Vedremo una breve introduzione ai transistor in questo articolo esaminando i tubi a vuoto, che erano i predecessori del transistor. Vedremo anche la storia dei transistor, i loro simboli nei circuiti elettrici, il loro funzionamento di base e le loro modalità di funzionamento.
AVVISO: questo non sarà eccessivamente tecnico e sarà solo una rassegna dei transistor.
Tubi per vuoto
I tubi a vuoto erano la forma principale di componente elettronico utilizzato prima dello sviluppo dei transistor. Tubi elettronici e valvole sono altri nomi per tubi a vuoto. Un catodo e un anodo formano un tubo a vuoto.
Questi anodo e catodo si trovano all’interno di un tubo di vetro completamente aspirato e ben chiuso. Un filamento riscalda il catodo, che aiuta nella capacità del catodo di emettere elettroni. All’inizio, il catodo funziona direttamente come un filamento, quindi quando viene riscaldato, gli elettroni emetteranno dalla sua superficie. Successivamente, viene inserito un filamento esterno per riscaldare indirettamente il catodo. Gli elettroni creati si muoveranno nella direzione dell’anodo. Di conseguenza, nel circuito si genera una corrente elettrica dovuta alla differenza di potenziale tra l’anodo e il catodo. Il catodo deve essere riscaldato caricando continuamente il filamento con potenza costante.
Gli elettrodi esterni, spesso noti come griglie, vengono impiegati per guidare il flusso di questi elettroni in modo uniforme verso l’anodo. Questo design rende il circuito più ingombrante e più costoso. Questi tubi a vuoto furono inizialmente utilizzati nella produzione dei primi computer, radio e televisori. Successivamente, questi sono impiegati in amplificatori audio a valvole e applicazioni militari. Ma più tardi, transistor e diodi presero il posto di questi tubi a vuoto.
A causa delle sue dimensioni maggiori, del costo più elevato e del maggiore consumo energetico rispetto ai transistor, tubi a vuoto. Pertanto, i transistor sono in grado di aggirare i limiti dei tubi a vuoto. Non c’è corrente di filamento necessaria per i transistor.
Aumento dei transistor
I contributi e l’incoraggiamento di numerose aziende, in particolare Bell Labs, Motorola, Philco, Raytheon, RCA, Sylvania e Texas Instruments, sono in gran parte responsabili dell’effettivo progresso della tecnologia dei transistor.
I materiali semiconduttori sono fondamentali nella creazione di cristalli amplificatori. Il germanio, una sostanza semiconduttrice, è stato utilizzato per creare il primo transistor negli anni ’50. Questo materiale semiconduttore non è né interamente conduttore né completamente isolante quando viene applicata una tensione elettrica.
Lo sviluppo dei successivi transistor al silicio. Dal 1954, i transistor al silicio sono diventati più diffusi grazie al loro efficace funzionamento alle alte temperature. Texas Instruments vendeva transistor al silicio per uso commerciale. Successivamente, sono state condotte ricerche sostanziali sui transistor al silicio e, di conseguenza, sono stati sviluppati circuiti integrati e dispositivi a microprocessore.
Il primo transistor ad effetto di campo è stato creato più tardi nel 1959. È costituito da tre strati: silicio, ossido e metallo (M-gate) (S-semiconduttore).
Come funzionano i transistor?
Il transistor è relativamente di dimensioni molto ridotte e simmetrico a un triodo a vuoto. Le parole “Transistor” e “Varistor” sono combinate per formare questa parola. Ciascuno dei tre strati semiconduttori che compongono un transistor è in grado di trasferire corrente agli altri strati.
Questo dispositivo semiconduttore a tre strati è composto da due strati di tipo p e uno strato di tipo n, o due strati di tipo n e uno strato di tipo p. Il primo tipo è noto come transistor npn, mentre il secondo è noto come transistor pnp. I due materiali semiconduttori che conducono l’elettricità in modo più efficiente sono il germanio e il silicio. Il drogaggio di un materiale semiconduttore comporta l’aggiunta di più elettroni o la creazione di buchi nel materiale.
Il materiale di tipo p o di tipo n inserito ha tipicamente un rapporto di larghezza di 10:1 o meno, mentre gli strati esterni hanno larghezze che sono significativamente maggiori. Riducendo la quantità di portatori liberi, un livello di drogaggio inferiore abbassa la conducibilità di questo materiale e ne aumenta la resistenza.
Le seguenti sono le differenze tra un diodo e un transistor: Una giunzione e due strati costituiscono un diodo. Due giunzioni e tre strati costituiscono un transistor. Un transistor può funzionare come un amplificatore o un interruttore on/off.
Connessione back-to-back di un diodo
Le connessioni collettore-base e emettitore-base del transistor hanno prodotto uno strato di esaurimento principalmente come risultato dei portatori di corrente. La regione di esaurimento creata nello scenario di due diodi collegati schiena contro schiena non può far passare i portatori di corrente che sono sia per i buchi che per gli elettroni.
Sappiamo già che il transistor funziona solo grazie al sottile strato di base, che non è altro che la porzione impiantata dell’emettitore e del collettore. Di conseguenza, l’emettitore e il collettore sono abbastanza vicini l’uno all’altro. La maggior parte dei portatori può passare dall’emettitore quando viene applicato un forte campo elettrico.
Questi portatori minoritari si disperderanno sulla base e all’interno della zona di esaurimento della giunzione in corrispondenza del collettore di base come fanno i portatori maggioritari. I dispositivi con una giunzione NP e una giunzione PN che funzionano come due diodi sono disposti schiena contro schiena in una logica semplice.
Quando a questo punto applichiamo tensioni elevate attraverso il terminale di base, il circuito non può condurre corrente. Non siamo in grado di far passare l’elettricità attraverso una barriera perché la tensione applicata rende una barriera grande e un’altra piccola.
Una piccola sorgente di tensione viene aggiunta ai livelli P-N inferiori oltre all’alimentazione di tensione principale, che si trova nella parte superiore dei terminali N-P, per contribuire a porre rimedio alla situazione. Questa alimentazione a bassa tensione farà sì che gli elettroni vengano spinti nella sezione dei fori. Il flusso di corrente sarà regolato dalla tensione di alimentazione principale. Le attuali barriere dello strato di esaurimento vengono abbassate da queste due azioni. Di conseguenza, la tensione attraverso il transistor aumenterà rapidamente.