Jak fungují tranzistory
Tranzistory jsou zařízení, která řídí pohyb elektronů, a tedy i elektřiny. Fungují podobně jako vodovodní kohoutek – nejenže spouštějí a zastavují tok proudu, ale také řídí jeho velikost. Pomocí elektřiny mohou tranzistory jednak spínat, jednak zesilovat elektronické signály, což umožňuje přesně řídit proud procházející deskou plošných spojů.
Tranzistory vyrobené v Bellových laboratořích byly původně vyrobeny z prvku germania. Tamní vědci věděli, že čisté germanium je dobrý izolant. Přidáním nečistot (proces se nazývá dopování) se však germanium změnilo ve slabý vodič neboli polovodič. Polovodiče jsou materiály, které mají vlastnosti na pomezí izolantů a vodičů a umožňují elektrickou vodivost v různé míře.
Reklama
Načasování vynálezu tranzistorů nebylo náhodné. Aby tranzistory správně fungovaly, vyžadují čisté polovodičové materiály. Tak se stalo, že hned po druhé světové válce zlepšení ve zušlechťování germania a také pokroky v dopování učinily germanium vhodným pro polovodičové aplikace.
V závislosti na prvku použitém k dopování byla výsledná vrstva germania buď záporného typu (typ N), nebo kladného typu (typ P). Ve vrstvě typu N přidával dopující prvek do germania elektrony, což usnadňovalo jejich přepětí. Naopak ve vrstvě typu P specifické dopující prvky způsobovaly, že germanium elektrony ztrácelo, a proto k němu proudily elektrony ze sousedních materiálů.
Pokládejte vedle sebe diody typu N a typu P a vytvoříte diodu typu P-N.
Pokládejte vedle sebe diody typu N a typu P a vytvoříte diodu typu P-N.
. Tato dioda umožňuje průchod elektrického proudu, ale pouze jedním směrem, což je užitečná vlastnost při konstrukci elektronických obvodů.
Dalším krokem byly plnohodnotné tranzistory. Pro vytvoření tranzistorů inženýři vrstvili dopované germanium tak, aby vznikly dvě vrstvy zády k sobě, a to v konfiguraci P-N-P nebo N-P-N. Místo kontaktu se nazývalo přechod, odtud název přechodový tranzistor.
Při přivedení elektrického proudu na prostřední vrstvu (nazývanou báze) se elektrony přesunou ze strany typu N na stranu typu P.
. Počáteční malý proud působí jako spínač, který umožňuje průchod mnohem většího proudu. V elektrickém obvodu to znamená, že tranzistory fungují jako spínač i zesilovač.
V dnešní době se v komerční elektronice místo germania používají polovodiče na bázi křemíku, které jsou spolehlivější a cenově dostupnější než tranzistory na bázi germania. Jakmile se však tato technologie ujala, germaniové tranzistory se široce používaly více než 20 let.