Инженерный подкаст

Логические вентили: азбука цифрового мира Основных вентилей, управляющих цифровыми процессами, всего три, и их работа интуитивно понятна: ➡️ И (AND): На выходе будет «1» только если И на первом входе «1», И на втором входе «1». В остальных случаях на выходе «0» ➡️ ИЛИ (OR): На выходе будет «1» если ИЛИ на первом входе «1», ИЛИ на втором входе «1». И только если на обоих входах «0», на выходе будет «0». ➡️ НЕ (NOT): Это инвертор. Он имеет всего один вход. Он меняет сигнал на противоположный: на входе «1» — на выходе «0»; на входе «0» — на выходе «1». Как это работает внутри? Как мы уже знаем из прошлых постов, существует транзистор — это ключ, управляемый током или напряжением. Именно из них, как из деталей конструктора, и собираются логические вентили. Возьмем самый простой пример — инвертор (NOT). Если на входе «0» (низкое напряжение): нижний транзистор закрыт, а верхний — открыт. Таким образом, ток течет через открытый верхний транзистор напрямую к выходу, устанавливая на нем высокое напряжение — логическую «1». Если на входе «1» (высокое напряжение): теперь нижний транзистор открывается, а верхний — закрывается. Ток устремляется через открытый нижний транзистор «на землю», а на выходе устанавливается низкое напряжение — логический «0». Таким образом, схема действительно инвертирует входной сигнал. Более сложные вентили, по типу AND и OR, собираются по похожим принципам, но из большего количества транзисторов. #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ

Однородные, но переменного состава – это про твердые растворы В твердых растворах соотношения между компонентами могут изменяться без нарушения однородности, а кристаллическая решетка при этом сохраняется. Выделяют три структурных типа твердых растворов: ➡️Твердые растворы внедрения: образуются только в тех случаях, когда атомный диаметр растворенного элемента не превышает половины атомного диаметра элемента-растворителя. ➡️Твердые растворы вычитания: образование таких твердых растворов происходит, когда один из компонентов проявляет переменную валентность. ➡️Твердые растворы замещения: единственный тип твердых растворов, в которых возможна неограниченная растворимость одного элемента в другом. #все_ответы_в_науке_МИФИ Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий

Сегодня разбираем устройство биполярного p-n-p транзистора. Его структура представляет собой «сэндвич» из трёх слоёв: две внешние области с положительной проводимостью (p-типа) — это эмиттер и коллектор, а между ними — узкая область с отрицательной проводимостью (n-типа), называемая базой. Главное отличие от n-p-n транзистора в том, что здесь основными носителями тока являются не электроны, а «дырки» (условные положительные заряды). Это определяет полярность питающих напряжений: для работы на эмиттер подают отрицательное напряжение относительно базы и коллектора. Принцип работы заключается в управлении сильным током между эмиттером и коллектором с помощью слабого тока базы. Небольшое изменение тока в цепи базы вызывает значительное изменение тока в цепи коллектора, что позволяет использовать транзистор для усиления сигналов. На схемах p-n-p транзистор легко узнать по стрелке на эмиттере, которая направлена внутрь символа. P-n-p транзисторы в основном применяются в паре с n-p-n транзисторами в выходных каскадах усилителей мощности, где они эффективно усиливают отрицательную полуволну сигнала. Также их используют в силовой электронике в качестве верхнего плеча ключа для управления нагрузкой #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий

Виды транзисторов | Часть 1 От смартфонов до космических аппаратов — вся современная электроника основана на транзисторах. Хотя эти устройства бывают десятков видов, сегодня мы подробно разберем два фундаментальных и самых первых типа, которые заложили основу для всей цифровой революции. Сегодня разбираем два самых популярных типа. Мы узнаем, как они работают, в чем их ключевые различия и какие физические принципы позволяют им управлять током. #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий

Туннельный эффект, или как частица проходит сквозь стену Туннельный эффект — это квантовое явление, при котором частица (например, электрон) преодолевает потенциальный барьер, даже если её полной энергии для этого недостаточно. С классической точки зрения это все равно что пройти сквозь стену, не проламывая в ней дыру Вероятность такого перехода зависит от массы частицы, высоты и ширины барьера. Чем уже и ниже барьер — тем выше шанс «просачивания». Туннельный эффект лежит в основе работы сканирующих туннельных микроскопов (позволяющих видеть отдельные атомы), современных транзисторов и диодов и процесса протекания термоядерных реакций в недрах звёзд #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий

Квантовая яма, в которую можно упасть (электрону) Квантовая яма — узкая потенциальная яма, которая ограничивает возможность движения частиц с трех до двух измерений, тем самым заставляя их перемещаться в плоском слое. Квантово-размерные эффекты проявляют себя, когда ширина ямы становится сравнимой с длиной волны де Бройля частиц (обычно электронов или дырок), и приводят к появлению энергетических подзон размерного квантования. Меняя d, можно изменять электронные и оптические свойства гетероструктур (подробно разбирали тут ). #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий

Кремний — песок, который изменил мир В основе любого современного процессора, памяти или микросхемы лежит один главный материал — кремний. Но почему именно он? Окисление: рождение идеального изолятора Ключевое преимущество кремния — его способность вступать в реакцию с кислородом с образованием диоксида кремния (SiO₂). Этот процесс описывается простой химической формулой: Si + O₂ → SiO₂ Получаемое вещество является превосходным изолятором: оно прочное, стабильное и с высочайшей точностью наносится на поверхность кристалла. Именно из диоксида кремния создают затворы транзисторов и изолирующие слои между проводниками в микросхеме. У других полупроводников такого качественного и технологичного «родного» изолятора просто нет. Основа для транзисторов: от сэндвича к платформе Как мы разбирали в прошлом посте, биполярный транзистор представляет собой «сэндвич» из трёх областей кремния с разным типом проводимости. Именно кремний позволяет с ювелирной точностью создавать эти тончайшие слои, легируя его разными примесями. Вся эта структура создаётся на прочной и чистой пластине из кремния — подложке. Подложка служит механическим основанием для будущего чипа и, как правило, является пассивной частью устройства, но без неё было бы невозможно построить многослойную структуру современного процессора. Ширина запрещённой зоны: золотая середина Запрещённая зона — это порог энергии, который носителю заряда (электрону или дырке) нужно преодолеть, чтобы участвовать в проводимости. У кремния этот порог составляет около 1.1 эВ. Эта величина идеальна: она достаточно велика, чтобы схема стабильно работала при комнатной температуре без риска саморазогрева и паразитной проводимости, но и достаточно мала, чтобы для управления током требовались небольшие и экономичные напряжения. Распространённость и стоимость Кремний — второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода. Его основой является обычный песок (SiO₂). Хотя процесс очистки до уровня «электронного качества» (99.9999999%!) невероятно сложен и дорог, исходное сырьё практически бесплатно. Это выгодно отличает его от многих других полупроводниковых материалов. Именно это сочетание факторов — возможность создания изолятора, идеальные свойства для изготовления транзисторов, оптимальная ширина запрещённой зоны и относительная дешевизна — и позволило кремнию стать тем краеугольным камнем, на котором построена вся наша цифровая вселенная. #инженерный_подкаст #все_ответы_в_науке_МИФИ