Hur transistorer fungerar
Transistorer är anordningar som styr elektronernas rörelse, och därmed elektricitet. De fungerar ungefär som en vattenkran – de startar och stoppar inte bara flödet av en ström, utan kontrollerar också strömmen. Med elektricitet kan transistorer både koppla om och förstärka elektroniska signaler, vilket gör att du kan styra strömmen genom ett kretskort med precision.
De transistorer som tillverkades vid Bell Labs tillverkades ursprungligen av grundämnet germanium. Forskarna där visste att rent germanium var en bra isolator. Men genom att lägga till föroreningar (en process som kallas dopning) förvandlades germanium till en svag ledare, eller halvledare. Halvledare är material som har egenskaper mitt emellan isolatorer och ledare, vilket möjliggör elektrisk ledningsförmåga i varierande grad.
Advertisering
Momentet för uppfinningen av transistorerna var ingen tillfällighet. För att transistorer ska fungera korrekt krävs rena halvledarmaterial. Det råkade vara så att precis efter andra världskriget gjorde förbättringar av germaniumförädlingen, liksom framsteg inom dopning, germanium lämpligt för halvledartillämpningar.
Beroende på vilket element som användes för dopning var det resulterande germaniumskiktet antingen av negativ typ (N-typ) eller positiv typ (P-typ). I ett N-typskikt tillförde dopningselementet elektroner till germaniumet, vilket gjorde det lättare för elektroner att strömma ut. Omvänt, i ett skikt av P-typ fick specifika dopningselement germaniumet att förlora elektroner, vilket innebar att elektroner från intilliggande material flödade mot det.
Placera N-typ och P-typ intill varandra och du skapar en P-N-diod. Denna diod tillåter en elektrisk ström att flöda, men endast i en riktning, en användbar egenskap vid konstruktion av elektroniska kretsar.
Fullfjädrade transistorer var nästa steg. För att skapa transistorer lade ingenjörer lager av dopat germanium för att göra två lager rygg mot rygg, i en konfiguration av antingen P-N-P eller N-P-N. Kontaktpunkten kallades för en korsning, därav namnet korsningstransistor.
Med en elektrisk ström till det mittersta lagret (kallat basen) kommer elektroner att förflytta sig från N-typ-sidan till P-typ-sidan. Det inledande lilla rinnet fungerar som en omkopplare som gör att en mycket större ström kan flöda. I en elektrisk krets innebär detta att transistorer fungerar både som en brytare och en förstärkare.
Nuförtiden använder kommersiell elektronik i stället för germanium kiselbaserade halvledare, som är mer tillförlitliga och mer prisvärda än germaniumbaserade transistorer. Men när tekniken väl slog igenom var germaniumtransistorer i utbredd användning i mer än 20 år.