Nếu như cơ thể của sinh vật trên trái đất được xây dựng từ hàng triệu tế bào thì “cơ thể” của những thiết bị điện tử tiến hóa từ các bóng bán dẫn hay còn được gọi là transistor anh em ạ. Nếu không phát minh ra transistor thì toàn bộ những thiết bị công nghệ phổ biến và quan trọng như điện thoại, máy tính và cả xe cộ sẽ rất khác biệt và thậm chí là không hề xuất hiện. Trong bài viết này, mời anh em cùng mình tìm hiểu cách các transistor hoạt động và tạo ra thế giới công nghệ ngày nay.

Bóng bán dẫn – transistor là gì?

Trước tiên, nếu anh em lên Google hỏi transistor là gì thì sẽ thấy hàng triệu câu trả lời rằng đây là một loại vật liệu bán dẫn, có các cực N, P gì gì đó rất là khó hiểu. Vì vậy, trong bài này mình sẽ không cố gắng giải thích các khái niệm khô khan này mà sẽ giải thích cách transistor hoạt động cho anh em dễ hình dung. 

Còn về cơ bản thì transistor giống như một cái công tắc, thay vì anh em phải tự tay bật tắt thì nó sẽ có cách bật tắt tự động. Thông thường, các transistor sẽ có hình dạng như hình bên dưới và to bằng hạt đậu xanh, còn nếu trong CPU thì có kích thước cỡ 14nm hay 7nm thôi, dùng kính hiển vi thì mới soi được nhé anh em.

Transistor trong CPU của Intel

Người ta đặt tên cho 3 chân của transistor là base (B), collector (C) và emitter(E) và mỗi chân này sẽ có nhiệm vụ khác nhau. Bên cạnh đó, transistor còn được phân ra làm hai loại là PNP và NPN có cách hoạt động khác nhau, nhưng chức năng chính vẫn là công tắc nhé, mình sẽ giải thích sự khác biệt ở phần tiếp theo.

Cách transistor hoạt động

Cách hoạt động của transistor cũng rất đơn giản, chúng ta sẽ nối cực dương của nguồn điện vào chân C, nối cực âm vào chân E, còn chân B thì nối với một nguồn điều khiển. Nếu có điện truyền vào chân B thì sẽ kích hoạt trong transistor hoạt động. Anh em lưu ý là vị trí chân E và C của hai loại NPN hoặc PNP sẽ khác nhau, hình bên dưới là hình của loại PNP nhé.

Như mình vừa đề cập ở trên, có hai loại transistor là PNP và NPN, loại PNP này sẽ luôn luôn cho dòng điện đi xuyên qua, khi có dòng điện đi vào chân B thì sẽ ngắt không cho điện đi qua nữa. Còn loại transistor NPN thì sẽ không có sẵn điện, chỉ khi có điện đi vào chân B thì transistor mới cho phép điện đi qua. Nếu anh em đọc thấy hơi khó hiểu thì xem hình minh họa ở bên dưới nhé.

Nếu anh em thắc mắc dòng điện của chân B từ đâu xuất hiện thì đó dòng điện từ nhiều thứ khác nhau như từ một con chip, một cái cảm biến, thậm chí là từ chân C của một con transistor khác nối với nhau. Nói chung, là anh em có thể dùng rất nhiều thứ khác nhau để điều khiển transistor đóng mở công tắc và tùy theo độ sáng tạo và trình độ của người thiết kế mạch mà transistor sẽ được biến hóa làm nhiều thứ khác.

Nguyên tắc hoạt động của transistor chỉ đơn giản như vậy thôi và cả các transistor siêu nhỏ trong con chip xử lý của máy tính cũng hoạt động theo nguyên tắc đóng mở công tắc này thôi. Với khả năng đóng mở công tắc điện thì transistor chính là thứ tạo nên các tín hiệu nhị phân 10001010 được máy tính sử dụng, có điện đi qua là 1, không có điện là 0 nhé. Tuy nhiên, transistor bên trong các con chip của máy tính không đứng riêng lẻ một mình là được nối lại với nhau với số lượng cực lớn nha anh em. Trong các dòng CPU Epyc dựa trên kiến trúc Zen 2 của AMD có đến 39.54 tỷ bóng bán dẫn bên trong, còn các dòng GPU dựa trên kiến trúc Ampere của Nvidia thì có đến 54 tỷ bóng bán dẫn. Anh em có thể tham khảo bản thiết kế nội thiết của một con chip ngay bên dưới, số lượng có lẽ không nhiều bằng hai loại chip mình vừa giới thiệu nhưng vẫn đủ làm chúng ta không nhìn thấy được gì.

Nguồn: Wikipedia