כתבת המעבדים הגדולה חלק א': מעבדים, אלקטרוניקה וקצת כימיה

מהו טרנזיסטור?

לפני המצאת הטרנזיסטור הגברה ומיתוג נעשו ע"י שפורפרות ומתגים אלקטרוניים ששלטו על מעגלים אחרים, כך שלטו על תהליכים ויכלו ע"י רצף לוגי של מתגים ליצור בעצם מערכת קבלת החלטות אלקטרונית יחסית מגושמת אך יעילה לשימושים רבים בתעשיה ואפילו בחלליות ומערכות נשק.

אז כמו שכבר הבנתם שני תפקידיו היחידים של הטרנזיסטור הם:
1- מגבר
2- מתג
מגבר – כמו שכבר כתבתי הגברה במערכות ומכשירי רדיו ישנים התבצעה ע"י מנורות או שפורפרות (Vacuum Tube) שעל דרך פעולתן נרחיב אולי בפעם אחרת:
הטרנזיסטור עושה את אותה פעולה בעלות של כמה סנטים בודדים ובגודל של מחק של עפרון.
לשם השוואה שפורפרת עולה 100$ – 250$ ואפילו יותר, גודלה קצת פחות מנורה רגילה והיא רגישה לטילטולים.
הטרנזיסטור לעומת זאת קטן מאד, זול מאד כמה סנטים בודדים והוא אינו רגיש לטילטולים(למרות שצליל המופק ממגבר שפורפרות הרבה יותר חם, איכותי ואמין לאוזן של האודיופילים שבנינו).

מתג – דווקא תכונה זו היא שמעניינת אותנו והיא בעצם הבסיס לרעיון שמפעיל את המעבד.בדוגמה שלפנינו אנו רואים איך מיתגו בעבר באמצעות אלקטרומגנט(סליל המלופף סביב גליל ברזל, כאשר מעבירים בסליל זרם חשמלי הגליל הופך באופן זמני למגנט), מה שנוצר בסופו של דבר זה מתג הממתג בין שני מעגלים שונים בעזרת מעגל שליטה שלישי.

בואו נשווה את הדוגמה שראינו למכונה במפעל למילוי בקבוקים בשנת 1942 למשל:
1 – מנקודה C זורם כל הזמן זרם חשמלי במתח של V220.
2 – לשם ההמחשה, מעגל 1 ו-2 מחוברים לחישן על פס היצור שתפקידו לזהות אם יש בקבוק כרגע מתחת לברז, כל זמן שאין בקבוק החישן לא מעביר זרם(0 – אין זרם) וגליל המתכת חסר תכונות של מגנט(המעגל הזה משמש רק לשליטה ובקרה על התהליך והוא מתבצע במתח נמוך משאר חלקי המכונה).
3 – כל זמן שהאלקטרומגנט כבוי עובר זרם מנקודה C לנקודה B.
4 – נניח ש-B מחובר לפס היצור ומסובב את המנוע שמקדם את הבקבוקים אל הברז.
5 – הבקבוקים מתקדמים בטור וברגע שהחישן מזהה שיש בקבוק מתחת לברז הוא מעביר זרם מנקודה 1 ל-2 ומפעיל את האלקטרומגנט(1 – יש זרם).
6 – האלקטרומגנט מושך את המתג וסוגר את מעגל C ו-A , כרגע מעגל B לא מקבל מתח והמנוע שמקדם את הבקבוקים עוצר.
7 – כתוצאה מחיבור נקודה A נפתח הברז, הבקבוק התמלא והתהליך חוזר חלילה.

פשוט אבל עובד!, למעשה נדרשו מערכות שליטה ובקרה מאד גדולות ומגושמות גם בגלל גודלם הפיסי של המתגים וגם בגלל המורכבות והחיווט שנדרשו בשביל לבצע מספר פעולות פשוטות.היום מחשב המכיל עשרות מיליוני מתגים כאלו (טרנזיסטורים) יכול לבקר על כל התהליך מתחילתו עד סופו מבלי להשמיט אף פרט.

הטרנזיסטור הוא ישום מתקדם יותר של עקרון הדיודה, במקום שתי שכבות מוליכים N ו-P שמים שלוש שכבות, טרזיסטור יכול להיות סנדוויץ' PNP וגם NPN.

אם ננסה להעביר זרם דרך הסדוויץ' הוא לא יעבור לשני הכיוונים, לעומת זאת אם נעביר כמות קטנה של זרם לשכבה האמצעית יצא זרם חזק הרבה יותר מהטרנזיסטור, עקרון זה בעצם נותן לטרנזיסטור את שתי תכונותיו הכל כך חשובות: מיתוג והגברה.
מתח קטן יכול להפעיל ולכבות מתח גדול.

קודם הזכרתי שני מצבים בסיסיים שעליהם מבוססת כל האלקטרוניקה הדיגיטלית היום:
0 – אין זרם.
1 – יש זרם.
כל התאוריה הזו מבוססת על המתמטיקה הבינארית וקשורה באופן ישיר לדרך פעולתו של המעבד.
למי שרוצה לחקור בנושא ולהבין יותר לעומק מהיא מתמטיקה בינארית(Binary Math)? או לוגיקה בוליאנית (Boolean Logic), מוזמן לקרוא את כתבתו של ניצן זיפמן כאן באתרינו על עקרונות המיחשוב הבסיסי. בעקרון הכתבה חיונית להבנת הרעיון שמפעיל את המעבד(בעיקר עם המושגים: שער לוגי, ביטים – Bits ובתים – Bytes לא מצלצלים מוכרים).