Jak działają tranzystory
Tranzystory to urządzenia, które kontrolują ruch elektronów, a co za tym idzie, elektryczności. Działają podobnie do kranu z wodą – nie tylko rozpoczynają i zatrzymują przepływ prądu, ale także kontrolują jego natężenie. Dzięki elektryczności tranzystory mogą zarówno przełączać, jak i wzmacniać sygnały elektroniczne, pozwalając precyzyjnie kontrolować prąd płynący przez płytkę drukowaną.
Tranzystory wyprodukowane w Bell Labs były początkowo wykonane z pierwiastka germanu. Naukowcy wiedzieli tam, że czysty german jest dobrym izolatorem. Ale dodanie zanieczyszczeń (proces zwany domieszkowaniem) zmieniło german w słaby przewodnik, czyli półprzewodnik. Półprzewodniki to materiały, które mają właściwości pośrednie między izolatorami i przewodnikami, pozwalające na przewodzenie prądu elektrycznego w różnym stopniu.
Reklama
Czas wynalezienia tranzystorów nie był przypadkowy. Do prawidłowego działania tranzystory wymagają czystych materiałów półprzewodnikowych. Tak się złożyło, że zaraz po II wojnie światowej, ulepszenia w rafinacji germanu, jak również postępy w domieszkowaniu, uczyniły german odpowiednim do zastosowań półprzewodnikowych.
Zależnie od pierwiastka użytego do domieszkowania, powstała warstwa germanu była albo typu ujemnego (typu N), albo typu dodatniego (typu P). W warstwie typu N, doping element dodał elektronów do germanu, co ułatwia elektronów do przepłynięcia na zewnątrz. I odwrotnie, w warstwie typu P, określone elementy domieszkujące powodowały, że german tracił elektrony, przez co elektrony z sąsiednich materiałów płynęły w jego kierunku.
Umieść typ N i typ P obok siebie, a powstanie dioda P-N. Dioda ta pozwala na przepływ prądu elektrycznego, ale tylko w jednym kierunku, co jest przydatną właściwością w budowie obwodów elektronicznych.
Kolejnym krokiem były pełnoprawne tranzystory. Aby stworzyć tranzystory, inżynierowie nakładali warstwy domieszkowanego germanu, tworząc dwie warstwy plecami do siebie, w konfiguracji P-N-P lub N-P-N. Punkt styku został nazwany złączem, stąd nazwa tranzystor złączowy.
Z prądem elektrycznym przyłożonym do warstwy środkowej (zwanej bazą), elektrony będą się przemieszczać od strony typu N do strony typu P. Początkowa mała strużka działa jak przełącznik, który pozwala na przepływ znacznie większego prądu. W obwodzie elektrycznym oznacza to, że tranzystory działają zarówno jako przełącznik, jak i wzmacniacz.
W dzisiejszych czasach, w miejsce germanu, elektronika komercyjna wykorzystuje półprzewodniki oparte na krzemie, które są bardziej niezawodne i tańsze niż tranzystory oparte na germanie. Ale gdy tylko technologia się przyjęła, tranzystory germanowe były w powszechnym użyciu przez ponad 20 lat.
.