Номер 1, страница 337 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Применение транзисторов в технике.

Транзистор — это полупроводниковый электронный компонент, который является основой практически всей современной электроники. Изобретенный в 1947 году, он произвел революцию в технике, заменив громоздкие и энергоемкие вакуумные лампы. Ключевое преимущество транзисторов — их малый размер, низкое энергопотребление, высокая надежность и возможность массового производства, что позволило создавать сложнейшие интегральные схемы. Практически любое электронное устройство, от смартфона до космического корабля, содержит в себе от нескольких до триллионов транзисторов.

Все многообразие применений транзисторов основано на двух их главных функциях: усиление электрического сигнала и работа в качестве электронного переключателя (ключа).

Применение в качестве электронного ключа

В ключевом режиме транзистор может находиться в двух состояниях: "открыт" (пропускает ток, что соответствует логической "1") или "закрыт" (не пропускает ток, что соответствует логическому "0"). Это свойство является фундаментом для всей цифровой техники:

• Микропроцессоры и логические схемы: Центральные (CPU) и графические (GPU) процессоры состоят из миллиардов транзисторов, объединенных в логические элементы (И, ИЛИ, НЕ). Эти элементы выполняют все арифметические и логические операции, лежащие в основе компьютерных вычислений.

• Память: В ячейках оперативной памяти (DRAM) и постоянной флеш-памяти (в SSD-накопителях и USB-флешках) транзисторы используются для хранения битов информации.

• Коммутация сигналов: Транзисторы используются для переключения различных цепей в сложных устройствах, например, в мультиплексорах, которые выбирают один из нескольких входных сигналов и передают его на выход.

Применение в качестве усилителя

В усилительном (аналоговом) режиме транзистор позволяет управлять большим током в выходной цепи (например, коллектор-эмиттер) с помощью малого тока или напряжения на управляющем входе (база или затвор). Коэффициент усиления может достигать сотен и тысяч раз.

• Аудиотехника: Транзисторы являются основным элементом усилителей звука в стереосистемах, наушниках, слуховых аппаратах и системах оповещения. Они усиливают слабый сигнал с микрофона или плеера до мощности, достаточной для работы динамиков.

• Радиосвязь и телевидение: В передатчиках транзисторы усиливают высокочастотные сигналы до необходимой мощности для излучения в эфир. В приемниках они, наоборот, усиливают очень слабый сигнал, принятый антенной, чтобы его можно было детектировать и преобразовать в звук или изображение.

• Измерительная техника и датчики: Многие датчики (например, фотодиоды, тензодатчики) генерируют очень слабый электрический сигнал. Транзисторные усилители (в том числе в составе операционных усилителей) повышают уровень этого сигнала для его последующей обработки и измерения.

Применение в силовой электронике

Особый класс мощных транзисторов (например, MOSFET, IGBT) способен коммутировать и регулировать большие токи и напряжения, что находит применение в следующих областях:

• Источники питания: В современных импульсных блоках питания (в компьютерах, зарядных устройствах) мощные транзисторы работают в ключевом режиме с высокой частотой, что позволяет создавать компактные, легкие и очень эффективные преобразователи напряжения.

• Управление электродвигателями: В электромобилях, промышленном оборудовании, бытовой технике (стиральные машины, кондиционеры) транзисторные инверторы преобразуют постоянный ток в переменный нужной частоты и амплитуды для точного управления скоростью и мощностью двигателей.

• Осветительная техника: Драйверы для светодиодных (LED) ламп и лент используют транзисторы для стабилизации тока и регулировки яркости (диммирования).

Ответ: Транзисторы применяются в технике в качестве: 1) высокоскоростных электронных ключей, что является основой всей цифровой техники (процессоры, память, логические схемы); 2) усилителей электрических сигналов в аналоговой аппаратуре (аудиотехника, радиосвязь, измерительные приборы); 3) мощных переключателей и регуляторов в силовой электронике (блоки питания, системы управления электродвигателями, инверторы).