Транзистор

      Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя p–n переходами называются транзисто-рами, на их работе основаны все логические микросхемы. Название происходит от сочетания английских слов transfer – переносить и resistor – сопротивление. Для создания транзисторов обычно используют германий или кремний.

      Обычный плоскостной (планарный) транзистор представляет собой тонкую полупроводниковую пластинку с электронным или дырочным типом проводимости, на которую нанесены участки другого полупроводника с противоположным типом проводимости. Пластинку транзистора называют базой (Б),одну из областей с противоположным типом проводимости-коллектором (К), а вторую – эмиттером (Э). В условных обозначениях транзистора стрелка эмиттера показывает направление тока через него.

Рис 97. Транзистор структуры p–n–p

      Транзисторы бывают двух типов: p–n–p и n–p–n. Например, германиевый транзистор p–n–p_типа представляет собой небольшую пластинку из германия с донорной проводимостью. В ней создаются две области с акцепторной примесью, т. е. с дырочной проводимостью.

Рис 98. Транзистор структуры n–p_n

      В транзисторе n–p–n_типа основная германиевая пластинка обладает проводимостью p_типа, а две области – проводимостью n_типа. Если в цепь эмиттера включен источник переменного напряжения, два p_n перехода взаимодействуют и в цепи коллектора тоже во-зникает переменное напряжение, амплитуда которого может во много раз превышать амплитуду входного сигнала.

      Вдумайтесь в это. В радиоприемнике ничтожный сигнал,пойманный антенной, управляет мощными колебаниями динамика. Слабые сигналы микросхем управляет моторами и искусств-енными мышцами роботов. Туннельный ток СТМ мощностью в доли наноампера управляет макроскопическим зондом. Как? Через транзисторы!

В транзисторе маленький ток управляет большим. Это суть электроники.

      Но управление не обязательно подразумевает усиление. Можно управлять сигналами, несущими информацию – логические нули и единицы. А это значит, что можно целенаправ ленно изменять хранимую информацию – то есть обрабатывать ее, что и делает микропроцессор, работая на двоичной логике. В CMOS (комплементарной металл-оксид-полупроводниковой) логике транзистор включен так, что нулевое или положительное напряжение кодирует “0”, а отрицательное “1”. Пока цепь базы разомкнута, ток в цепи эмиттера практически не идет, так как для основных носителей свободного заряда переход заперт. Это состояние соответствует логическому “0”. При подаче отрицательного напряжения на базу дырки – основные носители заряда в эмиттере – переходят из него в базу, создавая в цепи ток, что соответствует логической “1”. Таким образом, “0” на входе схемы запирает транзистор, а на выходе мы имеем опять “0”. Если же подать “1” на вход (базу транзистора), он откроется и выдаст “1” на эмиттере.

Рис 99. p–n–p_транзистор как логический переключатель

      Можно сделать все наоборот и присоединить выход к коллектору. Тогда мы получим логическую схему “НЕ”, превращающую “0” в ”1”, а “1” в “0”.

Рис 100. Схема «НЕ» на одном

транзисторе

      Соединяя транзисторы, можно получать и более сложные логические схемы: “И”, “ИЛИ”, “Исключающее ИЛИ(XOR)” и другие. Современная технология производит полупроводниковые приборы-диоды, транзисторы, фотосенсоры размером в несколько микрометров. Однако для дальнейшего развития техники возникла необходимость перехода на транзисторы нанометровых размеров. Ведь быстродействие компьютера напрямую зависит от количества транзисторов, которое удается разместить на единице площади. И первые попытки перешагнуть нанометровый рубеж уже дали хорошие результаты. Подробнее об этом будет рассказано в одном из следующих параграфов.

Рис 101. Транзисторнык схемы «И» (слева) и «ИЛИ» (справа)

 

Cоединяя несколько транзисторов, можно получить все базовые логические схемы, необходимые для работы микропроцессора: "И", "ИЛИ", и "НЕ".