ბიპოლარული ტრანზისტორი

ყველაფერი მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ 1947 წელს ბელის ლაბორატორიაში დაიწყო. მაშინდელი კომუნიკაციის სისტემის გაუმართაობისა და ზედმეტი ხარჯების გამო სატელეფონო კომპანიის დირექტორმა ალექსანდრე ბელიმ გადაწყვიტა მექანიკური გადამრთველები, რომლითაც ამყარებდნენ კავშირს, ავტომატური გადამრთველით შეეცვალა.

აღნიშნული პრობლემის გადასაჭრელად დაიქირავა სამი მეცნიერი, შოკლი ბრატენი და ბარდინი. მათი ამოცანა იყო შეექმნათ ისეთი მოწყობილობა რომელიც ამ პრობლემას მოაგვარებდა. კომპონენტი უნდა ყოფილიყო ერთგვარი ღილაკი რომელიც ადამიანის ჩარევის გარეშე შეკრავდა და გაწყვეტდა წრედს საჭირო დროს. მსგავსი მოწყობილობის დასამზადებლად იმ დროისთვის კარგად ცნობილი ნივთიერებები, გამტარი და იზოლატორი, არ გამოდგებოდა.

ამიტომ იძულებულნი იყვნენ გამოეყენებიათ ნახევარგამტარები რომლის შესახებაც ბევრი რამ არ იცოდნენ. თუმცა დღეს მათი მუშაობის პრინციპი უკვე საიდუმლოს აღარ წარმოადგენს და მარტივად შეგვიძლია ამ ყველაფერში გარკვევა.

ნახევარგამტრი ნივთიერება არის ორი ტიპის p ტიპის და n ტიპის.

n ტიპის ნახევარგამტარში არის თავისუფალი ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა, ხოლო p ტიპის ნახევარგამტარში მათი დეფიციტი რასაც ხვრელებს ვუწოდებთ და ვამბობთ რომ მათ პლუს მუხტის თვისებები აქვთ.

როგორც აღვნიშნე მას ღილაკის ფუნქცია უნდა ქონოდა, მოდით ღილაკი დავყოთ სამ ნაწილად. პირველი ნაწილი იყოს ის ნაწილი რომელიც უერთდება ბატარიას მეორე ნაწილი ის რასაც ხელს ვაჭერთ ხოლო მესამე ის ნაწილი სადაც წრედის შეკვრის შემდეგ დენი გამოდის

ამ მიზესის გამო ახალ კომპონენტსაც სამი ფეხი (ტერმინალი) უნდა ქონოდა ხოლო თითოეული ფეხისთვის ერთი კრისტალი იყო საჭირო. ამიტომაც კრისტალთა კომბინაცია შემდეგნაირად გადანაწილდა. ორი p და ერთი n (pnp) და პირიქით ორი n და ერთი p (npn) ერთმანეთის მიყოლებით შეერთებული.

თითოეული კრისტალიდან კი გამოიყვანეს თითო ფეხი რაც ჯამში სამ ფეხს ქმნის. ერთ ფეხს უწოდეს კოლექტორი, მეორეს ბაზა ხოლო მესამეს ემიტერი. ბაზის ფეხს უნდა ემართა ტრანზისტორი, ანუ გაეკონტროლებია დენის გასვა-არგასვლა. ხოლო დენი უნდა გასულიყო კოლექტორსა და ემიტერს შორის. თუმცა ამ ყველაფერმა წარმოქმნა ერთი დიდი პრობლემა.  p-n შეერთების შედეგად წარმოიქმნება ეგრედ წოდებული ბარიერი, ასეთ კრისტალში დენის გასასვლელად აუცილებელია ამ ბარიერის გადაფარვა იგივე გაქრობა. (აღნიშნულ პრინციპს ემყარება დიოდის მუშაობაც)

ბარიერის გასაქრობად საჭიროა p ტიპის კრისტალი დავუკავშიროთ ბატარიის პლუს პოტენციალს ხოლო n კრისტალი მინუსს და მათ შორის ძაბვათა სხვაობა უნდა იყოს დაახლოებით 0.7 ვლტის ტოლი. (სილიციუმისგან დამზადებული დიოდის შემთხვევაში)

განვიხილოთ npn ტიპის ტრანზისტორი. ბარიერის გასაქრობად საჭიროა n ტიპის ორივე კრისტალს მოვდოთ მინუს ძაბვა ხოლო p ტიპისას პლუს ძაბვა. ამის შედეგად გაქრება ორივე ბარიერი, მაგრამ ჩნდება უდიდესი პრობლემა, დენი მინუსიდან მინუსისკენ არ გაივლის ამიტომ ასეთ შეერთებას აზრი არ ქონდა. იგივე პრობლემა იყო pnp ტიპის ტრანზისტორის შემთხვევაშიც. ამ პრობლემის გადაწყვეტას გუნდი 3 წელი ცდილობდა. თუმცა გამოსავალი მაინც მოუძებნეს.

კერძოდ, რადგან ბაზის ფეხი აკონტროლებდა ტრანზისტორის გახსნას და ჩაკეტვას და ფიზიკური ზომა მის ბარიერსაც ქონდა, ამის გამო ბაზა შეძლებისდაგვარად მაქსიმალურად დააპატარავეს და აღნიშნული ფეხი „შეერწყა“ კოლექტორისა და ემიტერის ფეხს, გარდა ამისა ემიტერი გახდა დომინანტი კრისტალი ანუ მისი ბარიერი გაცილებით დიდია კოლექტორის ბარიერზე, ამის შედეგად ბაზასა და ემიტერს შორის ბარიერის გაქრობით ქრება კოლექტორის ბარიერიც, რამაც შესაძლებლობა მოგვცა კოლექტორი დავუკავშიროთ პლუს პოტენციალს და ტრანზისტორში გაიაროს დენმა.

  აღნიშნულ კომპონენტს უდიდესი უპირატესობები ქონდა, მისი საშუალებით შეგვეძლო ჩაგვენაცვლებია მექანიკური ღილაკი და დენის საშუალებით შეგვეკრა კონტაქტი სქემის ორ ნაწილს შორის ასევე არის ძალიან სწრაფი, იგი გვაძლევს საშუალებას წამში ასობით ათასჯერ შევკრათ და გავწყვითოთ კონტაქტი და რაც მთავარია ბარიერის გასაქრობად საჭიროა ძალიან მცირე დენი, შედეგად შეგვიძლია მცირე დენით კოლექტორსა და ემიტერს შორის გავატაროთ ბევრად დიდი დენი, რასაც ტრანზისტორის გაძლიერების რეჟიმს ეძახიან,