Transistor

De Viquipèdia

El transistor és un dispositiu semiconductor d'estat-sòlid que s’utilitza com a amplificador o com a commutador, i té tres terminals que s’anomenen col·lector, base i emissor. Físicament, la base sempre està entre l’emissor i el col·lector: un petit corrent o voltatge aplicat a un dels terminals controla el corrent als altres dos. El transistor és el component principal de tota l'electrònica moderna i pedra angular dels dispositius electrònics moderns, i s’utilitza en ràdio, telefonia, ordinadors i altres sistemes electrònics. El transistor es cita sovint com un dels majors èxits del segle XX, i alguns el consideren un dels més importants avenços tecnològics en la història de la humanitat. Alguns transistors són envasats individualment, però la majoria es troben en circuit integrats.

En els circuits digitals, el transistor s’utilitza com un interruptor elèctric molt ràpid, i l’organització sistemàtica dels transistors permet que funcionin com a portes lògiques, memòries tipus RAM i microprocessadors.

Als circuits analògics els transistors s’usen com a amplificadors. Els amplificadors d’àudio, les fonts d’alimentació estabilitzades i els amplificadors de freqüència són circuits analògics que duen transistors.

Per metonímia, el terme transistor designa igualment els Receptors de ràdio equipats amb de transistors.

Taula de continguts 1 Origen del nom i història 2 Importància 2.1 Ús 3 Tipus 4 Com funcionen els transistors? 5 Zones de treball 6 Sensibilitat a la llum 7 Referències

[edita] Origen del nom i història

El terme transistor ve de l’anglès transconductance varistor (variable resistor transconductance). El terme va ser encunyat per John R. Pierce. ^[1] Va ser votat per un comitè directiu de 26 persones dels Bell Labs el 28 de maig de 1948 (memorandum 48-130-10), entre els següents noms: semiconductor triode, surface states triode, crystal triode, solid triode, iotatron, transistor. Per motius comercials, calia un nom curt, que de manera inequívoca el relacionés amb la tecnologia dels tubs electrònics. Va ser escollit transistor.

La primera patent ^[2] pel principi del transistor d’efecte camp va ser presentat al Canadà pel físic austriaco-hongarès Julius Edgar Lilienfeld el 22 d’octubre de 1925 , però Lilienfeld no va publicar cap article d’investigació sobre els seus dispositius. El 1934, el físic alemany Oskar Heil va patentar un altre transistor d’efecte de camp. Segons el físic i historiador Robert Arns, els documents legals de la patent de Bell Labs que William Shockley havia construït eren versions operatives de la patent de Lilienfeld de patents, però mai no es fa referència al seu treball en cap treball de recerca històrica o article. ^[3] El transistor va sortir de Silicon Valley, i va ser inventat el 23 de desembre de 1947 pels estatunidencs John Bardeen, William Shockley i Walter Houser Brattain, investigadors de la companyia telefònica Bell, que van observar que quan els contactes elèctrics s’apliquen a un cristall de germani, la potència de sortida és més gran que la d’entrada. William Shockley en va veure el potencial i van treballar els mesos següents en ampliar el coneixement dels semiconductors. Aquests investigadors van rebre per aquesta invenció el Premi Nobel de Física de 1956.

El transistor es considera un enorme progrés en relació al tub electrònic molt més petit, més lleuger, més robust, funciona amb voltatges baixos, permetent alimentació per bateries, i funciona instantàniament un cop encès, a diferència dels tubs electrònics que requerien uns dotze segons d’escalfament, generant un major consum i requerint una font d’alta tensió (diversos centenars de volts).

Va ser ràpidament integrat, junt amb altres components, als circuits integrats, cosa que li va permetre guanyar encara més terreny respecte a altres formes d’electrònica activa.

El transistor ha constituït un invent determinant sense el qual l’electrònica i la informàtica no tindrien la seva forma actual (2009).

Evolució del nombre de transistors integrats en un microprocessador

1971 : 4004 : 2.300 transistors 1978 : 8086 : 29.000 transistors 1982 : 80286 275.000 transistors 1989 : 80486 : 1,16 milions de transistors 1993 : Pentium : 3,1 milions de transistors 1995 : Pentium Pro : 5,5 milions de transistors 1997 : Pentium II : 27 milions de transistors 2001 : Pentium 4 : 42 milions de transistors 2004 : Pentium Extreme Edition : 169 milions de transistors 2006 : Core 2 Duo : 291 milions de transistors 2006 : Core 2 Quad : 582 milions de transistors 2007 : Dual-Core Itanium 2 : 1.900 milions de transistors Altres : 2006 : G80 (NVIDIA) : 681 milions de transistors 2007 : POWER6 (IBM) : 291 milions de transistors 2008 : GT200 (NVIDIA) : 1.400 milions de transistors 2008 : RV770 (ATI) : 965 milions de transistors

[edita] Importància

El transistor és considerat per molts com el més gran invent del segle XX. ^[4] És el component actiu clau en pràcticament total a moderna electrònica. La seva importància en la societat actual es basa en la seva capacitat de ser produït en massa mitjançant un procés altament automatitzat (de fabricació de semiconductors), que aconsegueix baixos costos per transistor.

Encara que diverses empreses produeixen cadascuna més de mil milions d'elements individuals (coneguts com a transistors discrets) cada any ^[5] la gran majoria dels transistors es produeix per a circuits integrats , microxips o simplement xips, juntament amb díodes, resistències, condensadors i altres components electrònics per produir circuits electrònics complets. Una porta lògica es compon de fins a una vintena de transistors mentre que un microprocessador avançat, el 2006, podia utilitzar fins a 1,7 milions de transistors (MOSFET s). ^[6] "Al voltant de 60 milions de transistors es van construir l’ any [2002] ... per cada home, dona i nen que hi ha a la Terra". ^[7]

El baix cost d’un transistor, la flexibilitat i fiabilitat n’han fet un dispositiu únic. Els circuits transistoritzats han substituït els dispositius electromecànics en el control dels aparells i maquinària. Sovint és més fàcil i més barat utilitzar un microcontrolador, i escriure un programa d'ordinador per dur a terme una funció de control que el disseny d'una funció de control mecànica equivalent.

[edita] Ús

El transistor bipolar d'unió, o BJT, va ser el primer transistor inventat, i fins la dècada de 1970, va ser el més comunament utilitzat. Fins i tot després que el MOSFET estigués disponible, el BJT es va mantenir com el transistor que es feia servir per a molts circuits analògics com a senzill amplificador degut a la seva més gran linealitat i facilitat de fabricació. Les propietats dels MOSFETs, com la seva utilitat en dispositius de baixa potència, generalment en configuració CMOS, els va permetre capturar gairebé tota la quota de mercat per a tots els circuits digitals. Els MOSFETs, més recentment, han abasten la majoria de les aplicacions analògiques com ara circuits analògics de rellotges, reguladors de voltatge, amplificadors, transmissors d’energia, controladors de motor, etc.

La utilitat fonamental d'un transistor ve de la seva capacitat per utilitzar un petit senyal aplicada entre un parell de terminals per controlar un senyal molt més gran en un altre parell de terminals. Aquesta propietat s'anomena guany. Un transistor pot controlar la seva sortida en proporció al senyal d'entrada, és a dir, pot actuar com un amplificador. O bé, el transistor es pot utilitzar per activar o desactivar el corrent en un circuit de control elèctric com un commutador, on la quantitat de corrent està determinada per altres elements del circuit.

[edita] Tipus

En termes generals, els transistors discrets es classifiquen segons els següents paràmetres: tipus (transistor, FET), potència (baixa, mitjana, alta), freqüència (baixa, mitjana, alta) i funció (amplificació, commutació). D'aquesta manera, per exemple, un transistor en concret pot ser classificat com a bipolar, de baixa potència i altra freqüència de commutació.

Els transistors van en una amplia gama de encapsulats, normalment de vidre, metall, ceràmica o plàstic. Els transistors de potència tenen un encapsulat relativament gran que pot ser muntat sobre un dissipador de calor per evitar que es cremen. En l'extrem oposat, alguns transistors d'alta freqüència i de muntatge superficial son tan menuts com un gra de pols. Hi ha molts transistors, especialment els de potència que tenen un terminal (normalment el col·lector o el drenador) connectat internament amb l'encapsulat per facilitar dissipació de la calor.

Els primers transistors estaven fets de germani (Ge) però ara la majoria estan fets de silici (Si). Alguns dels de major rendiment es fabriquen amb arseniur de gal·li (GaAs).

[edita] Com funcionen els transistors?

Hi ha dos tipus bàsics de transistors, els bipolars (BJT) i els d'efecte camp (FET), i cadascun funciona de forma diferent. El transistor bipolar s'anomena així perquè el canal de conducció principal usa tant electrons com buits per a transportar el corrent elèctric principal. Els d'efecte camp (també anomenats unipolars) només utilitzen un dels dos tipus de transportador (o buits, o electrons, segons el subtipus de FET). Veieu els articles de cada tipus de dispositiu per a més informació.

[edita] Zones de treball

Zona de tall : El fet de fer nul el corrent de base, és equivalent a mantenir el circuit basi emissor obert, en aquestes circumstàncies el corrent de col·lector és pràcticament nul i per això es pot considerar el transistor en el seu circuit com un interruptor obert.

Zona de saturació : El díode col·lector està polaritzat directament i el transistor es comporta com una petita resistència. En aquesta zona un augment del corrent de base no provoca un augment del corrent de col·lector, aquest depèn exclusivament de la tensió entre emissor i col·lector. El transistor s'assembla en el seu circuit emissor-col·lector a un interruptor tancat.

Zona activa directa: Correspon a una polarització directa de la unió emissor-base i a una polarització inversa de la unió col·lector-base. Aquesta és la regió d'operació normal del transistor per a amplificació.

[edita] Sensibilitat a la llum

Els transistors bipolars poden ser activats amb llum a més d'amb electricitat. Els dispositius dissenyats per a aquest propòsit s'anomenen fototransistors, però no són més que transistors estàndards amb un encapsulat transparent.

[edita] Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Transistor