晶体管工作原理(晶体管为什么只是单向通电,它的工作原理是..)
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晶体管工作原理
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晶体管主要有两种类型:双极型晶体管和场效应晶体管。
双极型晶体管工作基于载流子(电子和空穴)的注入、扩散和复合。以NPN型为例,它有三个区:发射区、基区和集电区。发射区是高掺杂的N型半导体,当发射结正偏时,电子从发射区注入到基区。基区很薄且掺杂浓度低,注入的电子在基区扩散,只有少量与基区的空穴复合,多数电子在集电结反偏的作用下被集电区收集,从而形成集电极电流,且集电极电流受基极电流控制,基极电流微小的变化能引起集电极电流较大的变化。
场效应晶体管是利用电场效应来控制电流。以N沟道增强型MOSFET为例,在栅极和源极之间加电压,当电压超过阈值电压时,会在栅极下的P型半导体表面形成反型层,即N型导电沟道。此时在源极和漏极之间加电压,电子就会通过导电沟道从源极流向漏极,电流大小受栅源电压控制,栅源电压变化能改变导电沟道的宽窄,进而控制漏极电流。
谁知道CPU中的晶体管的工作原理?
在了解CPU工作原理之前,我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上,用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。从这个意义上说,CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言,晶体管就是微型电子开关,它们是构建CPU的基石,你可以把一个晶体管当作一个电灯开关,它们有个操作位,分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开,而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样,计算机就具备了处理信息的能力。但你不要以为,只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单,其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前,计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来,科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中,这样便创作出第一个集成电路,再后来才有了微处理器。
看到这里,你一定想知道,晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢?其实,所有电子设备都有自己的电路和开关,电子在电路中流动或断开,完全由开关来控制,如果你将开关设置为OFF,电子将停止流动,如果你再将其设置为ON,电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制,我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样,晶体管的ON状态用“1”来表示,而OFF状态则用“0”来表示,就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况,将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子,十进位中的1在二进位模式时也是“1”,2在二进位模式时是“10”,3是“11”,4是“100”,5是“101”,6是“110”等等,依此类推,这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值,也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制,晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。
晶体管为什么只是单向通电,它的工作原理是什么
目前教材上都是用不同半导体接触处载流子浓度的差别,通过扩散形成PN结(阻挡层)的内电场,来解释单向导电性。
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