6 - Transistor

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[fullimg=100]http://images.nonsologaming.com/transistor_corso.jpg[/fullimg]

Indubbiamente l'elettronica di oggi non sarebbe quella che conosciamo se mancasse anche solo uno dei componenti che viene impiegato comunemente all'interno di un qualsiasi circuito.

Ma il dispositivo che ha influito in misura nettamente maggiore sulla nostra vita, sulle scoperte ed il progresso tecnologico... è proprio il transistor (TRANSfer resISTOR): un piccolo dispositivo dalle enormi possibilità di impiego.

 

Il primo prototipo è relativamente recente: nel 1948, Walter H. Brattain, John Bardeen e William Shockley, finanziati dai laboratori Bell.

Da allora il transistor è stato (sempre più) miniaturizzato, migliorato, prodotto in serie, differenziato per caratteristiche ed integrato come unità minima alla base dei cervelli elettronici dei più comuni apparecchi. Senza il transistor, oggi infatti potremmo scordarci computer, smartphone, lettori MP3, ma anche apparecchi meno complessi, come caricabatteria a microprocessore, lettori CD o radioline portatili...

Questo perchè i transistor sono alla base del funzionamento di qualsiasi processore odierno.

E dire che il transistor, da solo, è un componente molto umile.

 

Questo è un transistor:

I tre poli sono la base, il collettore, e l'emettitore.

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http://images.nonsologaming.com/BC549C.png[/imgx]

 

Pensate che ha due sole funzioni primarie:

• interruttore
  
• amplificatore

 

Un comune (e ormai datato) Pentium 4 (anno 2000) con clock di 2,4-3.8GHz non è altro che un cervello elettronico composto tra l'altro da 42-125 milioni di transistor (a seconda del modello). Ogni transistor al suo interno è connesso agli altri transistor da una fitta rete che gli permette di interagire tramite impulsi elettrici e generare reazioni a catena che producono la risoluzione del calcolo assegnato.

Se dovessi descrivere questo processo utilizzerei due parole... estremamente affascinante.

 

Andiamo a scoprire come funziona.

 

Il transistor, come il potenziometro, possiede tre terminali (o "pin"). Ricordate l'esempio che ho fatto riguardo al potenziometro? (vedi capitolo 2: Resistori)

Se doveste sfilare l'anima di una matita (la mina) avreste in mano un resistore...

Misurando la resistenza della mina della matita, mettendo i puntali del tester ai due capi avreste un valore di resistenza fisso. Ma per capire come funziona un potenziometro dovreste tenere fisso un puntale ad una estremità della mina, e far scorrere l'altro puntale sulla mina stessa: più i due puntali sono vicini, e minore sarà il valore della resistenza... viceversa, più i puntali sono lontani e più il valore di resistenza sarà alto.

Ora, tenendo questo a mente, vi posso dire che è possibile fare un analogia tra il funzionamento del potenziometro e quello di un transistor.

Il transistor deve il suo nome infatti ad una sua caratteristica: quella di variare la resistenza interna in relazione alla corrente che attraversa la sua uscita di controllo.

Il terzo polo in un potenziometro corrisponde al cursore, che scorre sullo strato di grafite... mentre in un transistor il terzo polo (quello di controllo, ovvero la base) può essere paragonato ad un rubinetto "elettronico". Fornendo una piccola corrente alla base, è possibile "aprire" il rubinetto del transistor. Maggiore sarà la corrente sulla base e minore sarà la resistenza che il transistor opporrà tra collettore ed emettitore.

Se sulla base non c'è nessuna corrente, il transistor si comporterà tra collettore ed emettitore come un circuito aperto, o meglio, come se nel circuito ci fosse una resistenza così alta da non permettere il flusso di corrente.

 

Nei circuiti che andremo a realizzare negli articoli di pratica utilizzeremo il BC549C, un transistor NPN comunemente utilizzato.

 

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http://images.nonsologaming.com/BC549C_2.png[/imgx]

 

Googolando ho trovato questo ottimo video che, in sostanza, riassume tutto quello che con questo articolo mi sono prefisso di trasmettervi... e anche qualcosa di più.

Per chi non capisse l'inglese parlato, ci sono i sottotitoli... e per chi non capisse nemmeno l'inglese scritto, youtube ha messo da poco a disposizione la funzionalità (beta) di traduzione dei sottotitoli, basta cliccare sul tasto "CC". Ovviamente la traduzione non sarà perfetta, ma sarà sufficientemente (in)accurata"

da permettervi di capire le basi di quello che dovete sapere sul funzionamento dei transistor... insomma, non avete scuse per non guardarlo (e poi dura meno di 5 minuti!)

 

E ora ci addentriamo nella parte teorica del funzionamento dei transistor, ma è necessario prenderla larga: come NON vi ho spiegato in occasione dell'articolo dei diodi, il funzionamento (dei diodi) è dovuto alle caratteristiche che si vengono a creare su di una giunzione P-N.

La giunzione P-N viene creata generalmente utilizzando il Germanio ed il Silicio come materiali semiconduttori, e si viene a creare quando due semiconduttori "drogati" differentemente sono adiacenti tra loro.

Guardate questa immagine per capire meglio:

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http://images.nonsologaming.com/diodo_pn.png[/imgx]

Per capire invece la procedura di drogatura, dovremo parlare di atomi e della loro struttura.

Queste sono rispettivamente le configurazioni elettroniche dell'atomo di silicio, di boro e di fosforo.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Elektronskal_14.png[/imgx][imgx]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Elektronskal_5.png[/imgx][imgx]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/Elektronskal_15.png[/imgx]

I colori, noterete, sono diversi ad indicare la natura del materiale e conseguentemente la sua corrispondenza sulla tavola periodica degli elementi. Le lettere indicano la forma degli orbitali atomici, un'argomento che non tratterò per evitare di deviare troppo da quello originale. Se volete più informazioni sulla configurazione elettronica degli atomi, vi rimando alla voce corrispondente su Wikipedia, ma dovreste trovare diverse informazioni anche sui libri di chimica per le scuole superiori.

 

Il boro ha un'eccedenza di elettroni che viene sfruttata per la drogatura del silicio, mentre il fosforo ha eccedenza di lacune.

Introducendo nel silicio puro una quantità controllata di impurezze utilizzando uno o dall'altro materiale tramite il processo di impiantazione ionica (che ha come scopo il drogaggio del materiale) è quindi possibile creare variazioni nelle caratteristiche elettriche del materiale di base.

Come detto poco fa, la zona P risulterà quindi in eccesso di elettroni e potrà cederne, mentre la zona N potrà accettarne per via dell'eccedenza di lacune. Il trasferimento di elettroni tra queste due zone è un fenomeno detto "diffusione", ed è dipendente dalla polarizzazione che si applica ai capi della giunzione (si torna a parlare della polarizzazione diretta ed inversa, già accennata nell'articolo sui diodi).

 

Spiegato tutto questo, posso quindi dirvi, consapevole che comprenderete cosa significa, che anche i transistor sfruttano quello che avviene in una giunzione P-N: Esistono infatti transistor P-N-P ed N-P-N.

 

 

 

Nell'ultima parte di questo articolo ho voluto fornirvi un po' di spiegazioni tecniche sul funzionamento del drogaggio dei materiali e di quello che avviene in una giunzione P-N per completare le spiegazioni che mancavano nei due articoli riguardanti i diodi, anche perchè come avete visto il funzionamento dei transistor è collegato con quanto avviene in un diodo. Non mi aspetto che questa volta la spiegazione sia chiara a tutti, ma vi invito a non scoraggiarvi e ad approfondire l'argomento laddove vi sia sfuggito qualcosa.

 

Leggi i capitoli precedenti:

• 0 - Fondamenti di elettronica
  
• 1 - Tensione e corrente
  
• 2 - Resistori
  
• 3 - Condensatori
  
• 4 - Diodi (parte 1)
  
• 5 - Diodi (parte 2) - Led, laser, fotodiodi

 

Come sempre, ogni vostro suggerimento/miglioria/correzione all'articolo è ben accetto e contribuisce a migliorare la qualità di questi articoli.

[miki2o]

Ottima spiegazione

[fuomag9]

grande bus;)

[dano91]

grazie!

[Savio1]

Fantastico bus!

[IImanuII]

Fantastico bus!

 

Si davvero belle lol

 

Solo una richiesta ci sarebbe... Lezioni più frequenti?

[6587gianluca]

A quando la prossima lezione ???

[ManuelX]

Ce un sito che mi permetta di verificare se il transistor che ho o che mi manca più facile abbia dei transistor complementari o intercambiabili?

Così evito di comprarne uno se ne ho già di adatti

 

Grazie

[crishebe]

Ottima spiegazione, penso di aver capito... una cosa non mi e chiara rispetto al video, non capisco bene a cosa serva il diodo messo nel circuito dove ce il motore, non dovrebbe funzionare anche senza? a cosa serve??

Mi complimento ancora per tutte queste lezione e auguro a tutti buone feste!!