How transistors work - Gokul J. Krishnan

Μετάφραση: Dimitris Mardakis Επιμέλεια: Georgios Kalemis

Οι σύγχρονοι υπολογιστές αλλάζουν τη ζωή μας,

Modern computers are revolutionizing our lives,

performing tasks unimaginable only decades ago.

εκτελώντας εργασίες που δεν φανταζόμασταν δεκαετίες πριν.

This was made possible by a long series of innovations,

Αυτό έγινε δυνατό με μία μεγάλη σειρά από καινοτομίες,

but there's one foundational invention that almost everything else relies upon:

αλλά υπάρχει μία θεμελιώδης εφεύρεση στην οποία βασίζονται σχεδόν τα πάντα:

the transistor.

το τρανζίστορ.

Τι είναι λοιπόν αυτό,

So what is that,

and how does such a device enable all the amazing things computers can do?

και πώς μια τέτοια συσκευή υλοποιεί όλα όσα μπορούν να κάνουν οι υπολογιστές;

Στη βάση τους, οι υπολογιστές κάνουν ό,τι λέει και το όνομά τους,

Well, at their core, all computers are just what the name implies,

machines that perform mathematical operations.

δηλαδή είναι μηχανές που εκτελούν μαθηματικές πράξεις.

The earliest computers were manual counting devices,

Οι πρώτοι υπολογιστές ήταν χειροκίνητες συσκευές καταμέτρησης,

like the abacus,

όπως o άβακας,

while later ones used mechanical parts.

ενώ μετά χρησιμοποιήθηκαν μηχανικά μέρη.

What made them computers was having a way to represent numbers

Αυτό που τους έκανε υπολογιστές ήταν ο τρόπος απεικόνισης των αριθμών

and a system for manipulating them.

και ένα σύστημα διαχείρισης τους.

Οι Η/Υ λειτουργούν παρομοίως,

Electronic computers work the same way,

but instead of physical arrangements,

αλλά αντί για φυσικές διατάξεις

the numbers are represented by electric voltages.

τους αριθμούς αντιπροσωπεύουν ηλεκτρικές τάσεις.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

Οι περισσότεροι H/Y χρησιμοποιούν ένα είδος μαθηματικών, την Άλγεβρα Μπουλ

that has only two possible values,

στην οποία υπάρχουν μόνο δύο πιθανές τιμές,

the logical conditions true and false,

οι λογικές συνθήκες σωστό και λάθος

denoted by binary digits one and zero.

που δηλώνονται με τα δυαδικά ψηφία ένα και μηδέν,

They are represented by high and low voltages.

και αντιπροσωπεύονται από ψηλές και χαμηλές τάσεις.

Equations are implemented via logic gate circuits

Οι εξισώσεις υλοποιούνται μέσω κυκλωμάτων λογικών πυλών.

that produce an output of one or zero

που εξάγουν το ένα ή το μηδέν,

ανάλογα με το αν οι είσοδοι ικανοποιούν μια ορισμένη λογική δήλωση.

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

Αυτά τα κυκλώματα εκτελούν τρεις βασικές λογικές λειτουργίες,

These circuits perform three fundamental logical operations,

conjunction, disjunction, and negation.

σύνθεση, διάζευξη, και άρνηση.

Η σύνθεση λειτουργεί με μία πύλη AND που παρέχει έξοδο υψηλής τάσης

The way conjunction works is an "and gate" provides a high-voltage output

only if it receives two high-voltage inputs,

μόνο αν λάβει δύο εισόδους υψηλής τάσης,

and the other gates work by similar principles.

ενώ και οι άλλες πύλες λειτουργούν με παρόμοιες αρχές.

Τα κυκλώματα μπορούν να συνδυαστούν για να εκτελεστούν σύνθετες λειτουργίες,

Circuits can be combined to perform complex operations,

like addition and subtraction.

όπως πρόσθεση και αφαίρεση.

And computer programs consist of instructions

Τα προγράμματα των υπολογιστών αποτελούνται από εντολές

for electronically performing these operations.

για την εκτέλεση των πράξεων.

This kind of system needs a reliable and accurate method

Αυτό το σύστημα χρειάζεται μία αξιόπιστη και ακριβή μέθοδο,

for controlling electric current.

για τον έλεγχο του ηλεκτρικού ρεύματος.

Early electronic computers, like the ENIAC,

Οι πρώτοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, όπως ο ENIAC,

used a device called the vacuum tube.

χρησιμοποιούσαν μια συσκευή τον "σωλήνα κενού"

Its early form, the diode,

Η πρώιμη μορφή του, η δίοδος,

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια μέσα σε ένα κενό γυάλινο δοχείο.

Applying a voltage to the cathode makes it heat up and release electrons.

Εφαρμόζοντας τάση στην κάθοδο, αυτή θερμαίνεται και απελευθερώνει ηλεκτρόνια.

Εάν η άνοδος έχει ένα ελαφρά υψηλότερο θετικό δυναμικό,

If the anode is at a slightly higher positive potential,

the electrons are attracted to it,

τα ηλεκτρόνια έλκονται από αυτό,

completing the circuit.

ολοκληρώνοντας το κύκλωμα.

This unidirectional current flow could be controlled

Η προσανατολισμένη ροή ηλεκτρονίων μπορεί να τροποποιηθεί

by varying the voltage to the cathode,

μεταβάλλοντας την τάση της καθόδου,

which makes it release more or less electrons.

που την αναγκάζει να ελευθερώνει περισσότερα ή λιγότερα ηλεκτρόνια.

The next stage was the triode,

Το επόμενο βήμα ήταν η τρίοδος,

which uses a third electrode called the grid.

που χρησιμοποιεί ένα τρίτο ηλεκτρόδιο που ονομάζεται "πλέγμα",

This is a wire screen between the cathode and anode

που είναι ένα συρμάτινο πλέγμα μεταξύ της καθόδου και της ανόδου,

through which electrons could pass.

μέσω των οποίων μπορούν να περάσουν τα ηλεκτρόνια.

Varying its voltage makes it either repel

Μεταβάλλοντας την τάση του, μπορεί είτε να απωθεί

or attract the electrons emitted by the cathode,

ή να έλκει τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο,

thus, enabling fast current-switching.

επιτρέποντας έτσι τη γρήγορη εναλλαγή του ρεύματος.

The ability to amplify signals also made the triode crucial for radio

Η ενίσχυση των σημάτων κατέστησε την τρίοδο απαραίτητη για τη ραδιοφωνία

and long distance communication.

και την επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων.

Αλλά παρά την πρόοδο, οι σωλήνες κενού ήταν αναξιόπιστοι και ογκώδεις.

But despite these advancements, vacuum tubes were unreliable and bulky.

With 18,000 triodes, ENIAC was nearly the size of a tennis court

Με 18.000 τριόδους, ο ENIAC είχε σχεδόν το μέγεθος ενός γηπέδου τένις

and weighed 30 tons.

και ζύγιζε 30 τόνους.

Οι σωλήνες χαλούσαν κάθε δεύτερη μέρα,

Tubes failed every other day,

and in one hour, it consumed the amount of electricity used by 15 homes in a day.

και σε μια ώρα, κατανάλωνε την ημερήσια ηλεκτρική ενέργεια 15 σπιτιών.

The solution was the transistor.

Η λύση ήταν το τρανζίστορ.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

Αντί των ηλεκτροδίων, χρησιμοποιεί ένα ημιαγωγό,

like silicon treated with different elements

από, πυρίτιο συνδιασμένο με διαφορετικά στοιχεία

to create an electron-emitting N-type,

για να δημιουργηθεί ο τύπος Ν που εκπέμπει ηλεκτρόνια,

and an electron absorbing P-type.

και ο τύπος Ρ που προσλαμβάνει ηλεκτρόνια.

These are arranged in three alternating layers

Είναι χωρισμένο σε τρία εναλλασσόμενα στρώματα

with a terminal at each.

συνδεδεμένα με αγωγούς.

The emitter, the base, and the collector.

Τον πομπό, τη βάση και τον συλλέκτη.

In this typical NPN transistor,

Σε αυτό το τυπικό τρανζίστορ NPN,

due to certain phenomena at the P-N interface,

λόγω φαινομένων στην διεπαφή Ρ-Ν,

a special region called a P-N junction forms between the emitter and base.

σχηματίζεται μια περιοχή που ονομάζεται σύνδεση P-N μεταξύ πομπού και βάσης.

It only conducts electricity

και εκεί δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα,

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

όταν η τάση υπερβεί κάποιο ελάχιστο όριο.

Otherwise, it remains switched off.

Αλλιώς το κύκλωμα παραμένει κλειστό.

In this way, small variations in the input voltage

Με αυτόν τον τρόπο, μικρές μεταβολές στην τάση εισόδου,

can be used to quickly switch between high and low-output currents.

δημιουργούν ταχύτατες διακοπές ρευμάτων υψηλής και χαμηλής έντασης.

Τα πλεονεκτήματα του τρανζίστορ είναι η απόδοση και το μέγεθος.

The advantage of the transistor lies in its efficiency and compactness.

Because they don't require heating, they're more durable and use less power.

Επίσης δεν απαιτεί θέρμανση και χρησιμοποιεί λιγότερη ενέργεια.

ENIAC's functionality can now be surpassed by a single fingernail-sized microchip

Η Ικανότητα του ENIAC έχει ξεπεραστεί από ένα μικροτσίπ μεγέθους νυχιού,

containing billions of transistors.

που περιέχει δισεκατομμύρια τρανζίστορ.

At trillions of calculations per second,

Με τρισεκατομμύρια υπολογισμούς το δευτερόλεπτο,

today's computers may seem like they're performing miracles,

οι σημερινοί υπολογιστές μπορεί να μοιάζουν σαν να εκτελούν θαύματα,

but underneath it all,

αλλά κάτω απ' όλ' αυτά,

each individual operation is still as simple as the flick of a switch.

κάθε μεμονωμένη λειτουργία παραμένει τόσο απλή όσο το άνοιγμα ενός διακόπτη.