ເຂົ້າໃຈ Transistors ແລະ ການນຳໃຊ້ຂອງມັນ
ທຣານຊິດເຕີແມ່ນອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກພື້ນຖານທີ່ໃຊ້ໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝເກືອບທຸກຢ່າງ. ຕັ້ງແຕ່ຄອມພິວເຕີຈົນເຖິງໂທລະສັບສະຫຼາດຈົນເຖິງເຄື່ອງໃຊ້ໃນຄົວເຮືອນ, ທຣານຊິດເຕີມີບົດບາດສຳຄັນໃນວົງຈອນເອເລັກໂຕຣນິກ. ບົດຄວາມນີ້ມີຈຸດປະສົງເພື່ອໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈຢ່າງເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບທຣານຊິດເຕີ, ວິທີການເຮັດວຽກຂອງພວກມັນ, ແລະການນຳໃຊ້ຕ່າງໆຂອງອົງປະກອບເຫຼົ່ານີ້ໃນຊີວິດປະຈຳວັນ.
1. ການແນະນຳກ່ຽວກັບທຣານຊິສເຕີ
ທຣານຊິດເຕີ ແມ່ນອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຂະຫຍາຍ ຫຼື ເປີດ ແລະ ປິດສັນຍານເອເລັກໂຕຣນິກ. ທຣານຊິດເຕີມີສອງປະເພດຫຼັກຄື: ທຣານຊິດເຕີໄບໂພລາຈັງຊັນ (BJTs) ແລະ ທຣານຊິດເຕີຜົນກະທົບພາກສະໜາມ (FETs). ເຖິງແມ່ນວ່າວິສະວະກຳພື້ນຖານຂອງທຣານຊິດເຕີສອງປະເພດນີ້ແຕກຕ່າງກັນ, ແຕ່ທັງສອງເຮັດໜ້າທີ່ເປັນສະວິດ ແລະ ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານ.
1.1 ໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງທຣານຊິສເຕີ
ທຣານຊິດເຕີ BJT ປະກອບດ້ວຍວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳສາມຊັ້ນທີ່ເອີ້ນວ່າ ຕົວເກັບກຳ, ເບສ, ແລະ ຕົວປ່ອຍ. ໃນ FET, ຕົວເຊື່ອມຕໍ່ຫຼັກແມ່ນແຫຼ່ງທີ່ມາ, ປະຕູ, ແລະ ທໍ່ລະບາຍ. ທຣານຊິດເຕີ BJT ມີສອງປະເພດຄື:
- NPN (ອີມິເຕີລົບ, ເບສບວກ, ຕົວເກັບກຳລົບ)
- PNP (ອີມິເຕີບວກ, ເບສລົບ, ຕົວເກັບຂໍ້ມູນບວກ)
FETs ຍັງມີສອງຕົວແປຕົ້ນຕໍຄື:
- JFET (ທຣານຊິສເຕີຜົນກະທົບພາກສະໜາມຈຸດຕໍ່)
- MOSFET (ທຣານຊິສເຕີຜົນກະທົບພາກສະໜາມໂລຫະ-ອົກໄຊ-ເຄິ່ງຕົວນຳ)
MOSFETs ຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການນໍາໃຊ້ດິຈິຕອນແລະພະລັງງານສູງ.
1.2 ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງທຣານຊິສເຕີ
ໃນທຣານຊິດເຕີ BJT, ກະແສໄຟຟ້າຂະໜາດນ້ອຍທີ່ໄຫຼເຂົ້າໄປໃນເບສສາມາດຄວບຄຸມກະແສໄຟຟ້າຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ໄຫຼຈາກຕົວເກັບກຳໄປຫາຕົວປ່ອຍສັນຍານໄດ້. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າທຣານຊິດເຕີສາມາດໃຊ້ເພື່ອຂະຫຍາຍສັນຍານໄຟຟ້າໄດ້.
ໃນ FET, ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ກັບປະຕູຄວບຄຸມກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຈາກແຫຼ່ງໄປຫາທໍ່ລະບາຍ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ FET ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບແຮງດັນໄຟຟ້າສູງ.
2. ໜ້າທີ່ ແລະ ການນຳໃຊ້ຂອງທຣານຊິສເຕີ
ທຣານຊິສເຕີມີໜ້າທີ່ຫຼາກຫຼາຍໃນວົງຈອນເອເລັກໂຕຣນິກ. ນີ້ແມ່ນບາງການນຳໃຊ້ຫຼັກຂອງທຣານຊິສເຕີ:
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ 2.1
ໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ຫຼັກຂອງທຣານຊິດເຕີແມ່ນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານ. ໃນການຕັ້ງຄ່ານີ້, ສັນຍານອ່ອນທີ່ເຂົ້າໄປໃນເບສ (ຫຼື ເກດ, ໃນກໍລະນີຂອງ FET) ຈະຂະຫຍາຍກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼລະຫວ່າງຕົວເກັບສັນຍານ ແລະ ຕົວປ່ອຍສັນຍານ (ຫຼື ລະບາຍສັນຍານ ແລະ ແຫຼ່ງທີ່ມາ). ຕົວຢ່າງຂອງການນຳໃຊ້ນີ້ແມ່ນຢູ່ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານສຽງ, ບ່ອນທີ່ທຣານຊິດເຕີຈະຂະຫຍາຍສັນຍານສຽງຈາກໄມໂຄຣໂຟນກ່ອນທີ່ຈະສົ່ງໄປຫາລຳໂພງ.
2.2 ສະວິດ
ທຣານຊິສເຕີຍັງສາມາດເຮັດໜ້າທີ່ເປັນສະວິດເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອຄວບຄຸມອຸປະກອນອື່ນໆໃນວົງຈອນ. ໃນຖານະເປັນສະວິດ, ທຣານຊິສເຕີສາມາດຢູ່ໃນສອງສະຖານະຄື: ເປີດ (ປິດ) ຫຼື ປິດ (ເປີດ). ເທັກໂນໂລຢີນີ້ຖືກນຳໃຊ້ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກຈົນເຖິງລະບົບຄວບຄຸມອຸດສາຫະກຳ. ໜຶ່ງໃນບົດບາດຫຼັກຂອງມັນແມ່ນຢູ່ໃນເຫດຜົນດິຈິຕອນ (ເຊັ່ນໃນໂປເຊດເຊີຄອມພິວເຕີ).
2.3 ຕົວສັ່ນ
ທຣານຊິສເຕີຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນວົງຈອນອອດຊິວເດີທີ່ຜະລິດຮູບແບບຄື້ນໄຟຟ້າຊໍ້າໆ, ເຊັ່ນ: ຄື້ນໄຊນ໌ ຫຼື ຄື້ນສີ່ຫຼ່ຽມ. ອອດຊິວເດີເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມສໍາຄັນໃນການນໍາໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງສົ່ງສັນຍານວິທະຍຸ, ໂມງດິຈິຕອນ, ແລະ ແຫຼ່ງຄື້ນພາຫະນະໃນລະບົບໂທລະຄົມມະນາຄົມ.
3. ທຣານຊິສເຕີໃນອຸດສາຫະກຳເອເລັກໂຕຣນິກ
ທຣານຊິສເຕີໄດ້ປະຕິວັດວິທີການອອກແບບ ແລະ ນຳໃຊ້ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ. ນີ້ແມ່ນບາງການນຳໃຊ້ທຣານຊິສເຕີໃນອຸດສາຫະກຳເອເລັກໂຕຣນິກ:
3.1 ຄອມພິວເຕີ
ທຣານຊິສເຕີເປັນອົງປະກອບຫຼັກໃນໄມໂຄຣໂປຣເຊສເຊີ ແລະ ໜ່ວຍຄວາມຈຳຄອມພິວເຕີ. ໂດຍການໃຊ້ທຣານຊິສເຕີຫຼາຍລ້ານ, ແມ່ນແຕ່ຫຼາຍພັນລ້ານໜ່ວຍໃນຊິບດຽວ, ທຣານຊິສເຕີເຮັດໃຫ້ມີໜ້າທີ່ປະສົມປະສານສູງ ແລະ ຄວາມໄວໃນການປະມວນຜົນທີ່ໄວໃນຂະໜາດນ້ອຍຫຼາຍ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ຄອມພິວເຕີທີ່ທັນສະໄໝມີພະລັງຫຼາຍແຕ່ປະຫຍັດພະລັງງານ.
3.2 ໂທລະຄົມມະນາຄົມ
ທຣານຊິສເຕີໃນອຸປະກອນໂທລະຄົມມະນາຄົມ ເຊັ່ນ: ໂທລະສັບສະຫຼາດ ແລະ ເຣົາເຕີ ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຫຼາຍອົງປະກອບ ລວມທັງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສັນຍານ, ວົງຈອນຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ (RF) ແລະ ຕົວແປງອະນາລັອກເປັນດິຈິຕອນ (ADC). ພວກມັນມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການສົ່ງ ແລະ ຮັບສັນຍານໂດຍບໍ່ສູນເສຍຄຸນນະພາບຂອງສັນຍານ.
3.3 ຍານຍົນ
ໃນອຸດສາຫະກຳລົດຍົນ, ທຣານຊິດເຕີຖືກນຳໃຊ້ໃນລະບົບຄວບຄຸມເຄື່ອງຈັກ, ລະບົບສາລະບັນເທີງ ແລະ ເຊັນເຊີຕ່າງໆ. ຕົວຢ່າງ, ໃນໜ່ວຍຄວບຄຸມເອເລັກໂຕຣນິກ (ECU), ທຣານຊິດເຕີຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອປະມວນຜົນການປ້ອນຂໍ້ມູນຂອງເຊັນເຊີຕ່າງໆ ແລະ ຕົວກະຕຸ້ນຄວບຄຸມເຊັ່ນ: ຫົວສີດນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ ແລະ ລະບົບຈູດໄຟ.
3.4 ອຸປະກອນພົກພາ
ໃນອຸປະກອນພົກພາເຊັ່ນ: ໂທລະສັບສະຫຼາດ ແລະ ແທັບເລັດ, ທຣານຊິສເຕີຊ່ວຍໃຫ້ໃຊ້ພະລັງງານຕໍ່າໃນຂະນະທີ່ຮັກສາປະສິດທິພາບສູງ. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າອຸປະກອນຕ່າງໆສາມາດໃຊ້ໄດ້ດົນກວ່າໃນການສາກໄຟຄັ້ງດຽວ ແລະ ໃຊ້ງານແອັບພລິເຄຊັນທີ່ສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນ.
3.5 ເຄື່ອງໃຊ້ໃນຄົວເຮືອນ
ເຄື່ອງໃຊ້ໃນຄົວເຮືອນເຊັ່ນ: ໂທລະພາບ, ວິທະຍຸ ແລະ ເຄື່ອງຊັກຜ້າຍັງໃຊ້ທຣານຊິດເຕີສຳລັບໜ້າທີ່ຕ່າງໆ. ຕົວຢ່າງ, ໃນໂທລະພາບ, ທຣານຊິດເຕີຖືກນຳໃຊ້ໃນວົງຈອນເພື່ອຂະຫຍາຍສັນຍານຮູບພາບ ແລະ ສຽງ ແລະ ໃນວົງຈອນຄວບຄຸມ.
4. ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີທຣານຊິສເຕີ
ນັບຕັ້ງແຕ່ມີການປະດິດຂຶ້ນໃນປີ 1947, ເຕັກໂນໂລຊີທຣານຊິສເຕີໄດ້ກ້າວໜ້າຢ່າງໄວວາ. ໜຶ່ງໃນການພັດທະນາທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດແມ່ນຂະໜາດຂອງທຣານຊິສເຕີທີ່ຫົດຕົວລົງ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າກົດຂອງ Moore, ເຊິ່ງລະບຸວ່າຈຳນວນທຣານຊິສເຕີໃນຊິບຈະເພີ່ມຂຶ້ນສອງເທົ່າທຸກໆສອງປີ, ພ້ອມກັບການປັບປຸງປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນ.
4.1 ທຣານຊິສເຕີນາໂນ
ການຄົ້ນຄວ້າຫຼ້າສຸດກຳລັງພັດທະນາທຣານຊິດເຕີຂະໜາດນາໂນໂດຍໃຊ້ວັດສະດຸເຊັ່ນ: ກຣາຟີນ ແລະ ທໍ່ນາໂນຄາບອນ. ທຣານຊິດເຕີຂະໜາດນາໂນເຫຼົ່ານີ້ຄາດວ່າຈະປັບປຸງປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານຂອງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກໃຫ້ດີຂຶ້ນກວ່າເກົ່າ.
4.2 ເທັກໂນໂລຢີ 3D
ນອກເໜືອໄປຈາກການຫຼຸດຂະໜາດຂອງທຣານຊິດເຕີແລ້ວ, ຄວາມພະຍາຍາມອີກອັນໜຶ່ງເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບແມ່ນມາຈາກການພັດທະນາເທັກໂນໂລຢີທຣານຊິດເຕີ 3 ມິຕິ. ເທັກໂນໂລຢີນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ທຣານຊິດເຕີສາມາດວາງຊ້ອນກັນໄດ້, ເຮັດໃຫ້ການໃຊ້ພື້ນທີ່ສູງສຸດ ແລະ ເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນໂດຍບໍ່ເພີ່ມພື້ນທີ່ໂດຍລວມຂອງຊິບ.
5. ສິ່ງທ້າທາຍ ແລະ ອະນາຄົດຂອງທຣານຊິສເຕີ
ໃນຂະນະທີ່ທຣານຊິດເຕີໄດ້ເປີດຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃໝ່ໆໃນດ້ານເອເລັກໂຕຣນິກ, ແຕ່ພວກມັນຍັງເປັນສິ່ງທ້າທາຍສຳລັບອະນາຄົດ. ການຫຍໍ້ຂະໜາດຕື່ມອີກເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍໃນດ້ານການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງ.
5.1 ຂໍ້ຈຳກັດດ້ານຄວອນຕຳ
ເມື່ອທຣານຊິດເຕີມີຂະໜາດນ້ອຍລົງ, ພວກເຮົາເຂົ້າໃກ້ຂີດຈຳກັດທາງກາຍະພາບບ່ອນທີ່ຜົນກະທົບຂອງຄວອນຕຳເລີ່ມຄອບງຳ. ສິ່ງນີ້ສາມາດນຳໄປສູ່ກະແສໄຟຟ້າຮົ່ວໄຫຼ ແລະ ການແຊກແຊງໃນການປ່ຽນການເປີດ-ປິດຂອງທຣານຊິດເຕີ.
5.2 ການໃຊ້ພະລັງງານ
ດ້ວຍຈຳນວນທຣານຊິດເຕີທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນຊິບດຽວ, ການໃຊ້ພະລັງງານ ແລະ ການຄຸ້ມຄອງການລະບາຍຄວາມຮ້ອນໄດ້ກາຍເປັນສິ່ງສຳຄັນເພີ່ມຂຶ້ນເລື້ອຍໆ. ວິທີແກ້ໄຂໃໝ່ໃນການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານ ແລະ ການອອກແບບຄວາມຮ້ອນແມ່ນສິ່ງຈຳເປັນຕໍ່ການຮັກສາປະສິດທິພາບ ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື.
5.3 ວັດສະດຸໃໝ່
ການຄົ້ນຄວ້າວັດສະດຸໃໝ່, ເຊັ່ນ: ເຄິ່ງຕົວນຳ III-V ທີ່ມີການເຄື່ອນທີ່ຂອງຕົວນຳສູງກວ່າຊິລິກອນ, ສະເໜີທ່າແຮງທີ່ຈະເອົາຊະນະບາງສິ່ງທ້າທາຍທີ່ທຣານຊິດເຕີຊິລິກອນທຳມະດາປະເຊີນ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ທຣານຊິດເຕີສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໄວຂຶ້ນ ແລະ ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ.
ສະຫຼຸບ
ທຣານຊິສເຕີ ເປັນອົງປະກອບທີ່ສຳຄັນໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ສາມາດມີນະວັດຕະກຳ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີຫຼາຍຢ່າງທີ່ພວກເຮົາມັກໃຊ້ໃນປະຈຸບັນ. ຕັ້ງແຕ່ການຂະຫຍາຍສັນຍານໄປຈົນເຖິງການເຮັດໜ້າທີ່ເປັນສະວິດໃນວົງຈອນດິຈິຕອນ, ທຣານຊິສເຕີ ມີຢູ່ໃນເກືອບທຸກອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ. ການນຳໃຊ້ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ ແລະ ຄວາມກ້າວໜ້າທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຊີຍັງສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ຂອບເຂດຂອງປະສິດທິພາບ, ຂະໜາດ ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ, ເຊິ່ງສັນຍາວ່າຈະມີອະນາຄົດທີ່ສົດໃສ ແລະ ມີນະວັດຕະກຳ.
ໂດຍການເຂົ້າໃຈພື້ນຖານຂອງທຣານຊິດເຕີ ແລະ ການນຳໃຊ້ຂອງມັນ, ພວກເຮົາສາມາດເຂົ້າໃຈບົດບາດສຳຄັນຂອງມັນໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ ແລະ ຕິດຕາມການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີທີ່ຈະມາເຖິງ. ໃນຖານະນັກຄົ້ນຄວ້າ, ວິສະວະກອນ, ຫຼື ພຽງແຕ່ຜູ້ໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີ, ຄວາມເຂົ້າໃຈນີ້ເປີດໂອກາດໃຫ້ແກ່ນະວັດຕະກໍາ ແລະ ການສຳຫຼວດຕື່ມອີກໃນດ້ານເອເລັກໂຕຣນິກ ແລະ ຄອມພິວເຕີ.
