【李家同】為台灣加油打氣專欄_(93)可以容忍大電流的電晶體

張貼者:2017年2月6日 下午9:26台灣精密工程學會   [ 已更新 2017年2月6日 下午9:26 ]

如果一個城市有很多人,家家戶戶都要用水,自來水廠必須提供相當多的水,現在請看圖一:

 

圖一

    任何一個積體電路,裡面必定有很多的電晶體,每一個電晶體都會吃電流。雖然電流很小,但是因為電晶體的數目多,所以積體電路內所需要的電流仍然是非常大的。因此我們永遠在積體電路外面有一個電源供應器,供應很大的電流。

    可是電源供應器裡面也有電晶體,其中必定有一個電晶體要有大電流通過,所以問題來了,如何設計這種特別的電晶體?請看圖二:

 

圖二

     我們現在常用的電晶體就是像圖二裡面的那種,汲極一定要連上一個電壓,否則電晶體裡面不可能有電流。電壓越高,電流越大。這是普通高中生都知道的事情,可是問題來了,電壓大了,汲極可能會崩潰。如何能防止汲極崩潰,我們就要知道汲極的材料是一種半導體,但是半導體必須加入雜質,否則沒有用的,如圖三:

 

圖三

     雜質的功用是很難解釋的,我無法在這裡解釋。可是我可以這麼說,一旦雜質放到了半導體裡面,就有如一間房子裡面有很多活潑的小孩。平常這些小孩是不太胡鬧的,大人管他們管得很嚴,每次只要少數小孩可以跑出去玩。如果大人說小孩都可以出去,這些小孩子可能蜂湧而出,結果把門弄破了。     

     所謂高壓,就是讓小孩子大批出去。所以我們的工程師就想出一個辦法,他們在製造電晶體的時候,將雜質減少,雜質減少就等於小孩子的數目減少了。對電機工程師而言,這表示電流會少,電流少當然汲極就不會崩潰,但是我們當初不是要大電流嗎?現在電流少了怎麼辦?

     我們要知道,電流少了其實是表示電阻大了,這也是高中生該知道的。所以要如何使得電阻變小呢?我們有一個辦法,那就是將電阻並聯起來。我又要說這是高中物理有教過的,如果你不懂,你就請記住我的話:

 並聯可以使電阻變小

     所以我們的工程師就將大批的電晶體並聯起來,如圖四:

 

圖四

    一共並聯多少個電晶體呢?信不信由你,一共並聯1000萬個電晶體。唯有如此才可以提供大電流,這1000萬個電晶體便成了一個電晶體。這個電晶體的電壓可以高到900伏特,電流可以大到200安培。

     又有一個問題要克服,每一個電晶體內都有一些叫寄生電容,這是電機工程師最痛恨的,所以必須要去之以愉快。可是如何去掉呢?那些工程師不願意透露,因為這是機密。我只能說這種減少寄生電容的學問建築在對半導體製程的瞭解上,如果你對半導體製程搞不清楚,當然這種大電流的電晶體就做不出來了。

     我們必須知道大電流的電晶體是相當重要的,我們的電腦以及很多的馬達都需要用到電源供應器,而電源供應器內一定要有大電流的電晶體。我們應該慶幸我們有一批肯下苦功的工程師,做了很久的研究,使我們國家能夠製造這種電晶體。重要的是,製造這種大電流電晶體的公司都擁有關鍵性的技術,而這個技術不是向外國購買的。

     年輕的工程師也不必成天想創業,先到一些有技術的公司去做事,你一定會發現你懂得非常之少。


李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長

 劃撥帳號:22482053

(300)新竹市光復路清華大學資訊工程系 

網站http://erdos.csie.ncnu.edu.tw/~rctlee/article/index.htm
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