Spieghiamo cos'è un transistor, la sua origine e come funziona. Inoltre, i tipi di transistor e i loro circuiti integrati.
Cos'è un transistor?
Si chiama transistor (dall'inglese:transfer resistemare, "Resistenza di trasferimento") a un tipo di dispositivo elettronico a semiconduttore, in grado di modificare un segnale elettrico di uscita in risposta a un segnale di ingresso, che funge da amplificatore, interruttore, oscillatore o raddrizzatore dello stesso.
È un tipo di dispositivo comunemente usato in molti dispositivi, come orologi, lampade, tomografi, telefoni cellulari, radio, televisori e, soprattutto, come componente di circuiti integrati (chip o microchip).
I transistor hanno la loro origine nella necessità di controllare il flusso del corrente elettrica in varie applicazioni, come parte dell'evoluzione del campo di elettronica. Il suo diretto predecessore era un apparato inventato da Julius Edgar Lilienfeld in Canada nel 1925, ma non sarebbe stato fino alla metà del secolo quando avrebbe potuto essere implementato utilizzando materiali semiconduttori (invece di tubi a vuoto).
Le prime realizzazioni in tal senso consistono nell'ampliare la potenza di un segnale elettrico conducendolo attraverso due puntoni d'oro applicati ad un cristallo di germanio.
Il nome del transistor è stato proposto dall'ingegnere americano John R. Pierce, dai primi modelli progettati dai Bell Laboratories. Il primo transistor a contatto è apparso in Germania nel 1948, mentre il primo transistor ad alta frequenza è stato inventato nel 1953 negli Stati Uniti.
Furono questi i primi passi verso l'esplosione elettronica della seconda metà del XX secolo, che permise, tra l'altro, lo sviluppo del computer.
Materiali come germanio (Ge), silicio (Si), arseniuro di gallio (GaAs) o leghe di silicio e germanio o silicio e alluminio sono oggi utilizzati nella costruzione dei transistor. A seconda del materiale utilizzato, il dispositivo sarà in grado di sopportare una certa quantità di tensione elettrica e a temperatura resistenza riscaldamento massimo.
Come funziona un transistor?
I transistor operano su un flusso di corrente, operando come amplificatori (ricevendo un segnale debole e generandone uno forte) o come interruttori (ricevendo un segnale e interrompendolo) dello stesso. Ciò avviene a seconda di quale delle tre posizioni occupa un transistor in un determinato momento, e quali sono:
- Non attivo. È consentito il passaggio di un livello di corrente variabile (più o meno corrente).
- Sezionale. Non lascia passare la corrente elettrica.
- In saturazione. Permette il passaggio di tutto il flusso di corrente elettrica (corrente massima).
In questo senso il transistor funziona come un rubinetto in un tubo: se è completamente aperto, fa entrare tutto il flusso del Acqua, se è chiuso non lascia passare nulla, e nelle sue posizioni intermedie lascia passare più o meno acqua.
Ora, ogni transistor è composto da tre elementi: base, collettore ed emettitore. Il primo è quello che media tra l'emettitore (dove entra il flusso di corrente) e il collettore (dove esce il flusso di corrente). E lo fa, a sua volta, attivato da una corrente elettrica inferiore, diversa da quella modulata dal transistor.
In questo modo, se la base non riceve corrente, il transistor si trova in posizione di interdizione; se riceve una corrente intermedia, la base aprirà il flusso di una certa quantità; e se la base riceve abbastanza corrente, allora la diga si aprirà completamente e passerà tutta la corrente modulata.
Resta quindi inteso che il transistor funziona come un modo per controllare la quantità di elettricità ciò avviene in un determinato momento, permettendo così la costruzione di relazioni logiche di interconnessione.
Tipi di transistor
Esistono diversi tipi di transistor:
- Transistor a contatto puntiforme. Chiamato anche "punta di contatto", è il tipo più antico di transistor e funziona su una base di germanio. Fu un'invenzione rivoluzionaria, anche se difficile da realizzare, fragile e rumorosa. Oggi non è più utilizzato.
- Transistor bipolare a giunzione. Prodotto su un cristallo di materiale semiconduttore, che è contaminato in modo selettivo e controllato con atomi di arsenico o fosforo (donatori di elettroni), generando così le regioni di base, emettitore e collettore.
- Transistor ad effetto di campo. In questo caso viene utilizzata una barra di silicio o altro semiconduttore simile, nei cui terminali sono stabiliti terminali ohmici, funzionanti quindi a tensione positiva.
- Fototransistor. Si chiamano così i transistori sensibili al luce, in spettri vicini al visibile. In modo che possano essere azionati per mezzo di onde elettromagnetiche a distanza.
Circuiti integrati
I circuiti integrati sono meglio conosciuti come chip o microchip, e sono piccole strutture di silicio o altri semiconduttori, in un incapsulamento plastica ceramica, che troviamo solitamente nei pannelli elettronici di vari dispositivi (computer, calcolatrici, televisori, ecc.).
Questi circuiti sono costituiti da numerosi minuscoli transistor e resistori posti su un foglio, per svolgere in modo efficiente compiti di manipolazione di un segnale elettrico, come il amplificazione.