Che cos'è un transistor?

Un transistor è un componente elettronico utilizzato in un circuito per controllare una grande quantità di corrente o tensione con una piccola quantità di tensione o corrente. Ciò significa che può essere utilizzato per amplificare o commutare (rettificare) i segnali elettrici o l'alimentazione, consentendone l'utilizzo in una vasta gamma di dispositivi elettronici.

Lo fa inserendo un semiconduttore tra altri due semiconduttori. Perché la corrente viene trasferita attraverso un materiale che normalmente ha un'alta resistenza (cioè a resistore), è un "resistore di trasferimento" o transistor.

Il primo pratico transistor a contatto a punti fu costruito nel 1948 da William Bradford Shockley, John Bardeen e Walter House Brattain. I brevetti per il concetto di transistor risalgono al 1928 in Germania, anche se sembrano non essere mai stati costruiti, o almeno nessuno ha mai affermato di averli costruiti. I tre fisici ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1956 per questo lavoro.

Struttura di base del transistor punto-contatto

Esistono essenzialmente due tipi base di transistor punto-contatto, il npn transistor e il PNP transistor, dove il n e p indicano rispettivamente negativo e positivo. L'unica differenza tra i due è la disposizione delle tensioni di polarizzazione.

Per capire come funziona un transistor, devi capire come i semiconduttori reagiscono a un potenziale elettrico. Saranno alcuni semiconduttori n-tipo o negativo, il che significa che gli elettroni liberi nel materiale si spostano da un elettrodo negativo (di, diciamo, una batteria a cui è collegato) verso il positivo. Saranno altri semiconduttori p-tipo, nel qual caso gli elettroni riempiono "buchi" nei gusci di elettroni atomici, nel senso che si comporta come se una particella positiva si muovesse dall'elettrodo positivo all'elettrodo negativo. Il tipo è determinato dalla struttura atomica del materiale semiconduttore specifico.

Ora, considera un npn transistor. Ogni estremità del transistor è un n-tipo di materiale semiconduttore e tra loro è un p-tipo materiale semiconduttore. Se immagini un dispositivo simile collegato a una batteria, vedrai come funziona il transistor:

• il n-la regione di tipo collegata all'estremità negativa della batteria aiuta a spingere gli elettroni nel mezzo p-tipo regione.
• il n-la regione di tipo collegata all'estremità positiva della batteria aiuta a rallentare la fuoriuscita di elettroni p-tipo regione.
• il p-tipo regione al centro fa entrambe le cose.

Variando il potenziale in ciascuna regione, quindi, è possibile influire drasticamente sulla velocità del flusso di elettroni attraverso il transistor.

Vantaggi dei transistor

Rispetto ai tubi a vuoto utilizzati in precedenza, il transistor è stato un progresso straordinario. Di dimensioni inferiori, il transistor potrebbe essere facilmente fabbricato a basso costo in grandi quantità. Avevano anche diversi vantaggi operativi, che sono troppo numerosi per essere menzionati qui.

Alcuni considerano il transistor la più grande singola invenzione del 20 ° secolo da quando ha aperto così tanto in termini di altri avanzamenti elettronici. Praticamente ogni moderno dispositivo elettronico ha un transistor come uno dei suoi principali componenti attivi. Perché sono i mattoni di microchip, computer, telefoni e altri dispositivi non potrebbero esistere senza transistor.

Altri tipi di transistor

Esistono numerosi tipi di transistor sviluppati dal 1948. Ecco un elenco (non necessariamente esaustivo) di vari tipi di transistor:

• Transistor di giunzione bipolare (BJT)
• Transistor ad effetto di campo (FET)
• Transistor bipolare eterogiunzione
• Transistor unidirezionale
• FET a doppia porta
• Transistor a valanga
• Transistor a film sottile
• Transistor di Darlington
• Transistor balistico
• FinFET
• Transistor a gate flottante
• Transistor ad effetto T invertito
• Transistor di spin
• Transistor fotografico
• Transistor bipolare a gate isolato
• Transistor a singolo elettrone
• Transistor nanofluidico
• Transistor trigate (prototipo Intel)
• FET sensibile agli ioni
• FET a diodi epitassali a inversione rapida (FREDFET)
• FET elettrolita-ossido-semiconduttore (EOSFET)

A cura di Anne Marie Helmenstine, Ph.D.