Modelo de transistor cruzado impreso en 3D

Los transistores son, sin duda, uno de los mayores inventos de la humanidad. Sin embargo, el tamaño asociado conlleva una complejidad sin precedentes bajo el capó. Para comprender completamente cómo funciona un transistor, ¡uno necesita saber algo de Mecánica Cuántica! Como cualquier estudiante estadounidense podría decirle, una de las presentaciones más difíciles es en realidad la física de semiconductores.

Seleccionar: ecuaciones matemáticas que gobiernan las diversas corrientes dentro de BJT

Un buen lugar para comenzar a comprender cualquier cosa compleja es tener a mano un modelo preciso, pero lo más importante, tangible. Los semiconductores son bastante difíciles de describir con elaboradas herramientas matemáticas, ¿es demasiado pedir un modelo físico?

[Chuck] diseñó, imprimió y explicó el funcionamiento de un transistor BJT utilizando un modelo impreso en 3D. Realmente nos gusta este modelo porque ayuda mucho a iluminar algunas de las características más sutiles de los transistores BJT para principiantes.

Por ejemplo, el modelo más simple de “interruptor electrónico” ignora por completo la aplicación de un transistor como amplificador lineal y no puede usarse para explicar parámetros importantes del transistor como hfe (ganancia de corriente CC Beta) o el VBE (voltaje para reenviar la base – empalme de emisión). [Chuck’s] un modelo, por otro lado, ofrece ciertamente una mejor intuición de estos, ya que el primero se puede atar a la longitud del brazo de la palanca y el segundo a la fuerza mínima requerida para girar la palanca. ¡La estructura T incluso significa la combinación de la corriente base con la corriente colectora durante el funcionamiento!

Si no le gustan los modelos físicos, la imagen pictórica clásica, el “Hombre transistor” en el arte de la electrónica, puede interesarle. Si incluso ha ido más allá de eso, es hora de profundizar en la mecánica cuántica.

  • me dice:

    Oh hombre .. ¡¡¡Así que tengo que terminar de montar mi impresora 3D !!!

  • chuck hellebuyck dice:

    Gracias por publicar mi video.

  • Ted Huntington dice:

    Excelente analogía: en mi opinión, el agua es una de las analogías mejores y más fáciles de entender con la corriente eléctrica, al igual que un automóvil eléctrico, se derraman partículas para cargarla y dejar que la batería pase por el motor. Creo que es la sensación de que la ciencia y la física deberían dejarse en manos de expertos y son demasiado complicadas para la gente promedio, un esfuerzo por “perder al público” cuando se trata de ciencia y tecnología.

    • Dax dice:

      No es una gran analogía.

      Está construido completamente mal. La trampilla para la trayectoria del emisor de la base debe llevarse al otro lado de la trampilla del emisor del colector. Si está pensando en lo que sucedería si fuera un sistema hidráulico o neumático eficaz, la presión del tubo colector simplemente empujaría la solapa de la base y necesitaría tener más presión (tensión) en la base que su colector para abrir. el transistor. No es así como se comporta un transistor.

      En lugar de una unión en T, debería haber un tubo paralelo separado desde la base hasta el emisor.

      • Dax dice:

        Sin embargo, la solución es muy sencilla. Simplemente cambie el colector y el emisor, y funciona como debería funcionar un transistor.

        Es fácil ver cómo no funcionará en esta configuración. Suponga que el transistor está cerrado y tiene una “batería” que da 10 psi en el colector. ¿Cuánta presión necesita sobre la base y luego para abrir la solapa de la base? Más de 10 psi, pero no tiene más de 10 psi, por lo que su transistor no se puede abrir.

        Si pretendemos que 1 psi es 1 voltio, un transistor adecuado tendría una contrapresión de aproximadamente 0,6 psi contra la válvula base, y para eso necesitaría un tubo separado para el emisor, que se supone que es 0 psi, y un resorte que colapsa a 0,6 psi de presión. Cualquier cosa por encima de 0,6 psi en la base comenzaría a abrir la tapa del colector-emisor, y cualquier cosa debajo la cerraría.

  • TheRegnirps. dice:

    “Ecuaciones matemáticas que gobiernan las distintas corrientes dentro de BJT”. Creo que describen los flujos. Se puede utilizar una ecuación para gobernar la compra y venta de acciones. ITNOA

  • AndyPanda dice:

    WOW, PNP y NPN, todo en un solo artículo. ¡Prestigio!

  • Laboratorios piratas dice:

    Muy bien hecho. Esta es una gran herramienta de aprendizaje.

    • Ostraco dice:

      Ciertamente mejor que mi idea de “usar una máquina de juego”.

  • treinta y uno dice:

    Excepcionalmente, es difícil mostrar un modelo físico a macroescala sensible de un transistor bipolar que sea similar a cómo funciona físicamente. Es una coincidencia de la naturaleza que estos se inventaron antes de los MOSFET y sean más fáciles de producir, lo que da como resultado una mejor disponibilidad comercial de BJT discretos en la actualidad para los aficionados, razón por la cual, en parte, todavía se usan con tanta frecuencia en circuitos básicos.

    Una parte fundamental de la función de BJT es que se trabaja en un régimen de tamaño en el que las longitudes de difusión características son más largas que la longitud real de los canales dopados. Si su modelo no puede modelar esto, probablemente no esté modelando cómo funciona BJT en absoluto. Seguramente hay una analogía fluida, pero de manera similar, las escalas de difusión para líquidos también estarán en la microescala, por lo que en realidad no puedo pensar en ningún buen fenómeno de macroescala que funcione como BJT. Realmente, la función no tiene mucho sentido con ninguna analogía física, creo.

    Los FET son mucho más fáciles. El modelo de “puerta” que se muestra en este video es casi visible. El funcionamiento es mucho más intuitivo que la difusión.

América Aguilar
América Aguilar

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