煙霧感測(cè)器是一個(gè)神奇的工程,讓我來(lái)告訴你它是如何運(yùn)作的。
這個(gè)有著煙窗的黑色柱體,是用來(lái)引導(dǎo)氣空氣進(jìn)到偵測(cè)器的。現(xiàn)在它遮住了一些重要元件,這邊塞了一個(gè)1微居里的放射性元素Am-,大約重0.29微克。那極小量的放射性材料,可以產(chǎn)生讓偵測(cè)器運(yùn)作的微弱電流。
空氣流過(guò)這兩個(gè)電極,當(dāng)然,現(xiàn)在空氣不導(dǎo)電。但當(dāng)放射性元素Am產(chǎn)生的Alpha微粒,撞擊組成空氣的氧氣和氮?dú)鈺r(shí),它會(huì)把電子撞出形成帶電的氣體分子。9伏特的電池就可以讓這些離子流動(dòng)產(chǎn)生了電流。
現(xiàn)在,產(chǎn)生了很微弱的電流,約只有100皮安培,相當(dāng)于你家里電流的千億分之一,但煙霧進(jìn)入裝置內(nèi),離子附著到煙霧上,開始移動(dòng)變慢,且失去了電性。
兩種狀況都會(huì)讓電流停止,而觸發(fā)了警鈴,在只提供9伏特電池之下,要使這樣細(xì)緻的原件運(yùn)作,需要用到1960年代固態(tài)革命技術(shù)。
假如我把兩個(gè)電極移開,你可以看到一個(gè)小型的積體電路,它包含了一個(gè)神奇的裝置“金氧半場(chǎng)效電晶體”,能夠用來(lái)偵測(cè)微弱的電流變化。在偵測(cè)器里面,它是一個(gè)開關(guān)裝置,藉由電極間的微弱電流來(lái)達(dá)成開、關(guān)的效果,就如同每一個(gè)電晶體,其運(yùn)作取決于是否能夠把半導(dǎo)體組成二極體。
回想一下,二極體使電流只能往單一方向流動(dòng),因?yàn)槎O體使用了兩種種類的半導(dǎo)體。一種是以負(fù)電荷為載體(n),另一種以正電荷為載體(p),若把電池反過(guò)來(lái),電流就停止,建立一個(gè)金氧半場(chǎng)效電晶體,我們拿兩個(gè)這樣的二極體組合在一起,所以二極體的每一個(gè)特性都保留下來(lái)。
這個(gè)現(xiàn)在看起來(lái)沒(méi)什麼用,因?yàn)樵谶@樣的排列下電流永遠(yuǎn)不會(huì)流通。但是,工程師在此二極體夾層中,嵌入一個(gè)同種類的半導(dǎo)體,覆蓋在此二極體的一面。
然后,工程師放置金屬接點(diǎn)在二極體的另一面以及剛剛的半導(dǎo)體層上。接下來(lái),他們涂布很薄一層二氧化硅在二極體上面,不像金屬或是半導(dǎo)體,二氧化硅完全不導(dǎo)電。工程師再放置一個(gè)金屬接點(diǎn)在上面“閘極”,用來(lái)開或關(guān)在源極和汲極之間的電流通道。
當(dāng)我們產(chǎn)生一個(gè)電壓差在閘極和源極之間,就產(chǎn)生了一個(gè)場(chǎng)域。整個(gè)絕緣層,吸引了自由的正電荷載體往閘極,開啟了一個(gè)允許電流通過(guò)的通道。在電路中,我們用9伏特產(chǎn)生源極和閘極間的通道。它“偏移”了閘極,所以電流流過(guò)金氧半場(chǎng)效電晶體,因此觸發(fā)了喇叭。
所以我們用一股從偵測(cè)器方向來(lái)的逆電流來(lái)抵銷它。
這邊就是之前我給你們看的,兩個(gè)電極之間,由離子化氣體產(chǎn)生微弱電流的地方。這微弱電流通過(guò)很大的電阻,并且建立與電池方向相反的電壓。它關(guān)閉讓金氧半場(chǎng)效電晶體的流通電流的通道。
假如煙霧進(jìn)入到腔室內(nèi),微弱電流就停止,金氧半場(chǎng)效電晶體的通道打開,讓電流可以流過(guò),就觸發(fā)喇叭的響起。對(duì)于我們而言,工程最好的地方就是簡(jiǎn)單、可靠、便宜和拯救無(wú)數(shù)的生命。
責(zé)任編輯:pj
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