Iniziare con il transistor

Come nasce

Prima del 1947, anno in cui fu ideato dai tecnici dei Laboratori Bell dell’AT&T, tutto ciò che riguardava il campo delle comunicazioni e dell’amplificazione dei segnali elettrici veniva elaborato con circuiti abbastanza elementari, ingombranti e a basso rendimento, il cui cuore era costituito dalle mitiche valvole, ormai relegate in apparecchiature da collezione, e attualmente destinate alla produzione di iconici amplificatori musicali top di gamma ed estremamente performanti.

In appena  nove anni il transistor cambiò a tal punto il corso dell’elettronica che, nel 1956, valse ai suoi tre inventori il Premio Nobel per la Fisica.

Il nome deriva dall’unione delle parole inglesi  transconductance e varistor.

Che cosa è

E’ un componente  elettronico realizzato con materiali semiconduttori come, ad esempio, il silicio e il germanio.

Si chiamano semiconduttori perché sono caratterizzati da una conduttività (o resistività) intermedia tra materiali conduttori e materiali isolanti, non consentendo, pertanto, il libero flusso di elettroni al loro interno.

Per migliorarne le prestazioni, i semiconduttori vengono contaminati con altri materiali (cd.”doping”) come arsenico, boro, alluminio, gallio …

Al corpo del transistor sono collegati tre terminali di connessione al circuito esterno, denominati “collettore”, “emettitore”, “base”.

Applicando una tensione elettrica a due dei terminali è possibile regolare il flusso di elettroni che attraversa il transistor stesso, potendo così amplificare il segnale in ingresso, facendo cioé in modo che la tensione o la corrente elettrica in uscita sia superiore a quella in entrata, oppure aprendo/chiudendo il circuito: in poche parole il transistor può essere utilizzato all’interno di un circuito elettrico come amplificatore o come interruttore/commutatore di segnale.

I transistor sono l’elemento base dei circuiti integrati e, grazie anche alla incredibile miniaturizzazione raggiunta, si va da circuiti integrati semplici che ne inglobano da qualche decina a qualche centinaia, a  circuiti complessi che ne ricomprendono da qualche migliaio fino agli oltre dieci miliardi dei processori Apple di ultima generazione.

Tipologie

I transistor possono essere divisi almeno in tre  categorie: 

  •         bipolari (PNP/NPN): sono quelli tipicamente utilizzati nel campo dell’elettronica analogica, principalmente come amplificatori di corrente e interruttori (switch). Rispetto ai transistor ad effetto di campo sono in grado di offrire una maggiore corrente, ma hanno lo svantaggio  di non avere il gate isolato, proprio perché hanno la configurazione bipolare (base comune, collettore comune, emettitore comune).
  •         unipolari (ad es. MOSFET): in questa tipologia la base, l’emettitore ed il collettore formano gli strati del semiconduttore, mentre il gate ricopre il ruolo di distributore di corrente. Sono i transistor alla base dell’informatica, in quanto consentono l’esecuzione delle operazioni booleane fondamento della logica digitale.
  •         transistor IGBT: caratterizzati da un gate isolato, che hanno la peculiarità di sommare  le caratteristiche provenienti sia dai transistor ad effetto di campo che da quelli bipolari. Ciò li rende una scelta alternativa rispetto ai tipi MOSFET, dato che funzionano anche dentro ad invertitori e convertitori,  garantendo un passaggio dei flussi velocissimo e un basso consumo di energia.