晶體管用作開關(guān)或雙極結(jié)晶體管或BJT作為開關(guān)的工作原理:當(dāng)開關(guān)處于“OFF”位置時(shí),開關(guān)提供開路(無限電阻),當(dāng)它處于“ON”位置時(shí),開關(guān)提供短路(零電阻)。類似地,在雙極結(jié)型晶體管中,通過控制基極 - 發(fā)射極電流,可以使發(fā)射極 - 集電極電阻幾乎無限或幾乎為零。
在晶體管特性中,存在三個(gè)區(qū)域。他們是
• 截止區(qū)域
• 活動(dòng)區(qū)域
• 飽和區(qū)域
在有源區(qū)中,對(duì)于寬范圍的集電極 - 發(fā)射極電壓(V CE),集電極電流(I C)保持恒定。由于電壓范圍很寬且集電極電流幾乎恒定,如果晶體管在該區(qū)域工作,則會(huì)有明顯的功率損耗。當(dāng)理想開關(guān)關(guān)閉時(shí),電流為零,因此沒有功率損耗。類似地,當(dāng)開關(guān)接通時(shí),開關(guān)兩端的電壓為零,因此沒有再次斷電。當(dāng)我們想要將BJT作為開關(guān)操作時(shí),它必須以這樣的方式操作,使得在ON和OFF狀態(tài)期間的功率損耗幾乎為零或非常低。
只有當(dāng)晶體管僅在特性的邊緣區(qū)域中工作時(shí)才有可能。截止區(qū)域和飽和區(qū)域是晶體管特性中的兩個(gè)邊緣區(qū)域。
在該圖中,當(dāng)基極電流為零時(shí),集電極電流(I C)對(duì)于寬范圍的集電極 - 發(fā)射極電壓(V CE)具有非常小的恒定值。因此,當(dāng)晶體管與基極電流操作≤0時(shí),集電極電流(I C ^ ≈0)非常微小,因此,該晶體管被說成是在OFF狀態(tài),但在同一時(shí)間,跨越該晶體管開關(guān)即我的功率損耗Ç ×V CE因微小的I C而可忽略不計(jì)。
晶體管與輸出電阻R C串聯(lián)連接。因此,通過輸出電阻的電流是
如果晶體管以基極電流I B3工作,其集電極電流為I C1。I C小于I C1,然后晶體管工作在飽和區(qū)。這里,對(duì)于任何小于I C1的集電極電流,將有非常小的集電極 - 發(fā)射極電壓(V CECE1)。因此,在這種情況下,通過晶體管的電流與負(fù)載電流一樣高,但晶體管兩端的電壓(V CE CE1)非常低,因此晶體管中的功率損耗可以忽略不計(jì)。
晶體管表現(xiàn)為ON開關(guān)。因此,對(duì)于使用晶體管作為開關(guān),我們應(yīng)該確保所施加的基極電流必須足夠高以使晶體管保持在飽和區(qū)域,以獲得集電極電流。
因此,從上面的解釋,我們可以得出結(jié)論,雙極結(jié)型晶體管僅在其特性的截止和飽和區(qū)域工作時(shí)才表現(xiàn)為開關(guān)。在切換應(yīng)用中,避免了有源區(qū)域或有源區(qū)域的特性。正如我們已經(jīng)說過的,晶體管開關(guān)的功率損耗非常低,但不是零。因此,它不是一個(gè)理想的開關(guān),但可以作為特定應(yīng)用的開關(guān)。
我們都知道一臺(tái)計(jì)算機(jī)的核心就是處理器(CPU),它的職責(zé)就是運(yùn)算,而CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路,所以我們要想弄清楚計(jì)算機(jī)的運(yùn)算機(jī)制就要了解集成電路是如何具有運(yùn)算能力的,而集成電路是由大量晶體管等電子元器件封裝而成的,所以探究計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力就可以從晶體管的功能入手。
眾所周知,CPU的價(jià)格非常昂貴也就是因?yàn)槔锩娴木w管很多,一個(gè)晶體管的改進(jìn)至少需要上一個(gè)晶體管三年的銷售成本,所以在7nm晶體管研發(fā)出來之后需要資金進(jìn)行研發(fā),在晶體管當(dāng)中圓晶太大發(fā)熱量也就很大,耗電自然也會(huì)非常高,所以晶體管工藝的提高能夠大大的降低發(fā)熱量和耗電量。當(dāng)然說到這里可能大家就非常清楚為什么不繼續(xù)研究5NM的晶體管了,當(dāng)然5nm的晶體管相對(duì)于7NM的晶體管不僅僅是長度場的差距,更大的差距則是在工藝和定律上的差距。
在電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)國際電子器件會(huì)議上提交的一篇論文報(bào)道說,美國麻省理工學(xué)院和科羅拉多大學(xué)的研究人員通過采用化學(xué)蝕刻技術(shù)的升級(jí)版——熱原子級(jí)蝕刻(簡稱TALE)技術(shù),制造了一種超小型三維晶體管,其尺寸僅約目前商用晶體管的一半。
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