L’Innovazione nel mondo della tecnologia, il transistor è considerato l’elemento costitutivo della rivoluzione digitale. Se non ci fossero invenzioni chiamate transistor, i telefoni, i computer e le auto che usiamo sempre avrebbero hardware molto diverso da quello che hanno ora. Sono i transistor che rendono i telefoni più potenti dei computer di 20 anni fa e che entrano nelle nostre tasche.
Ti sei mai chiesto cosa sia un transistor che sembra estremamente semplice ma ha una struttura complessa e come funziona? Volevamo dare un’occhiata più da vicino ai transistor, che sono ampiamente utilizzati nell’industria elettronica.
Come funziona un transistor?
BJT, ovvero transistor a giunzione bipolare, è costituito da tre gambe chiamate Base, Collector ed Emitter. In questo circuito, la corrente proviene dalla gamba Base e la corrente viene trasmessa dal Collettore all’Emettitore o viceversa.
Uno degli esempi più comuni utilizzati per descrivere il transistor può essere spiegato dalla struttura dei rubinetti presenti in ogni casa. Se consideriamo la valvola del rubinetto come Base, il punto di uscita dell’acqua come Emettitore e la valvola da cui proviene l’acqua come Collettore; Quando apriamo la base, cioè la valvola, creiamo un flusso d’acqua. Possiamo controllare la direzione dell’acqua che va tra Collector ed Emiter.
I transistor BJT sono divisi in due come transistor NPN e PNP. Entrambi i transistor eseguono in realtà quasi lo stesso compito, ma il modo in cui sono collegati al circuito è diverso l’uno dall’altro. I transistor NPN richiedono una corrente di base positiva mentre i transistor PNP richiedono una corrente di base negativa per funzionare.
Oltre al transistor BJT, esistono anche transistor in silicio chiamati MOSFET, anch’essi costituiti da tre gambe, ovvero Gate, Drain e Source. La più grande differenza dei transistor MOSFET dai BJT è che sono attivati dalla tensione anziché dalla corrente. I transistor MOSFET sono più preferiti nei circuiti elettronici digitali perché riscaldano meno dei BJT, ma BJT non può ottenere la stessa potenza di un transistor MOSFET. Poiché anche i transistor MOSFET sono realizzati in silicio, possono essere prodotti a costi inferiori rispetto ai transistor BJT.
Un transistor è un elemento del circuito semiconduttore che può aumentare e diminuire le piccole correnti di circuito che circolano nei circuiti elettronici e le tensioni di controllo. I transistor che possono controllare gli elettroni nei cavi e nei percorsi dei circuiti sono quindi noti come dispositivi che controllano l’elettricità. Allo stesso tempo, possono adempiere al dovere di commutazione nel circuito.
Il transistor non solo conduce corrente, ma consente di aumentare e diminuire la potenza che passa attraverso il circuito. I transistor di solito hanno 3 gambe sul circuito stampato. La corrente applicata a una di queste gambe e la corrente elettrica tra le altre gambe possono essere controllate con precisione.
I processori contengono milioni di questi transistor in dimensioni microscopiche (ad esempio, il processore Apple Silicon M1 ha 16 miliardi di transistor). Più transistor ci sono in un processore, maggiore è la velocità e le prestazioni prodotte, più questi transistor sono vicini l’uno all’altro, meno energia viene consumata.
Possiamo dire che non c’è quasi nessuna area nell’industria elettronica in cui i transistor non vengono utilizzati. Il transistor è stato utilizzato per la prima volta dalla società Bell nei telefoni per trasmettere e controllare il suono, quindi è diventato parte della nostra vita quotidiana come radio, televisione e computer.
È inevitabile che qualsiasi cosa con un circuito abbia un transistor. È essenziale disporre di transistor per controllare la corrente e la tensione in tutti i tipi di circuiti elettronici.
Sebbene il transistor sia considerato una delle più grandi invenzioni del 20 ° secolo, è visto come una svolta nel mondo dell’elettronica. La prima invenzione non era in realtà il transistor stesso, ma ne era il contorno. La prima domanda di brevetto è stata presentata dal fisico Julius Lilienfield, che ha realizzato un’invenzione con tre elettrodi fatti di solfuro di rame.
Venti anni dopo la concessione del brevetto, le organizzazioni Bell, una delle più grandi compagnie telefoniche del mondo, hanno iniziato a sviluppare questa invenzione. Bell ha riunito una squadra di John Bardeen e Walter Brattain, e il duo ha iniziato a lavorare su un circuito che potrebbe sostituire le lampade a vuoto chiamate termoioniche nel controllo dei segnali radio e telefonici.
Meno di un anno dopo, il team ha scoperto che l’elemento semiconduttore germanio poteva essere utilizzato per il circuito dell’amplificatore, che in seguito sarebbe diventato il transistor, e transistor più piccoli hanno sostituito le lampade a vuoto che consumano energia e occupano uno spazio enorme.
Le lampade a vuoto sono state precedentemente utilizzate in molti settori diversi, dai televisori ai sistemi telefonici. Le lampade a vuoto utilizzate per completare i circuiti elettronici non avevano un principio di funzionamento molto utile per gli ingegneri, sebbene facessero il loro lavoro.
Quando gli ingegneri si sono resi conto che i transistor erano sia più economici che più stabili, hanno smesso di utilizzare lampade a vuoto nei circuiti e hanno iniziato a utilizzare i transistor in vari campi, a partire dalla radio.
Gli ingegneri dovevano riscaldarli prima di utilizzare le lampade a vuoto. Alcune lampade sono esplose dal calore, mentre altre non hanno dato il risultato corretto. Tuttavia, i transistor non avevano bisogno di essere riscaldati per condurre la corrente e il circuito poteva condurre la corrente non appena veniva attivato.
I transistor avevano un consumo energetico molto inferiore e una durata molto più lunga rispetto alle lampade a vuoto, poiché entrambi non avevano bisogno di riscaldamento e potevano funzionare con meno tensione.
Poiché le lampade a vuoto sono in vetro, c’è il rischio di rottura, ma come accennato in precedenza, i transistor erano fatti di silicio o germanio, il che ha impedito loro di danneggiarsi facilmente.
I transistor BJT erano soliti essere e questi transistor consistevano in un elemento semiconduttore chiamato germanio. I transistor al germanio utilizzati per 20 anni sono stati sostituiti da transistor MOSFET realizzati con siliconi semiconduttori con il progresso della tecnologia.
I transistor al silicio erano sia meno costosi che più affidabili del germanio. Un’altra cosa bella dei transistor al silicio è che possono essere combinati con altri tipi di metallo e ossido a seconda dell’uso.
Dopo che i transistor hanno rivoluzionato l’era elettronica, la prima radio a transistor tascabile è stata lanciata il 18 ottobre 1954 da due società, Texas Instruments e IDEA. Questa radio, che chiamarono Regency TR-1, era più economica e forniva prestazioni più elevate rispetto alle radio prodotte da lampade a vuoto.
Vedendo che i transistor potevano restringere le radio, gli ingegneri pensavano che lo stesso fenomeno potesse accadere nei computer. ENIAC, uno dei primi computer, pesava quasi 30 tonnellate grazie alle sue 17.000 lampade a vuoto. C’è stata una grande rivoluzione nell’industria dei computer quando gli ingegneri si sono resi conto che i transistor potevano funzionare anche nei computer.
Il transistor al silicio, utilizzato nell’industria dei computer, ha permesso al computer di eseguire un gran numero di calcoli in breve tempo. I computer richiedono milioni o addirittura miliardi di transistor per completare attività complesse e gli ingegneri sono riusciti gradualmente a inserire un numero incredibile di transistor su un chip.