Все транзисторы управляют движением электронов, но не все делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных вывода, но они имеют названия: источник (аналог эмиттера), сток (аналог коллектора) и затвор (аналог базы). В полевом транзисторе слои кремния n- и p-типа расположены несколько иначе и покрыты слоями металла и оксида. Это дает нам устройство под названием MOSFET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор).
Хотя в истоке и стоке n-типа имеются дополнительные электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за отверстий в затворе p-типа между ними. Однако если мы приложим к затвору положительное напряжение, там создастся электрическое поле, позволяющее электронам течь по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «эффект поля» позволяет протекать току и включает транзистор:
Для полноты картины мы могли бы отметить, что МОП-транзистор является униполярным транзистором, поскольку в его работе участвует только один вид («полярность») электрического заряда.
Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?
На практике вам не нужно ничего знать об электронах и дырках, если только вы не собираетесь зарабатывать на жизнь разработкой компьютерных чипов! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя малый ток для включения большего. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?
Мы можем соединить несколько транзисторных переключателей, чтобы получился так называемый логический вентиль, который сравнивает несколько входных токов и в результате дает другой выходной сигнал. Логические вентили позволяют компьютерам принимать очень простые решения, используя математический метод, называемый булевой алгеброй. Ваш мозг принимает решения таким же образом. Например, используя «входные данные» (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас в коридоре, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И у меня есть зонтик, я пойду в магазин». Это пример булевой алгебры с использованием так называемого «оператора И» (слово «оператор» — это всего лишь небольшой математический жаргон, который заставляет вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле). Вы можете принять аналогичные решения с другими операторами. «Если ветер ИЛИ идет снег, я надену пальто» — пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь И у меня есть зонтик ИЛИ у меня есть пальто, тогда можно выйти на улицу». Используя И, ИЛИ и другие операторы, называемые NOR, XOR, NOT и NAND, компьютеры могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логической последовательностью инструкций, которые заставляют компьютеры что-то делать.
Обычно переходной транзистор «выключен», когда ток базы отсутствует, и переключается во «включено», когда ток базы течет. Это означает, что для включения или выключения транзистора требуется электрический ток. Но подобные транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выходные соединения возвращались на входы. Транзистор остается включенным даже при отключении тока базы. Каждый раз, когда протекает новый ток базы, транзистор «включается» или «выключается». Он остается в одном из этих стабильных состояний (либо включенном, либо выключенном), пока не появится другой ток и не перевернет его в другую сторону. Такое устройство известно как триггер, и оно превращает транзистор в простое запоминающее устройство, хранящее ноль (когда он выключен) или единицу (когда он включен). Шлепанцы — это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.