Un transistor és un dispositiu semiconductor. Pot enfortir els senyals electrònics o activar-los i desactivar-los. Ho podeu imaginar com un interruptor de llum. Una petita acció pot controlar un flux d'electricitat molt més gran. Els transistors funcionen com a interruptors i amplificadors. Permeten controlar grans corrents o voltatges amb un senyal molt petit. Aquestes petites peces són a tot arreu. El telèfon i l'ordinador necessiten milers de milions de transistors per funcionar.
Processador | Estimació del nombre de transistors |
|---|---|
Apple A17 | Aproximadament el doble que el Kirin 9000 |
HiSilicon Kirin 9000 | Menys transistors que l'Apple A17 |
Què és un transistor?
definició
Un transistor funciona com una petita porta en electrònica. Ajuda a controlar com es mou l'electricitat en un circuit. Aquest dispositiu pot fer que els senyals siguin més forts o activar-los i desactivar-los. A l'interior, hi ha tres capes fetes de material semiconductor. Aquestes capes són configurat com a PNP o NPNLa capa mitjana és la part de control. Si canvieu l'entrada aquí, canvia el corrent a les altres capes.
Els transistors tenen tres parts principals:
Emissor
Base
Col · leccionista
Un petit voltatge o corrent a la base controla un corrent més gran entre l'emissor i el col·lector. És per això que els transistors són tan importants en electrònica. Els trobeu a gairebé tots els dispositius moderns.
Consell: Pensa en un transistor com un guardià. Un senyal petit li indica si ha de fluir un corrent més gran.
Els transistors poden fer que un senyal sigui més fort. La potència de sortida pot ser molt més gran que la potència d'entrada. És per això que les ràdios, els ordinadors i els telèfons utilitzen transistors.
El transistor utilitza material semiconductor.
Té tres terminals per connectar-se a un circuit.
El dopatge canvia el semiconductor de manera que el transistor funciona correctament.
Paper en els circuits
Els transistors fan moltes funcions en circuits analògics i digitals. Poden enfortir els senyals, commutar corrents i construir portes lògiques. En els circuits analògics, els transistors augmenten els senyals febles. Per exemple, els altaveus utilitzen transistors per fer la música més alta. En els circuits digitals, els transistors funcionen com a interruptors. Activen i desactiven els senyals perquè els ordinadors puguin processar la informació.
Aquí teniu una taula que mostra com funcionen els transistors en diferents tipus de circuits:
Tipus de circuit | Funcions principals dels transistors | Exemples d'aplicacions |
|---|---|---|
Analògica | Amplificació | Amplificadors d'àudio, transmissors de radiofreqüència |
Filtració | Circuits de filtratge de senyals | |
modulació | Transmissió AM/FM | |
Digital | Portes lògiques | Portes I, O, NO |
Canvi | Controladors de motors, microprocessadors |
Els transistors van canviar l'electrònica de manera important. Abans, la gent feia servir vàlvules de buit. Aquestes vàlvules eren grans i utilitzaven molta energia. Quan Bell Labs va inventar el transistor el 1947, els circuits es van fer més petits i funcionaven millor. Ara, els circuits integrats tenen molts transistors junts. Això va fer possibles els ordinadors, els telèfons intel·ligents i els viatges espacials.
Nota: El mòdul lunar de l'Apollo 11 tenia circuits integrats amb transistors. Això va ajudar els astronautes a aterrar a la Lluna amb seguretat.
Els transistors ajuden a fer que els dispositius siguin ràpids, petits i consumeixin menys energia. Els fas servir quan fas servir una calculadora, escoltes música o envies un missatge de text.
Com funcionen els transistors
Funció de commutació
Els transistors són dins de moltes coses que utilitzem cada dia. No els veiem, però hi són. Actuen com a petits interruptors als nostres dispositius. Quan premem un botó del telèfon, els transistors ajuden a encendre o apagar les coses. Imagineu-vos un transistor com una aixeta. Si obriu l'aixeta, l'aigua flueix. Si la tanqueu, l'aigua s'atura. En electrònica, els transistors controlen com es mou el corrent, igual que una aixeta controla l'aigua.
Els transistors funcionen com a interruptors de dues maneres principals. Una manera s'anomena mode de tall. En aquest mode, el transistor és com un interruptor obert. No es mou cap corrent entre el col·lector i l'emissor. L'altra manera s'anomena mode de saturació. Aquí, el transistor és com un interruptor tancat. La major part del corrent flueix a través d'ell. Aquesta acció d'encesa i apagada permet controlar els senyals elèctrics en els circuits.
Consell: Els transistors poden commutar molt ràpidament i gairebé no fan soroll. És per això que els nous aparells electrònics els utilitzen en lloc dels interruptors antics.
Aquí teniu alguns llocs reals on els transistors actuen com a interruptors:
Els processadors dels ordinadors els utilitzen per canviar molt ràpidament.
Ajuden a controlar els relés en cotxes i electrodomèstics.
Els interruptors de transistor són petits, lleugers i barats, per la qual cosa es troben a gairebé tots els dispositius.
Si envieu un petit voltatge a la base d'un NPN transistor, s'encén. Aleshores, el corrent pot fluir. Si elimines el voltatge, el transistor s'apaga. Això et permet controlar corrents grans amb senyals petits.
Funció d'amplificador
Els transistors també poden fer que els senyals febles siguin més forts. Els feu servir com a amplificadors. Per exemple, quan reproduïu música, els transistors augmenten el so perquè el pugueu sentir. En una ràdio, els transistors fan que el senyal de l'antena sigui prou fort perquè el pugueu escoltar.
Un petit senyal entra a la base o porta del transistor. Aquest petit senyal controla un corrent més gran des del col·lector fins a l'emissor. El senyal de sortida esdevé prou fort per a altaveus o auriculars. Això es veu als pedals de guitarra. Un sol transistor fa que la guitarra feble soni més fort.
Nota: Un transistor necessita el voltatge adequat per funcionar com a amplificador. Això s'anomena polarització. La part base-emissor ha de tenir entre 0.6 V i 0.7 V per als transistors de silici. El voltatge col·lector-emissor ha de ser prou alt perquè el senyal pugi i baixi.
Aquí teniu una taula que mostra el rang de guany per a un amplificador d'emissor comú:
Tipus de guany | Guany Mínim | Guanyament màxim |
|---|---|---|
Ampli amplificador comú | -5.32 | -218 |
Els transistors es troben en equips d'àudio, on augmenten el volum dels senyals del micròfon sense afegir soroll. També ajuden amb els controls de to, permetent canviar els greus, els mitjans i els aguts.
Control actual
Els transistors t'ajuden a controlar la quantitat de corrent que es mou en un circuit. Els fas servir per gestionar el corrent entre les diferents parts d'un dispositiu. Cada transistor té tres terminals. Per a un BJT, aquests són emissor, base i col·lector. Per a un FET, són font, porta i dren.
Així és com els transistors controlen el corrent i el voltatge:
Envieu un petit corrent a la base d'un BJT o un voltatge a la porta d'un FET.
Aquesta petita entrada controla un corrent molt més gran del col·lector a l'emissor o del drenador a la font.
Podeu activar o desactivar el transistor canviant l'entrada, igual que si obriu una aixeta per controlar l'aigua.
Consell: La relació entre el corrent de base i el corrent de col·lector en un BJT és important. Un corrent de base petit pot controlar un corrent de col·lector molt més gran. Això s'anomena amplificació i mostra com els transistors controlen els senyals.
Els transistors utilitzen material semiconductor per funcionar. Els semiconductors permeten controlar molt bé el voltatge i el corrent. Això es veu en ordinadors, telèfons i fins i tot en eines espacials.
Quan s'utilitzen transistors, es pot controlar el voltatge i el corrent de moltes maneres. Es poden canviar senyals, augmentar-los o gestionar l'energia en un circuit. Això fa que els transistors siguin les parts principals de l'electrònica moderna.
peces de transistors
Components clau
Cada transistor té tres parts principalsCada part fa alguna cosa important. Aquestes parts treballen conjuntament per moure l'electricitat en els dispositius.
Component | Descripció |
|---|---|
Emissor | Envia electrons, té molt de dopatge, fet de coure o alumini. |
Base | Controla el flux, té poc dopatge, permet que els electrons es moguin de l'emissor al col·lector. |
Col · leccionista | Recull electrons, més grans que l'emissor i la base, té cert dopatge, fet de silici o alumini. |
L'emissor emet electrons o forats. La base és prima i controla el flux. Només uns quants portadors de càrrega poden passar a través de la base. El col·lector rep electrons o forats de l'emissor. La mida i el material de cada part canvien el funcionament del transistor. Quan s'utilitza un transistor com a interruptor, la base decideix si el corrent es mou de l'emissor al col·lector. Com a amplificador, un petit senyal a la base crea un senyal més gran al col·lector.
Consell: La manera com configureu aquestes peces i de què estan fetes decideix si el transistor funciona com a interruptor o amplificador.
Material semiconductor
Els transistors utilitzen materials especials anomenats semiconductors. Aquests materials ajuden a controlar l'electricitat. El silici és el semiconductor més comú. Trobeu silici a gairebé tots els dispositius electrònics perquè és barat i funciona bé.
Aquests són alguns materials utilitzats per als transistors:
El germani es va utilitzar per primera vegada en semiconductors.
El silici es va popularitzar a la dècada del 1950 perquè és fàcil de trobar i funciona millor.
L'arseniur de gal·li s'utilitza per a l'electrònica ràpida, però és difícil de fabricar.
El silici és bo perquè suporta la calor i és fàcil d'aconseguir. El germani va ajudar els primers transistors, però es fon fàcilment i no és estable. L'arseniur de gal·li és millor per a circuits molt ràpids, com els dels satèl·lits o les torres de telefonia mòbil.
El material que trieu canvia la rapidesa i el bon funcionament del transistor. Els materials amb alta mobilitat permeten que la càrrega es mogui ràpidament, de manera que els dispositius funcionen més ràpid. Alguns materials nous, com els semiconductors magnètics, fins i tot poden emmagatzemar memòria dins del transistor.
Nota: El tipus de semiconductor que trieu pot fer que els dispositius siguin més ràpids, més petits i més resistents.
Tipus de transistors
Els transistors tenen diferents formes i tipus. La majoria d'electrònica utilitzen dos tipus principals. Cada tipus fa una funció especial. Aprendre sobre ells t'ajuda a saber com funcionen els dispositius.
BJT
Un tipus principal és el transistor d'unió bipolarLa gent l'anomena BJT per abreujar. Aquest transistor utilitza electrons i forats per moure el corrent. El controles enviant un petit corrent a la base. Els BJT són bons per fer que els senyals febles siguin més forts. També ajuden a encendre i apagar coses.
Aquí teniu una taula amb les característiques importants dels BJT:
Característica | Descripció |
|---|---|
Corrent de tall del col·lector (ICBO) | Corrent al col·lector quan hi ha voltatge i l'emissor està obert. |
Corrent de tall de l'emissor (IEBO) | Corrent a l'emissor quan hi ha voltatge i el col·lector està obert. |
Guany de corrent continu (hFE) | Corrent de col·lector dividit pel corrent de base quan l'emissor està connectat a terra. |
Tensió de saturació col·lector-emissor (VCE(sat)) | Voltatge quan el transistor està saturat sota certes condicions. |
Tensió de saturació base-emissor (VBE(sat)) | Voltatge entre la base i l'emissor a saturació sota certes condicions. |
Freqüència de transició (fT) | Freqüència on el guany de corrent és 1 amb l'emissor connectat a terra. |
Capacitància de sortida del col·lector (Cob) | Capacitància col·lector-base mesurada en determinades condicions. |
Figura de soroll (NF) | Relació entre el senyal i el soroll a l'entrada i a la sortida, trobada mitjançant una fórmula. |
Veus BJT en molts llocs:
amplificadors
Oscil · ladors
Commutació de baixa tensió
Amplificador de col·lector comú (seguidor d'emissor)
Amplificador d'emissor comú
Amplificador de base comuna
Circuit de commutació
Consell: Si voleu fer un amplificador simple, probablement utilitzaràs un transistor de unió bipolar.
FET
L'altre tipus principal és el transistor d'efecte de camp. Aquest transistor es controla amb voltatge. Els FET només utilitzen un tipus de portador de càrrega. Utilitzen menys energia que els BJT. Els transistors d'efecte de camp es troben en circuits digitals i portes lògiques.
Aquí teniu una taula que compara els transistors d'efecte de camp i els BJT:
característica | FET | BJTs |
|---|---|---|
Tipus de control | Controlat per voltatge | Controlat per corrent |
Guany actual | Sota | alt |
Guany de tensió | alt | Sota |
Velocitat de commutació | Ràpid | mitjà |
Consum d'energia | Sota | alt |
Coeficient de temperatura | Positiu | Negatiu |
mida | Menor | larger |
Impedància d'entrada | alt | Sota |
Aplicacions | Aplicacions de baixa tensió | Aplicacions de baix corrent |
Cost de fabricació | Superior | Baixeu |
Hi ha dos tipus comuns de transistors d'efecte de camp:
Tipus de FET | Descripció | Usos típics |
|---|---|---|
JFET | Un FET simple amb un canal controlat per una porta feta a partir d'una unió pn. | S'utilitza en amplificadors i interruptors a causa de l'alta impedància d'entrada. |
MOSFET | El FET més utilitzat amb una porta aïllada per a control de baixa potència. | Es troba en circuits digitals, electrònica de potència i portes lògiques. |
Nota: Els transistors d'efecte de camp ajuden els dispositius a funcionar més ràpidament i a consumir menys energia. Els trobareu en ordinadors, telèfons i cotxes.
Cada tipus de transistor té la seva pròpia funció. Alguns són millors per fer que els senyals siguin més forts. D'altres són bons per canviar coses ràpidament. Conèixer la diferència us ajuda a triar el transistor adequat per al vostre projecte.
Importància dels transistors
Impacte en la tecnologia
Els transistors han canviat el món en què vivim. Aquests petits dispositius han fet que la tecnologia sigui millor i més fàcil d'utilitzar. Quan els científics van crear el primer transistor el 1947, van donar inici a moltes idees noves. Abans dels transistors, la gent utilitzava vàlvules de buit. Les vàlvules de buit eren grans i es trencaven sovint. Els transistors van fer que l'electrònica fos més petita i més fiable.
Els transistors van ajudar a fer dispositius electrònics molt més petit. Ara tens ordinadors, telèfons intel·ligents i rellotges intel·ligents gràcies a ells.
L'era digital va començar amb els transistors. Ens van permetre emmagatzemar i utilitzar molta informació.
Els transistors van substituir les vàlvules de buit. Això va millorar les coses en la comunicació, l'entreteniment, la salut i la ciència.
La intel·ligència artificial i la Internet de les coses necessiten transistors. Aquestes àrees continuen creixent a mesura que els transistors es tornen més petits i potents.
Podeu veure com els transistors van canviar les coses observant aquests grans moments:
Curs | Fita | Descripció |
|---|---|---|
1947 | Primer transistor | Científics dels Laboratoris Bell van construir el primer transistor funcional. |
1955 | Passivació superficial | Això va permetre la fabricació de molts circuits integrats. |
1959 | Primer MOSFET | Ara milers de transistors podrien cabre en un sol xip. |
1963 | Invenció del CMOS | Això va ajudar a fabricar xips i memòria per a ordinadors. |
Usos quotidians
Fas servir transistors tot el temps, fins i tot si no te n'adones. Són dins de gairebé tots els aparells electrònics de casa o de l'escola. Aquí tens alguns exemples:
Els ordinadors tenen milions o milers de milions de transistors als seus xips.
Els telèfons intel·ligents utilitzen transistors per funcionar ràpidament i desar les teves imatges i aplicacions.
Els televisors necessiten transistors per fer que els senyals siguin més forts i canviar de canal.
Les ràdios utilitzen transistors per fer que el so sigui més fort i ajudar-te a triar emissores.
Les càmeres digitals tenen transistors als seus sensors i xips.
Els xips moderns poden tenir milers de milions de transistors. Alguns xips nous en tenen més de 60 milions. El nombre de transistors en una CPU poden ser milions o milers de milions, depenent de per a què s'utilitzi.
Cada vegada que envies missatges de text, mires un vídeo o jugues a un joc, fas servir transistors. Aquestes petites peces fan que els teus dispositius preferits funcionin.
Els transistors et canvien la vida de moltes maneres. Els trobes a tots els dispositius digitals que fas servir.
Els transistors ajuden els ordinadors a funcionar encenent-se i apagant-se ràpidament.
Fan que els senyals febles siguin més forts perquè puguis sentir millor la música o les veus.
Mantenen l'energia segura en moltes màquines.
Transformen l'energia de la bateria en energia que pots utilitzar.
Els transistors ajuden a fer que els dispositius siguin més petits i ràpids. També els fan funcionar millor.
Van iniciar l'era digital i van ajudar al creixement de la tecnologia en la medicina, la comunicació i la vida quotidiana.
Quan feu servir el telèfon o l'ordinador, recordeu que els transistors ajuden a funcionar.
FAQ
Què fa un transistor al teu telèfon?
Un transistor permet que el telèfon processi informació i emmagatzemi dades. Activa i desactiva els senyals molt ràpidament. Fas servir transistors cada vegada que obris una aplicació o envies un missatge.
Per què els transistors fan que els dispositius siguin més petits?
Els transistors ocupen menys espai que les vàlvules de buit antigues. Pots encaixen milers de milions d'ells en un xip. Això t'ajuda a portar dispositius potents a la butxaca.
Pots trobar transistors en objectes quotidians?
Sí! Ja ho veus. transistors en ordinadors, televisors, ràdios i fins i tot joguines. Ajuden a que aquests dispositius funcionin millor i consumeixin menys energia.
Com saps si un transistor funciona?
Pots provar un transistor amb un multímetre. Si veus el voltatge correcte entre els terminals, el transistor funciona. Si no, potser hauràs de substituir-lo.
Quina diferència hi ha entre un BJT i un FET?
Tipus | Controlat per | Ús comú |
|---|---|---|
BJT | actual | amplificadors |
FET | Voltatge | Circuits digitals |
Consell: Trieu un BJT per a senyals forts. Trieu un FET per a commutació ràpida.
