió correcta, perquè el senyal feble del micròfon continua sent així.
També es requereix amplificació a la ràdio i la televisió: un senyal feble procedent d’una antena de mil·lèsimes watts s’ha d’amplificar fins al punt que aparegui un so o una imatge a la pantalla. I és una potència de diverses desenes, i en alguns casos centenars de vats. Per tant, el procés d’amplificació es redueix a utilitzar potents fonts d’energia rebudes de la font d’energia, per obtenir una poderosa còpia d’un senyal d’entrada feble. Dit d’una altra manera, una entrada de baix consum estimula fluxos d’energia potents.
Amplificació en altres àrees de tecnologia i natura
Es poden trobar exemples no només en circuits elèctrics. Per exemple, quan premeu el pedal de gas, la velocitat del cotxe augmenta. Al mateix temps, no cal pressionar el pedal de gas molt durament - en comparació amb la potència del motor, la potència de prémer el pedal és menyspreable. Per reduir la velocitat, caldrà deixar anar una mica el pedal per debilitar l'efecte d'entrada. En aquesta situació, la gasolina és una font d’energia potent.
El mateix efecte es pot observar en la hidràulica: es gasta molt poc en obrir una vàlvula electromagnètica, per exemple en una màquina-eina. I la pressió d’oli sobre el pistó del mecanisme pot crear una força de diverses tones. Aquesta força es pot ajustar si es proporciona una vàlvula regulable al tub d'oli, com en una aixeta de cuina convencional. Una mica tapat: la pressió va caure i la pressió va caure. Si obríeu més, aleshores s’intensificaria la pressió.
Tampoc és necessari fer esforços especials per girar la vàlvula. En aquest cas, l’estació de bombament de la màquina és una font d’energia externa. I hi ha moltes influències similars en la natura i la tecnologia. Però tot i així, ens interessa més el transistor, per la qual cosa caldrà plantejar-nos més ...
Amplificadors de senyal
En la majoria de circuits d’amplificació, els transistors o tubs d’electrons s’utilitzen com a resistència variable, la resistència dels quals canvia sota la influència d’un senyal d’entrada feble. Aquest "resistor variable" és una part integral del circuit de corrent continu, que rep energia, per exemple, de cèl·lules galvàniques o bateries, de manera que comença a fluir un corrent constant al circuit. El valor inicial d’aquest corrent (encara no hi ha cap senyal d’entrada) s’estableix en configurar el circuit.
Sota la influència del senyal d’entrada, la resistència interna de l’element actiu (transistor o llum) canvia en el temps amb el senyal d’entrada. Per tant, la corrent directa es converteix en corrent altern, creant una potent còpia del senyal d’entrada a la càrrega. La precisió de la còpia depèn de moltes condicions, però en parlarem més endavant.
L’acció del senyal d’entrada és molt similar al pedal de gas esmentat anteriorment o a la vàlvula del sistema hidràulic. Per entendre què és una vàlvula d’entrada en un transistor, heu d’explicar, almenys molt simplificat, però cert i comprensible sobre alguns processos en semiconductors.
Conductivitat i estructura atòmica
Es crea un corrent elèctric a causa del moviment d’electrons al conductor. Per entendre com passa això, hauràs de considerar l’estructura de l’àtom. La consideració, per descomptat, serà la més simplificada possible, fins i tot primitiva, però permetent comprendre l’essència del procés, no cal més que descriure el funcionament dels semiconductors.
El 1913, el físic danès Niels Bohr va proposar un model planetari de l’àtom, que es mostra a la figura 1.
Figura 1. Model d’àtoms planetaris
Segons la seva teoria, un àtom consta d’un nucli que, al seu torn, consta de protons i neutrons. Els protons són portadors d'una càrrega elèctrica positiva i els neutrons són neutres.
Al voltant del nucli, els electrons giren en òrbites la càrrega elèctrica negativa de les quals és. El nombre de protons i electrons en un àtom és el mateix, i la càrrega elèctrica del nucli és equilibrada per la càrrega total d’electrons. En aquest cas, diuen que l’àtom es troba en estat d’equilibri o és elèctricament neutre, és a dir, no porta càrrega positiva ni negativa.
Si un àtom perd un electró, la seva càrrega elèctrica es torna positiva i l’àtom en aquest cas es converteix en un ió positiu. Si un àtom s’uneix a si mateix a un electró estranger, s’anomena ió negatiu.
La figura 2 mostra un fragment de la taula periòdica. Fixem-nos en el rectangle on es troba el silici (Si).
Figura 2. Fragment de la taula periòdica
A la cantonada inferior dreta hi ha una columna de números. Mostren com els electrons es distribueixen per les òrbites de l’àtom, el dígit inferior més proper al nucli de l’òrbita. Si ens fixem bé en la figura 1, podem dir amb seguretat que tenim un àtom de silici amb una distribució d’electrons de 2, 8, 4. La figura 1 és voluminosa, gairebé demostra que les òrbites dels electrons són esfèriques, però per més raonaments podem suposar que estan al mateix pla i tots els electrons corren al llarg de la mateixa pista, tal com es mostra a la figura 3.
Figura 3
Les lletres llatines de la figura indiquen la petxina. Segons el nombre d’electrons d’un àtom, el seu nombre pot ser diferent, però no més que set: K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 50, P = 72, Q = 98. En cada òrbita, pot sigui un cert nombre d’electrons. Per exemple, a l’última Q n’hi ha 98, menys és possible, no més. En realitat, pel que fa a la nostra història, aquesta distribució es pot ignorar: només ens interessa els electrons situats a l’òrbita exterior.
Per descomptat, de fet, tots els electrons no giren en el mateix pla en absolut: fins i tot 2 electrons que es troben en una òrbita amb el nom K giren en òrbites esfèriques situades molt a prop. I què podem dir d’òrbites amb nivells més alts! Allà passa ... Però per senzillesa de raonar, suposem que tot succeeix en un sol pla, com es mostra a la figura 3.
En aquest cas, fins i tot la gelosia de cristall es pot presentar de forma plana, cosa que facilitarà la comprensió del material, tot i que de fet és molt més complicat. La graella plana es mostra a la figura 4.
Figura 4
Els electrons de la capa exterior s’anomenen valència. Són els que es mostren a la figura (els electrons restants no importen per a la nostra història).Són ells els que participen en la unió d’àtoms en molècules i, en crear diferents substàncies, determinen les seves propietats.
Són ells els que poden separar-se de l’àtom i vagar lliurement, i si hi ha algunes condicions, creen un corrent elèctric. A més, és a les closques exteriors que es produeixen processos que tenen com a resultat transistors - dispositius amplificadors de semiconductors.
Continuació de l'article: Transistors Part 2. Conductors, aïllants i semiconductors.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: