Explicação da animação 3D: O princípio de funcionamento do transistor foi finalmente chocado. Essência

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2022-03-17 1376

Em 1947, os físicos americanos shockley, Badin e Bratton inventaram em conjunto o transistor, um elemento sólido semicondutor com três pivôs.

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Como os transistores têm características de baixo consumo de energia, tamanho pequeno, preço relativamente barato e modo de conexão flexível, após o advento dos transistores, muitas funções que não podiam ser realizadas antes foram realizadas em circuitos eletrônicos, especialmente circuitos de pulso e circuitos digitais. Vamos dar uma olhada. O vídeo a seguir é intuitivo e completo e é um excelente trabalho para aprender ciência popular. Sugiro que você dê uma olhada (com tradução)!(Fonte do vídeo: TEDEd, tradução: @ turboxiaozhou)

A animação a seguir foi feita por LearnEngineering. No vídeo podemos aprender o princípio de funcionamento do transistor de forma intuitiva. O transistor possui três pólos; Os três pólos do transistor bipolar são compostos por Emissor, Base e Coletor do tipo N e tipo P respectivamente; Os três pólos de um transistor de efeito de campo são Fonte, Porta e Dreno.
Transistores incluem principalmente MOSFET, IGBT, transistor bipolar (também chamado de triodo), etc. Em termos do padrão de concorrência de mercado destes três transistores, o mercado de triodos é relativamente disperso. Devido ao seu baixo preço, ainda existe uma certa demanda em algumas aplicações, como sensíveis ao preço e acionadas por carga indutiva. Porém, devido ao alto consumo de energia dos triodos e outros problemas, no ambiente global de conservação de energia e redução de emissões, sua escala de mercado tende a diminuir, e está sendo substituído pelo MOSFET.

Seção transversal do cavaco

O transistor é o componente central dos circuitos eletrônicos. Os transistores mais comuns incluem MOSFET e IGBT. O primeiro possui características de acionamento simples, boas características de alta frequência e condutividade bidirecional. É utilizado principalmente em ambientes de trabalho de alta frequência e baixa potência, sendo amplamente utilizado nas áreas de eletrônicos de consumo, comunicação, controle industrial e eletrônica automotiva. O IGBT possui características de alta frequência de comutação, alta resistência à tensão e tensão variável. É adequado principalmente para ambientes de trabalho de baixa frequência e alta potência, sendo amplamente utilizado em inversores, conversores de frequência, interruptores de energia e outros campos. É chamado de "CPU" na indústria eletrônica.

Pode haver mais de 10 bilhões de transistores no chip. Como podem existir tantos transistores? Quando o chip é constantemente ampliado, vemos um milagre: esta é uma foto SEM vista de cima para baixo, que pode ver claramente a estrutura em camadas dentro da CPU. Quanto menor a largura da linha, mais estreita ela será e mais próxima estará da camada do dispositivo.

Esta é a visão transversal da CPU. Você pode ver claramente a estrutura da CPU em camadas. O chip é organizado de forma hierárquica. Esta CPU possui cerca de 10 camadas. A camada mais baixa é a camada do dispositivo, que é o transistor MOSFET.

Quando o tubo Mos é ampliado no chip, uma estrutura tridimensional como uma “plataforma” pode ser vista, e o transistor não possui indutância, resistência e outros dispositivos que são fáceis de gerar calor. A camada superior é um eletrodo de baixa resistência, separado da plataforma inferior por um isolador. Geralmente, o polissilício tipo P ou tipo N é usado como matéria-prima da porta, e o isolante inferior é o dióxido de silício.

Os dois lados da plataforma são fonte e dreno, adicionando impurezas, e suas posições podem ser trocadas. A distância entre eles é o canal, que determina as características do chip.

Chip com 2.6 trilhões de transistores, da Cerebras Systems

Claro, os transistores no chip não são apenas transistores Mos, mas também transistores tri-gate. Os transistores não são instalados, mas esculpidos quando o chip é fabricado.

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