I transistor
Così come il carbone è stato il motore della
prima rivoluzione industriale, la scoperta dei semiconduttori ha permesso il
realizzarsi della 'rivoluzione elettronica'. La loro caratteristica
fondamentale è quella di avere un grado di resistività intermedio tra i
conduttori e gli isolanti. La caratteristica che ha reso i semiconduttori
elementi ideali per le applicazioni elettroniche è la possibilità di controllare
il loro grado di resistività o di conduttività tramite il drogaggio, cioè
l'aggiunta di impurità che modificano la composizione dell'elemento base. Il
semiconduttore più utilizzato, anche perché presente in quantità quasi
illimitata nella superficie terrestre, è il silicio. I semiconduttori sono
infatti alla base dei transistor, i quali sono formati da due giunzioni p-n
ravvicinate. Le giunzioni p-n sono formate dall'unione di due tipi di silicio
drogati in maniera diversa:
- Il silicio di tipo 'p', in cui l'impurità,
costituita da boro e indio, rende disponibile una lacuna (portatrice di
carica positiva).
- Il silicio di tipo 'n' in cui
l'impurità, costituita da arsenico e fosforo, liberano un elettrone
(particelle portatrici di carica negativa). Il fenomeno avviene perché il
silicio ha 4 elettroni nella sua orbita più esterna, mentre il fosforo ne
ha 5. Quindi se il silicio puro viene drogato con lo 0,001 % di fosforo,
ogni 100.000 atomi si avrà un elettrone in più di quanti se ne avrebbero
se il silicio fosse stato puro. Schematicamente:
Ponendo due giunzioni p-n a breve distanza si
può realizzare un dispositivo che emula in qualche modo il comportamento del
triodo a vuoto, che costituisce la base di circuiti amplificatori e di
micro-interruttori; questo dispositivo prende il nome di transistor bipolare.
Il transistor bipolare è composto da una sottile regione n inserita tra due
regioni p. La regione intermedia n viene chiamata base del transistor, mentre
le due regioni p vengono chiamate rispettivamente emettitore e collettore. La
concentrazione di lacune nell'emettitore è maggiore della concentrazione di
elettroni nella base. Se applichiamo una piccola d.d.p. tra emettitore e base
in polarizzazione diretta, e una d.d.p. maggiore tra base e collettore in
polarizzazione inversa, abbiamo un flusso di elettroni dalla base
all'emettitore e un flusso di lacune tra l'emettitore e la base, mentre fra
base e collettore non vi è passaggio di elettroni né di lacune. ( per la
spiegazione di questo fenomeno rifarsi alle figure precedenti ). Tuttavia, se
la base è sufficientemente sottile, nell'ordine di qualche micrometro, le
lacune che vi penetrano dall'emettitore possono giungere alla seconda giunzione
prima di ricombinarsi: qui passano facilmente al collettore. Quindi una piccola
d.d.p. fra emettitore e base può controllare una consistente corrente fra
emettitore e collettore, proprio come nel triodo a vuoto avveniva con una
piccola d.d.p. tra la griglia e il catodo. Però il transistor presentava molti
vantaggi rispetto alla valvola, tra i quali abbiamo:
- minor costo e ingombro
- maggior affidabilità
- minor assorbimento di energia elettrica
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