ඔබ මේ මොහොතේ ඔබගේ ජංගම දුරකථනයෙන් මෙම ලිපිය කියවනවා විය හැකිය. නැතහොත් ලැප්ටොප් පරිගණකයේ තිරය දෙස බලා සිටිනවා විය හැකිය. සමහරවිට ඔබගේ සාලයේ ඇති රූපවාහිනියෙන් ප්‍රවෘත්ති විකාශය වේ. මේ සියලු උපාංග පිටුපස, අපගේ ඇසට නොපෙනෙන, එහෙත් නූතන ලෝකයම තම කර මත තබාගෙන සිටින නිහඬ විප්ලවවාදියෙකු සිටී. ඔහුගේ නම “ට්‍රාන්සිස්ටරය” යි. එය නූතන ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ මුල් ගල වන අතර, 20 වන සියවසේ බිහිවූ විශිෂ්ටතම සොයාගැනීම ලෙස බොහෝ දෙනා විසින් සලකනු ලබයි.
අද අපි මේ පුංචි යෝධයාගේ කතාව මුල සිට සරලව දිග හරිමු.
ට්‍රාන්සිස්ටරයට පෙර යුගය: රික්තක නළ වල රාජධානිය
ට්‍රාන්සිස්ටරය බිහිවීමට පෙර, ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථවල රජකම් කළේ “රික්තක නළ” (Vacuum Tubes) නම් වූ උපකරණයයි. මේවා වීදුරු බල්බ මෙන් විශාල, බිඳෙනසුලු, අධික තාපයක් පිට කරන සහ විශාල විදුලි බලයක් කා දමන දැවැන්තයන් විය. ප්‍රථම පරිගණකය ලෙස සැලකෙන “එනියැක්” (ENIAC) පරිගණකය, කාමරයක් තරම් විශාල වීමටත්, නගරයකට අවශ්‍ය තරම් විදුලිය පාවිච්චි කිරීමටත් ප්‍රධාන හේතුව වූයේ එහි අඩංගු වූ දහස් ගණනක් වූ මෙම රික්තක නළයි. එම නිසා, තාක්ෂණය ඉතා මිල අධික, විශාල සහ සාමාන්‍ය ජනතාවට ළඟා විය නොහැකි දෙයක්ව පැවතුනි.
විප්ලවයක උපත: බෙල් ලැබ්හි ඓතිහාසික මොහොත
1947 වසරේ ඇමරිකාවේ බෙල් පර්යේෂණාගාරයේදී (Bell Labs), විද්‍යාඥයින් තිදෙනෙකු වූ ජෝන් බාර්ඩීන්, වෝල්ටර් බ්‍රැටේන් සහ විලියම් ෂොක්ලි, ඉතිහාසය වෙනස් කළ සොයාගැනීමක් සිදු කළහ. ඔවුන් රික්තක නළ වෙනුවට ආදේශ කළ හැකි, කුඩා, ශක්තිමත් සහ අඩු බලයකින් ක්‍රියාත්මක වන උපකරණයක් නිපදවූ අතර, එයට “ට්‍රාන්සිස්ටරය” යන නම තැබූහ. මෙම ට්‍රාන්සිස්ටරය සොයාගැනීම වෙනුවෙන් ඔවුන් තිදෙනාට නොබෙල් ත්‍යාගයද හිමි විය. එය නූතන ඩිජිටල් යුගයේ ආරම්භක වෙඩිමුරය විය.
සරලවම, එය ක්‍රියා කරන්නේ කෙසේද? – වතුර කරාමයේ කතාව
ට්‍රාන්සිස්ටරයක ක්‍රියාකාරීත්වය තේරුම් ගැනීමට ඇති හොඳම සහ සරලම ක්‍රමය නම් එය වතුර කරාමයකට (tap) උපමා කිරීමයි.
ට්‍රාන්සිස්ටරයකට ප්‍රධාන අග්‍ර (කකුල්) තුනක් ඇත:
සංග්‍රාහකය (Collector): ප්‍රධාන විදුලි සැපයුම ලැබෙන තැන. (වතුර කරාමයට වතුර සපයන ප්‍රධාන බටය ලෙස සිතන්න).
විමෝචකය (Emitter): පාලනය කළ විදුලිය පිටවන තැන. (වතුර එළියට එන කරාමයේ කට ලෙස සිතන්න).
පාදම (Base): පාලනය සිදුකරන අග්‍රය. (වතුර පාර පාලනය කරන කරාමයේ මිට ලෙස සිතන්න).
ඔබ කරාමයේ මිට (පාදම) ඉතා කුඩා බලයකින් කරකවා, ප්‍රධාන බටයෙන් (සංග්‍රාහකය) එන විශාල වතුර පාරක් (විදුලි ධාරාවක්) පාලනය කරනවා නේද? ට්‍රාන්සිස්ටරය කරන්නේද එයමය. පාදමට දෙනු ලබන ඉතා කුඩා විදුලි සංඥාවකින්, සංග්‍රාහකය සහ විමෝචකය අතර ගලායන ඉතා විශාල විදුලි ධාරාවක් පාලනය කිරීම එහි මූලික සිද්ධාන්තයයි.
මෙම පින්තූරය 1948දී ගත්, ඉතා ප්‍රසිද්ධ වූ විද්‍යාත්මක ඡායාරූපයකි. එය ට්‍රැන්සිස්ටරය (transistor) ආවේශකයන් වන ජෝන් බර්ඩීන් (John Bardeen), වෝල්ටර් බ්‍රැටේන් (Walter Brattain), හා විලියම් ශොක්ලී (William Shockley) – තිදෙනා එක්ව පෙන්වා දක්වන මොහොතකි. ( මෙහි මුල් චායාරූපය කලුසුදු වන අතර මෙය කෘතීම බුද්ධිය ආධාරයෙන් මා විසින් වර්ණ ගන්වන ලදී. )
ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්ද්‍රජාලික කාර්යන් දෙක
මෙම සරල න්‍යාය මත පදනම්ව, ට්‍රාන්සිස්ටරය ප්‍රධාන වශයෙන් විශ්මිත කාර්යයන් දෙකක් ඉටු කරයි.
1. අති වේගවත් ස්විචය (The Lightning-Fast Switch):
අපට ට්‍රාන්සිස්ටරය, තත්පරයකට මිලියන හෝ බිලියන ගණනක් වාරයක් on සහ off කළ හැකි විද්‍යුත් ස්විචයක් ලෙස භාවිතා කළ හැක.
OFF : පාදමට විදුලිය නොදෙන විට, විදුලිය ගැලීම නවතී. මෙය පරිගණක භාෂාවෙන් ‘0’ ලෙස හැඳින්වේ.
ON (ක්‍රියාත්මක) : පාදමට කුඩා විදුලියක් දුන් සැනින්, විදුලිය ගලා යයි. මෙය ‘1’ ලෙස හැඳින්වේ.
ඔබගේ ඡායාරූප, ගීත, වීඩියෝ ඇතුළු සියලුම ඩිජිටල් දත්ත ගබඩා වී සහ සකසනු ලබන්නේ මෙම ‘0’ සහ ‘1’ ද්විමය කේත රටාවෙනි. ඔබගේ පරිගණක ප්‍රොසෙසරය (CPU) යනු මෙවැනි ට්‍රාන්සිස්ටර ස්විච බිලියන ගණනක් එක්කර තැනූ මොළයකි.
2. සංඥා වර්ධකය (The Signal Booster – Amplifier):
ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අනෙක් කාර්යය වන්නේ දුර්වල සංඥාවක්, ප්‍රබල සංඥාවක් බවට පත්කිරීමයි. ඔබ මයික්‍රෆෝනයකට කතා කරන විට ඇතිවන දුර්වල විද්‍යුත් තරංග, ට්‍රාන්සිස්ටරයක් හරහා යවා ප්‍රබල කර, ශබ්ද විකාශන යන්ත්‍රයකින් (speaker) පිටතට ලබාදෙන්නේ මෙම ක්‍රියාවලිය හරහාය. රේඩියෝවක්, ඈතින් එන දුර්වල ගුවන් විදුලි සංඥා ලබාගෙන පැහැදිලිව අපට ඇසීමට සලස්වන්නේද ට්‍රාන්සිස්ටරයේ මෙම විස්තාරණ හැකියාව (amplifying power) නිසාය.
මුවර්ගේ නියමය සහ ඩිජිටල් විප්ලවය
1965 දී, ඉන්ටෙල් සමාගමේ සම-නිර්මාතෘ ගෝඩන් මුවර්, පුදුම සහගත අනාවැකියක් පළ කළේය. එනම්, “පරිගණක චිපයක අඩංගු කළ හැකි ට්‍රාන්සිස්ටර සංඛ්‍යාව සෑම වසර දෙකකට වරක් පමණ දෙගුණ වේ” යන්නයි. “මුවර්ගේ නියමය” (Moore’s Law) ලෙස හැඳින්වෙන මෙම තත්ත්වය, පසුගිය දශක කිහිපය පුරා තාක්ෂණයේ දියුණුවට මඟ පෙන්වූ පහන් තරුව විය.
මෙම නියමය නිසා, එදා කාමරයක් තරම් වූ පරිගණකයක තිබූ බලය, අද ඔබගේ අල්ලට ගැලපෙන ජංගම දුරකථනයට ලැබී ඇත. උපාංග දිනෙන් දින කුඩා විය, බලවත් විය, එමෙන්ම මිලෙන්ද අඩු විය. අභ්‍යවකාශ ගමන්, වෛද්‍ය තාක්ෂණය, සන්නිවේදනය, අධ්‍යාපනය සහ විනෝදාස්වාදය යන සෑම ක්ෂේත්‍රයක්ම උඩු යටිකුරු කිරීමට මෙම පුංචි ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කුඩා වීමේ හැකියාව හේතු විය.
ඇත්තෙන්ම ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ග සහ ඒවායේ ක්‍රියාකාරීත්වය පිළිබඳ වඩාත් ගැඹුරු සහ පුළුල් පැහැදිලි කිරීමක්, ආධුනිකයෙකුට වුවද තේරුම් ගත හැකි ලෙස මෙසේ ගෙන එන්නෙමු.
ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ග සහ ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය පිළිබඳ ගැඹුරු විමසුමක්
ඉහතින් අප සාකච්ඡා කළ පරිදි, ට්‍රාන්සිස්ටරය යනු නූතන ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ හදවතයි. එය ප්‍රධාන වශයෙන් අධිවේගී ස්විචයක් ලෙස සහ සංඥා විස්තාරකයක් (amplifier) ලෙස ක්‍රියා කරයි. එහෙත්, “ට්‍රාන්සිස්ටරය” යනු තනි උපකරණයක් නොව, විවිධ අවශ්‍යතා සඳහා නිපදවූ උපකරණ පවුලකි. මෙම පවුල් අතරින් වඩාත්ම ප්‍රසිද්ධ සහ බහුලවම භාවිතා වන ප්‍රධාන වර්ග දෙක වන්නේ ද්විධ්‍රැව සන්ධි ට්‍රාන්සිස්ටර (Bipolar Junction Transistors – BJT) සහ ක්ෂේත්‍ර ආචරණ ට්‍රාන්සිස්ටර (Field-Effect Transistors – FET) යි. විශේෂයෙන් FET පවුලේ MOSFET වර්ගය අද වන විට ඉතා වැදගත් ස්ථානයක් ගනී.
අපි දැන් මෙම එක් එක් වර්ගය ක්‍රියාත්මක වන ආකාරය සහ ඒවායේ ඇති වෙනස්කම් විමසා බලමු.
1. ද්විධ්‍රැව සන්ධි ට්‍රාන්සිස්ටර (Bipolar Junction Transistor – BJT)
මෙය වඩාත් සම්භාව්‍ය සහ මුලින්ම ප්‍රචලිත වූ ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ගයයි. “ද්විධ්‍රැව” (Bipolar) යන්නෙන් අදහස් වන්නේ, මෙහි විදුලි ධාරාව ගැලීම සඳහා ආරෝපණ වාහක වර්ග දෙකක් – එනම් ඉලෙක්ට්‍රෝන (ඍණ ආරෝපණ) සහ කුහර (Holes – ධන ආරෝපණ ලෙස හැසිරෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන හිඩැස්) යන දෙවර්ගයම දායක වන බවයි.
BJT යනු ධාරා-පාලිත (current-controlled) උපකරණයකි. එනම්, පාදමේ (Base) කුඩා ධාරාවකින්, සංග්‍රාහකය (Collector) සහ විමෝචකය (Emitter) අතර ගලන විශාල ධාරාවක් පාලනය කිරීම මෙහි මූලධර්මයයි.
BJT වර්ග දෙකක් ඇත:
1. NPN ට්‍රාන්සිස්ටරය
මෙය වඩාත් බහුලව භාවිතා වන BJT වර්ගයයි. මෙහි P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක ස්ථරයක්, N-වර්ගයේ ස්ථර දෙකක් අතර සැන්ඩ්විච් කර ඇත. (N – Negative, P – Positive).
ව්‍යුහය: සංග්‍රාහකය (N-වර්ගය) – පාදම (P-වර්ගය) – විමෝචකය (N-වර්ගය)
ක්‍රියාකාරිත්වය (සරලව):
සාමාන්‍ය තත්ත්වය: පාදමට (Base) කිසිදු වෝල්ටීයතාවයක් නොදුන් විට, සංග්‍රාහකය සහ විමෝචකය අතර කිසිදු ධාරාවක් ගලා යන්නේ නැත. එය හරියට වසා දැමූ දොරටුවක් වැනිය.
සක්‍රීය කිරීම: පාදම, විමෝචකයට සාපේක්ෂව කුඩා ධන (+) වෝල්ටීයතාවයක් (සාමාන්‍යයෙන් ~0.7V) ලබා දුන් විට, කුඩා ධාරාවක් පාදම හරහා ගලා යයි.
ප්‍රධාන ධාරාව: පාදමේ මෙම කුඩා ධාරා ගැලීම, සංග්‍රාහකයේ සිට විමෝචකය දක්වා වූ ප්‍රධාන දොරටුව විවෘත කරයි. එවිට, විමෝචකයේ ඇති විශාල ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රමාණයක් පාදම හරහා පැන, සංග්‍රාහකය වෙත වේගයෙන් ඇදී යයි.
පාලනය: පාදමට ලබාදෙන ධාරාව neතන ප්‍රමාණයට, සංග්‍රාහක-විමෝචක ධාරාවද වෙනස් වේ. කුඩා පාදම් ධාරාවකින්, විශාල සංග්‍රාහක ධාරාවක් පාලනය කිරීම මෙහිදී සිදු වේ.
2. PNP ට්‍රාන්සිස්ටරය
මෙය NPN ට්‍රාන්සිස්ටරයේ දර්පණ ප්‍රතිබිම්බය (mirror image) වැනිය. මෙහි N-වර්ගයේ ස්ථරයක්, P-වර්ගයේ ස්ථර දෙකක් අතර පිහිටයි.
ව්‍යුහය: සංග්‍රාහකය (P-වර්ගය) – පාදම (N-වර්ගය) – විමෝචකය (P-වර්ගය)
ක්‍රියාකාරිත්වය: මෙහිදී සියල්ල NPN එකට වඩා ප්‍රතිවිරුද්ධ ලෙස සිදු වේ.
සක්‍රීය කිරීමට පාදමට ඍණ (-) වෝල්ටීයතාවයක් ලබා දිය යුතුය.
ප්‍රධාන ධාරාව ගලා යන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන නොව, ධන ආරෝපණ ලෙස හැසිරෙන “කුහර” (holes) මගිනි.
බොහෝවිට NPN ට්‍රාන්සිස්ටරයක් සමඟ පරිපූරක (complementary) යුගල ලෙස පරිපථ නිර්මාණයේදී යොදා ගනී.
2. ක්ෂේත්‍ර ආචරණ ට්‍රාන්සිස්ටර (Field-Effect Transistor – FET)
නූතන ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ රජු ලෙස හැඳින්විය හැක්කේ FET පවුලේ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) ය. BJT මෙන් නොව, MOSFET යනු වෝල්ටීයතා-පාලිත (voltage-controlled) උපකරණයකි. මෙහි ක්‍රියාකාරීත්වය සඳහා දායක වන්නේ එක් ආරෝපණ වාහක වර්ගයක් පමණක් නිසා, මේවා “Unipolar” ලෙසද හැඳින්වේ.
ඇත්තෙන්ම. ඔබ විසින් ලබා දී ඇති එම වැදගත් වාක්‍ය ඛණ්ඩය, නූතන ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ පදනම තේරුම් ගැනීමට අත්‍යවශ්‍ය කරුණු තුනක් ගැබ් කරගෙන සිටී. අපි ඒ එකිනෙක සවිස්තරාත්මකව විග්‍රහ කරමු.
ඩිජිටල් ලෝකයේ රජු: MOSFET ට්‍රාන්සිස්ටරය පිළිබඳ සවිස්තරාත්මක විග්‍රහයක්
ඔබගේ ස්මාර්ට් ජංගම දුරකථනයේ සිට, ලෝකයේ බලවත්ම සුපිරි පරිගණකය දක්වා දිවෙන සෑම ඩිජිටල් උපාංගයකම හද ගැස්ම රඳා පවතින්නේ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) නම් වූ මේ පුංචි එහෙත් බලගතු උපකරණය මතයි. එම නිසාම, එය “නූතන ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික විද්‍යාවේ රජු” ලෙස හැඳින්වීම ඉතා නිවැරදිය. අපි ඒ මන්දැයි ගැඹුරින් විමසා බලමු.
1. “වෝල්ටීයතා-පාලිත” (Voltage-Controlled) යන්නෙහි සැබෑ අරුත
මෙය MOSFET සහ BJT අතර ඇති මූලිකම සහ තීරණාත්මකම වෙනසයි.
- BJT ට්‍රාන්සිස්ටරයක: විශාල විදුලි ධාරාවක් පාලනය කිරීමට, එහි පාදමට (Base) කුඩා ධාරාවක් ගලා යා යුතුය. එය හරියට විශාල වේල්ලක දොරටුවක් විවෘත කිරීමට, වෙනත් කුඩා ජල පහරක් යොමු කර එහි අගුලක් කරකවනවා වැනි ක්‍රියාවකි. මෙහිදී පාලනය සඳහාත් ශක්තිය (ධාරාව) වැය වේ.
- MOSFET ට්‍රාන්සිස්ටරයක: විශාල ධාරාවක් පාලනය කිරීමට එහි ද්වාරයට (Gate) කිසිදු ධාරාවක් ගලා යා යුතු නැත. අවශ්‍ය වන්නේ හුදෙක් වෝල්ටීයතාවයක් (විද්‍යුත් පීඩනයක්) පමණි.
මෙය තේරුම් ගැනීමට හොඳම උපමාව නම්, වියළි ගංගා පතුලකි.
- ප්‍රභවය (Source) සහ කාණුව (Drain): ගංගාවේ ආරම්භය සහ අවසානය ලෙස සිතන්න.
- ද්වාරය (Gate): ගංගා පතුලට මඳක් ඉහළින්, එය ස්පර්ශ නොවන සේ, සවිකර ඇති ලෝහ තහඩුවක් ලෙස සිතන්න.
ක්‍රියාවලිය:
- OFF තත්ත්වය: ලෝහ තහඩුවට (ද්වාරයට) කිසිදු වෝල්ටීයතාවයක් නොමැති විට, ගංගා පතුල වියළිය. එනිසා ප්‍රභවයේ සිට කාණුවට ජලය (විදුලිය) ගලා යා නොහැක. ට්‍රාන්සිස්ටරය ක්‍රියා විරහිත වී ඇත.
- ON තත්ත්වය: දැන්, ඔබ ඉහළින් ඇති ලෝහ තහඩුවට (ද්වාරයට) ධන (+) වෝල්ටීයතාවයක් ලබා දෙනවා. එවිට, එම තහඩුව වටා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් (Electric Field) ජනනය වේ.
- මෙම නොපෙනෙන ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම නිසා, ගංගා පතුලේ (අර්ධ සන්නායකයේ) සැඟවී තිබූ ඍණ ආරෝපණ (ඉලෙක්ට්‍රෝන), මතුපිටට ආකර්ෂණය වී, ප්‍රභවයේ සිට කාණුව දක්වා සන්නායක මාර්ගයක් (Conductive Channel) නිර්මාණය කරයි.
- මෙම මාර්ගය සෑදුණු සැනින්, ජලය (විදුලිය) එය හරහා නිදහසේ ගලා යාමට පටන් ගනී. ට්‍රාන්සිස්ටරය “ක්‍රියාත්මක” වේ.
මෙහි ඇති වැදගත්ම දෙය නම්, ප්‍රධාන ධාරාව පාලනය කිරීමට ද්වාරයට කිසිදු ධාරාවක් ගලා නොයෑමයි. හුදෙක් වෝල්ටීයතාවක් යෙදීමෙන් ඇතිවූ ක්ෂේත්‍රය පමණක් ඒ සඳහා ප්‍රමාණවත් විය. මේ නිසා MOSFET අතිශය බලශක්ති කාර්යක්ෂම වේ. ස්විචය ක්‍රියාත්මක කර තබාගැනීමට ශක්තියක් වැය නොවන නිසා, ජංගම දුරකථන වැනි බැටරි මත යැපෙන උපකරණ සඳහා මෙය මහඟු සම්පතකි.
2. “Unipolar” – තනි රණශූරයෙකුගේ සටනක් ( The lone warrior )
BJT (Bipolar – ද්විධ්‍රැව) ට්‍රාන්සිස්ටරයක ධාරා ගැලීම සඳහා ආරෝපණ වාහක වර්ග දෙකම – එනම් ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ කුහර (holes) යන දෙවර්ගයම – දායක වේ.
නමුත් MOSFET (Unipolar – ඒකධ්‍රැව) යනු “තනි රණශූරයෙකි”. එහි ප්‍රධාන ධාරාව ගැලීම සඳහා දායක වන්නේ එක් ආරෝපණ වාහක වර්ගයක් පමණි.
n-channel MOSFET වලදී ඉලෙක්ට්‍රෝන (ඍණ ආරෝපණ) පමණක් දායක වේ.
p-channel MOSFET වලදී කුහර (ධන ආරෝපණ) පමණක් දායක වේ.
මෙම “තනි රණශූරයාගේ” යාන්ත්‍රණය, BJT හි සංකීර්ණ ද්විත්ව යාන්ත්‍රණයට වඩා සරල වන අතර, එය MOSFET වලට ඉතා අධික වේගයකින් on/off වීමට (switching) ඉඩ සලසයි. පරිගණක ප්‍රොසෙසර තත්පරයකට බිලියන ගණනක් ගණනය කිරීම් සිදු කරන්නේ මෙම අධිවේගී හැකියාව නිසාය.
——————————————————————————————–
3. නමේ තේරුම: Metal-Oxide-Semiconductor (ලෝහ-ඔක්සයිඩ්-අර්ධ සන්නායක)
MOSFET යන නම, එහි ව්‍යුහය පිළිබඳ කදිම සිතියමකි.
- Metal (ලෝහ): මෙය ද්වාරය (Gate) සාදා ඇති ද්‍රව්‍යයයි. මුල් කාලයේ ඇලුමිනියම් වැනි ලෝහ යොදාගත් අතර, අද වන විට පොලිසිලිකන් නම් ද්‍රව්‍යයක් බහුලව යොදාගත්තද, “ලෝහ” යන නම එසේම ඉතිරිව ඇත.
- Oxide (ඔක්සයිඩ්): මෙය තමයි MOSFET හි ඇති ඉන්ද්‍රජාලිකම කොටස. ද්වාරය (Gate) සහ අර්ධ සන්නායකය (ප්‍රධාන බඳ) අතර ඇති, ඇසට නොපෙනෙන තරම් තුනී පරිවාරක (insulator) ස්ථරයයි. මෙය සාමාන්‍යයෙන් සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් (SiO₂) වලින් සාදා ඇත. ද්වාරයට ධාරාවක් ගලා යෑම වළක්වන්නේ මෙම ඔක්සයිඩ් තිරයයි.
- Semiconductor (අර්ධ සන්නායක): මෙය ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ප්‍රධාන බඳ වන අතර, සාමාන්‍යයෙන් සිලිකන් වලින් සාදා ඇත. ධාරාව ගලන සන්නායක මාර්ගය නිර්මාණය වන්නේ මෙම කොටසේය.
මෙම ලක්ෂණ තුන – වෝල්ටීයතා-පාලිත වීම, ඒකධ්‍රැව වීම සහ MOS ව්‍යුහය – එකට එකතු වූ විට, කුඩාවට සෑදිය හැකි, අධික වේගයෙන් ක්‍රියාත්මක වන, සහ ඉතා අඩු බලයකින් වැඩ කරන පරිපූර්ණ ඩිජිටල් ස්විචයක් බිහිවේ. මේ හේතුව නිසාම, MOSFET නූතන ඩිජිටල් ලෝකයේ අසමසම රජු ලෙස කිරුළු පැළඳ සිටී.
MOSFET (මොස්ෆෙට්)
පරිගණක ප්‍රොසෙසර, මතක චිප (RAM), සහ අනෙකුත් සියලුම ඩිජිටල් උපාංගවල ඇති ට්‍රාන්සිස්ටර බිලියන ගණනම පාහේ MOSFET වර්ගයට අයත් වේ.
අග්‍ර: ද්වාරය (Gate), කාණුව (Drain), සහ ප්‍රභවය (Source) ලෙස අග්‍ර තුනක් ඇත.
Gate (ද්වාරය): BJT එකේ Base එකට සමාන පාලන අග්‍රයයි.
Drain & Source: BJT එකේ Collector & Emitter එකට සමාන, ප්‍රධාන ධාරාව ගලන අග්‍ර දෙකයි.
ක්‍රියාකාරිත්වය (n-channel MOSFET උදාහරණයක් ලෙස):
විශේෂත්වය: මෙහි ඇති තීරණාත්මකම වෙනස නම්, ද්වාරය (Gate), ධාරාව ගලන ප්‍රධාන මාර්ගයෙන් (channel) ඉතා තුනී ඔක්සයිඩ් ස්ථරයකින් පරිවරණය (insulate) කර තිබීමයි. මෙම පරිවාරක ස්ථරය නිසා ද්වාරයට කිසිදු ධාරාවක් ගලා යන්නේ නැත.
පාලනය: ද්වාරයට (Gate) වෝල්ටීයතාවයක් ලබා දුන් විට, එය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් (electric field) ජනනය කරයි.
සන්නායක මාර්ගය තැනීම: මෙම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම නිසා, සාමාන්‍යයෙන් ධාරාව නොගලන ප්‍රභවය (Source) සහ කාණුව (Drain) අතර ප්‍රදේශයේ, ආරෝපණ වාහක (ඉලෙක්ට්‍රෝන) එක්රැස් වී සන්නායක මාර්ගයක් (conductive channel) නිර්මාණය වේ.
ධාරා ගැලීම: මෙම මාර්ගය නිර්මාණය වූ පසු, Drain සහ Source අතර ධාරාවට ගලා යාමට හැකියාව ලැබේ.
වෝල්ටීයතා පාලනය: ද්වාරයට ලබාදෙන වෝල්ටීයතාව වැඩි කරන විට, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල වී, සන්නායක මාර්ගය වඩාත් පළල් වී, ඒ හරහා ගලන ධාරාවද වැඩි වේ. වෝල්ටීයතාව ඉවත් කළ සැනින්, ක්ෂේත්‍රය නැතිවී ගොස්, සන්නායක මාර්ගය වැසී ගොස් ධාරාව නතර වේ.
MOSFET වලද n-channel (ධන වෝල්ටීයතාවකින් ක්‍රියාත්මක වන) සහ p-channel (ඍණ වෝල්ටීයතාවකින් ක්‍රියාත්මක වන) ලෙස වර්ග දෙකක් ඇත.
—————————————————————————————————————————————————————————-
සැසඳීම: BJT සහ MOSFET අතර ප්‍රධාන වෙනස්කම්
| ලක්ෂණය | BJT ද්විධ්‍රැව සන්ධි ට්‍රාන්සිස්ටරය) | MOSFET (ක්ෂේත්‍ර ආචරණ ට්‍රාන්සිස්ටරය) |
| පාලන ක්‍රමය | ධාරා-පාලිත (Current-controlled) | වෝල්ටීයතා-පාලිත (Voltage-controlled) |
| පාලන අග්‍රය | පාදම (Base) | ද්වාරය (Gate) |
| ආදාන ධාරාව | පාදමට කුඩා ධාරාවක් අවශ්‍ය වේ. | ද්වාරයට (න්‍යායාත්මකව) ධාරාවක් අවශ්‍ය නැත. |
| බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාව | අඩුයි (පාදම් ධාරාව නිසා බලය වැයවේ). | ඉතා ඉහළයි (ආදාන ධාරාවක් නැති නිසා). |
| මාරුවීමේ වේගය (Switching Speed) | සාපේක්ෂව අඩුයි. | ඉතා අධිකයි. |
| ප්‍රමාණය | සාපේක්ෂව විශාලයි. | ඉතා කුඩාවට නිපදවිය හැක. |
| ප්‍රධාන භාවිතයන් | ඇනලොග් පරිපථ, ශබ්ද විස්තාරක (Amplifiers). | ඩිජිටල් පරිපථ (CPU, RAM), අධිවේගී ස්විච. |
සරලවම කිවහොත්, BJT සහ MOSFET යනු එකම මූලික කාර්යයන් (ස්විච් වීම සහ විස්තාරණය) ඉටු කළ හැකි වුවත්, ඒවායේ අභ්‍යන්තර ක්‍රියාකාරීත්වය සහ ලක්ෂණ බෙහෙවින් වෙනස් ය.
BJT යනු ශක්තිමත්, විශ්වාසවන්ත, විශේෂයෙන්ම ඇනලොග් සහ ශබ්ද පරිපථ සඳහා යෝග්‍ය වන “ධාරාවෙන් වැඩකරන” සේවකයෙකි.
MOSFET යනු අතිශය වේගවත්, බලශක්ති කාර්යක්ෂම, සහ ඉතා කුඩාවට නිපදවිය හැකි නිසා නූතන ඩිජිටල් ලෝකය ගොඩනැගූ “වෝල්ටීයතාවයෙන් වැඩකරන” සේවකයෙකි.
ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගයක් නිර්මාණය කිරීමේදී, එම උපාංගයේ අවශ්‍යතාවය (වේගය, බලය, ප්‍රමාණය) අනුව මෙම කුමන ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ගය භාවිතා කළ යුතුද යන්න ඉලෙක්ට්‍රොනික දෘඩාංග ඉංජිනේරුවන් විසින් තීරණය කරනු ලබයි.
අවසානය
ට්‍රාන්සිස්ටරය යනු හුදෙක් ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගයක් පමණක් නොවේ. එය මානව වර්ගයාගේ දියුණුවට නව මාවතක් විවර කළ, අපගේ ජීවන රටාව, සිතන පතන ආකාරය සහ එකිනෙකා හා සම්බන්ධ වන ආකාරය මුළුමනින්ම වෙනස් කළ සංකේතයකි. ඊළඟ වතාවේ ඔබ ස්මාර්ට් ජංගම දුරකථනයක් අතට ගන්නා විට, මතක තබා ගන්න; ඔබගේ ඇඟිලි තුඩු යට, මේ ලෝකයම වෙනස් කළ, නොපෙනෙන යෝධයන් බිලියන ගණනක් නිහඬව තම රාජකාරිය ඉටුකරමින් සිටින බව.
——————————————————————————————————-
ලිපිය සකස් කලේ මාර්ක්ස් රණවීරගේ ( Marx Ranaweerage )
මෙම බ්ලොග් අඩවියේ ඇති ඕනෑම ලිපියක් පූර්ව අවසරයකින් තොරව උපුටා ගැනීමට අවසර ඇත. නමුත්, එසේ කිරීමේදී මුල් ලිපියේ අන්තර්ගතය කිසි ලෙසකින්වත් වෙනස් නොකිරීමට වග බලා ගන්න.
Authored by Marx Ranaweerage
Content from this blog may be reproduced without prior permission. However, please ensure that the original content remains unaltered in any form when sharing or republishing.