Transistor

Dispositivo a semiconduttore utilizzato nei circuiti di amplificatori, oscillatori, rivelatori e di numerosi altri strumenti per telecomunicazioni.

Il transistor è un componente a stato solido costituito da un sottile frammento di cristallo semiconduttore, di solito germanio o silicio, suddiviso in tre zone distinte (terminali), con caratteristiche fisiche diverse.
Esso fu messo a punto nel 1948, presso i Bell Laboratories, dai fisici americani Walter Houser Brattain, John Bardeen e William Bradford Shockley che, per questa realizzazione, nel 1956 ricevettero il premio Nobel per la fisica.

Il transistor, nonostante la grande varietà delle sue applicazioni, svolge solo due semplici funzioni: quella di interruttore e quella di amplificatore. Come in un interruttore, fornendo una piccola corrente a uno degli ingressi del transistor è possibile consentire o escludere il passaggio di una corrente attraverso le altre due connessioni di cui è dotato. Come in un amplificatore di corrente, il passaggio di corrente può essere modulato: una piccola variazione di corrente a un ingresso consente di controllare il passaggio di una corrente molto superiore attraverso le altre due connessioni.
Nella sua forma più semplice, il transistor bipolare è composto da tre elementi (emettitore, base e collettore) costituiti da un frammento di cristallo semiconduttore cui sono aggiunte opportune impurità. I tre elementi sono disposti a sandwich, con la base in mezzo, e ciascuno di essi è dotato di un collegamento che permette di inserire il transistor all'interno di un circuito elettrico. Grazie alle proprietà fisiche di questi materiali, una piccola corrente applicata alla base può determinare e controllare il flusso di corrente fra collettore ed emettitore.

 

Transistor Bipolare

Un transistor bipolare è costituito da tre zone a diverso drogaggio, separate da due giunzioni. Nella versione n-p-n, un sottile strato drogato con atomi accettori è interposto tra due zone di tipo n; nell'illustrazione qui a lato questo tipo di transistor è inserito in un semplice circuito, in cui R1 e R2 sono due resistenze. Con riferimento allo schema, la zona n a sinistra, detta emettitore, costituisce la sorgente di elettroni; la zona p, detta base, regola il flusso di elettroni; la zona n di destra, detta collettore, riceve gli elettroni. Per permettere il passaggio degli elettroni attraverso la giunzione n-p, la base ha una tensione leggermente positiva rispetto all'emettitore (polarizzazione diretta); il collettore invece ha una tensione decisamente positiva rispetto alla base (polarizzazione inversa). Il campo elettrico applicato globalmente al componente ha la polarità positiva dal lato del collettore e quella negativa in corrispondenza dell'emettitore.
Gli elettroni provenienti dall'emettitore passano nella base e, attratti dal forte potenziale positivo del collettore, fluiscono verso di esso (grande corrente di collettore). Pochi sono gli elettroni che si combinano con le lacune della base, perché questa è molto sottile e debolmente drogata. La resistenza al flusso di corrente tra emettitore e base è debole, mentre quella tra collettore e base è elevata. Questo comporta che piccole variazioni della tensione applicata alla base producono ampie variazioni a livello del collettore, il che rende questo tipo di transistor un ottimo amplificatore. Del tutto simile è il funzionamento del transistor p-n-p, che però richiede tensioni di polarità opposta.

 

Transistor a Effetto di Campo

Funziona invece in modo del tutto diverso una categoria di transistor di sviluppo più recente: quella dei transistor a effetto di campo (Field-Effect Transistor, FET). Si tratta di componenti a tre terminali nei quali il collegamento tra due i terminali esterni, detti drain e source, è realizzato tramite un percorso in materiale semiconduttore drogato, detto "canale". Un terzo terminale, detto gate, che non scambia corrente con i primi due, controlla la resistenza del canale producendo un campo elettrico. Il controllo è esercitato restringendo o allargando, attraverso il campo elettrico, la sezione del canale in cui possono scorrere i portatori di carica del semiconduttore drogato. I FET operano con più efficienza dei transistor bipolari, poiché un segnale molto intenso può essere controllato con una piccolissima spesa di energia. Secondo il sistema con cui è realizzato il gate, i FET si dividono in due grandi categorie: J-FET e MOS-FET.

 

Sviluppi Recenti

La prima applicazione commerciale del transistor, all'inizio degli anni Cinquanta, fu nel campo della telefonia, in sostituzione degli inaffidabili relè meccanici allora utilizzati nei collegamenti telefonici; nel 1954 furono commercializzati i primi esemplari di radio a transistor e l'IBM iniziò a sostituire nei propri computer i tubi a vuoto con i transistor. Da allora la diffusione del transistor è stata inarrestabile, grazie soprattutto all'elevata affidabilità, alla velocità di risposta, al bassissimo costo e alla possibilità di miniaturizzarli. Oggi vengono realizzati transistor tanto piccoli da essere praticamente invisibili a occhio nudo e la tecnologia dei circuiti integrati, sviluppata a partire dagli anni Sessanta, ha permesso di realizzare complessi circuiti composti da milioni di transistor su sottilissime piastrine di silicio.
Oggi un microprocessore può raggruppare funzioni che un tempo avrebbero richiesto parecchie schede a circuito stampato; le prestazioni, che fino a pochi anni fa sarebbero state esclusive dell'unità centrale di elaborazione di un grande computer, sono oggi possibili a piccoli portatili a batteria.