Cos'è e come funziona il TRANSISTOR - Animazione 3D

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I TRANSISTORS sono dispositivi a semiconduttore largamente impiegati sia nell’elettronica analogica che digitale.

Essi sono la base della moderna elettronica e sono essenziali per il controllo di moltissimi circuiti o interi processori.
Al centro di un pc, infatti, si trova la CPU, ovvero l’unità di elaborazione centrale. Solo questo elemento è costituito da circa 5 milioni di transistors.
Un transistor dunque è un componente elettronico molto piccolo onnipresente in ambito informatico.

JAES nel suo catalogo offre un’ampia scelta di transistor dei maggiori produttori.

Ma che cos’è un transistor? E a che cosa serve?
Un transistor può operare in logica digitale, come banale interruttore, oppure può essere utilizzato in ambito analogico per amplificare un segnale debole in ingresso in un segnale più forte in uscita.
In questo video ci concentreremo sul funzionamento del transistor a giunzione bipolare, che come potete notare, è dotato di 3 terminali, ovvero: l’EMETTITORE, il COLLETTORE e la BASE.
Esistono due tipologie di transistor bipolare: I PNP e gli NPN. Tale differenza non soltanto richiede di usare polarità opposte per i tre elettrodi (collettore, base ed emettitore), ma consente di ottenere un funzionamento simmetrico, molto utile in tanti circuiti.
Come nel caso del diodo, anche il transistor può essere composto dal silicio, ovvero un materiale semiconduttore.
Se ingrandiamo il reticolo cristallino notiamo che ogni atomo di silicio è legato con altri 4 atomi vicini di silicio.
Nel suo guscio esterno, il silicio presenta 4 elettroni, i cosiddetti elettroni di valenza.
Ognuno di questi elettroni può essere condiviso con un atomo adiacente creando così il noto LEGAME COVALENTE.
Gli atomi effettuano questo legame per rendere il più possibile stabile la loro configurazione elettronica e ottenere dunque uno stato elettronico a minor livello energetico.
Al momento gli atomi si trovano nel loro guscio di valenza.
Nel caso in cui il silicio debba condurre elettricità, gli elettroni assorbiranno parte dell'energia per contrastare il legame covalente e diventare così elettroni liberi.
In questa situazione però il silicio puro avrà una bassa conducibilità elettrica.
Per questo motivo entra in gioco una tecnica chiamata drogaggio.
Avevamo già sentito parlare di questa tecnica nel nostro precedente video sul funzionamento del diodo, quando spiegavamo che per modificare le proprietà elettroniche del silicio venivano aggiunte all’interno del suo reticolo cristallino delle piccole quantità di atomi. I cosiddetti atomi donatori, che cedono i propri elettroni al silicio.
In tal caso supponiamo che nel reticolo di silicio in questione venga inserito un atomo di fosforo.
A differenza del silicio l’atomo di fosforo presenta 5 elettroni nel suo guscio esterno. Un elettrone dunque non sarà interessato al legame covalente e potrà essere libero di muoversi all’interno del reticolo. Questo è noto come drogaggio di tipo N.
Nel caso contrario, se all’interno del reticolo del silicio viene inserito un atomo di Boro che presenta solamente 3 elettroni di valenza nel suo guscio, si creerà uno spazio libero per un elettrone dovuto all’assenza di un legame covalente, questo spazio è conosciuto come lacuna e gli elettroni vicini potranno riempire questi spazi in qualunque momento.
Questo è noto come drogaggio di tipo P. Drogando in questo modo una sezione di silicio si ottiene un transistor.
Per comprendere appieno il funzionamento di un transistor è utile ricordare cosa succede a livello elettronico all’interno di un altro componente elettrico elementare: il diodo.
Nel nostro precedente video sul funzionamento del diodo, avevamo spiegato che il silicio al suo interno viene drogato in modo da ottenere due parti distinte con due diversi livelli di distribuzione di carica, ovvero la giunzione PN. La maggioranza di elettroni in un lato e la maggioranza di lacune disponibili nell’altro, favorisce il naturale spostamento degli elettroni in abbondanza nella parte N verso le lacune disponibili nella parte P.
In questa situazione la zona di confine della parte P viene leggermente caricata negativamente e la zona di confine della parte N viene leggermente caricata positivamente. La conseguente formazione all’interno della zona di svuotamento di un potenziale di barriera, impedisce un ulteriore migrazione di elettroni dalla parte N alla parte P.