Beynimiz nasıl bir şeyleri düşünmek ve ezberlemek için kullandığımız, nöron adı verilen 100 milyarlarca hücreden oluşuyorsa; bilgisayarlar da transistör adı verilen milyarlarca küçük beyin hücresinden oluşur. Silisyum adı verilen ve kumdan elde edilen kimyasal bir element özü, transistörlerin hammaddesini oluşturur. Transistörler; John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley tarafından yarım yüzyıldan fazla bir süre önce tasarlandı ve elektronik teorisini kökten değiştirdi.
Transistör, elektrik sinyallerinin anahtarlanmasında ve yükseltilmesinde kullanılan elektronik bir bileşendir. Transistörler, transistör vakum tüpleri (elektron tüpleri) kullanılmadan önce dünyada büyük bir devrim yaratmıştı. Bu tüpler yalnızca hantal değildi, aynı zamanda çok fazla güç tüketiyorlardı, bu da genel sistemin daha az verimli olmasına neden oluyordu.
Transistörler boyut olarak çok küçüktür ve bir elektron tüpünden çok daha az güç tüketir. Modern transistörlerin nanometre cinsinden bir boyutu vardır ve bir sinyal çipinde milyarlarca adet bulunabilir. Transistörler, hareketli parçaları olmayan bir anahtar görevi görebilir; ayrıca zayıf bir sinyali yükseltebilir. Şimdi transistörlerin temellerini tartışalım.
Transistör genellikle yarı iletken malzemelerden oluşan katı hal elektronik bir cihazdır. Elektronik akım sirkülasyonu, elektronların eklenmesiyle değiştirilebilir. Bu süreç, çıkış akımındaki birçok değişimi orantılı olarak etkilemek için voltaj değişimlerini getirir ve amplifikasyonu meydana getirir. Elektronik cihazların bazıları, bir veya daha fazla transistör türü içerir. Transistörlerin bazıları tek tek veya genel olarak durum uygulamalarına göre değişen entegre devrelere yerleştirilir.
Transistör, akımı tutma kabiliyetine sahip üç katman yarı iletken bölümden meydana gelir. Silikon ve germanyum gibi elektriği ileten malzeme, plastik teller ile çevrelenmiş iletkenler ve yalıtkanlar arasında, elektriği taşıma özelliğine sahiptir ve ayrıca kondansatörler gibi de çeşitler var.
En dıştaki kabukta elektriğin iletkenliği için serbest atom yoktur. Böylece sistemde bir serbest elektron oluşturan bu silikon atomları arasına bir fosfor atomu enjekte edilir ve bu işlem, N-tipi katkılama olarak bilinir. Diğer bir katkı türü, elektronların hareketi için serbest bir deliğin oluşturulduğu/enjekte edildiği P tipi katkıdır. Doping, yarı iletkenin iletkenliğini arttırır. (NPN ve PNP)
Transistörün üç terminali vardır:
Taban: Transistörün tabanı, transistörün ortasında bulunur. Taban çok incedir ve her zaman hafif katkılıdır. Yayıcı ve toplayıcı ile iki diyot devresi oluşturur. Baz emitördeki akım miktarı kontrol edilerek, kollektörün ucundaki akım kontrol edilebilir. Bu mantık, transistörlerin devrede anahtarlama olarak kullanılmasının arkasındaki temel ilkedir.
Verici: Verici, transistörün negatif ucu olarak işlev görür. Orta genişlikte yüksek katkılı bir bölümdür. Bu bölüm her zaman bir ileri sapma olarak ayarlanır.
Kollektör: Kollektör, transistörün pozitif ucu olarak hizmet eder. Bu bölüm orta derecede katkılıdır ve üç bölüm arasında en uzun genişliğe sahiptir. Bu bölümün geniş uzunluğu, transistörün emitörü tarafından sağlanan yük taşıyıcısının çoğunu toplamasına izin verir
PNP tipinde transistörler normalde AÇIK durumdadır. NPN tipinde transistörlerin tetiklenmesi için 0,7 V’luk bir voltaj uygulanması gerekir ve taban piminde uygulanan voltaj olarak transistör AÇIK olur. İleri taraflı koşul olan bu durumda, akım, toplayıcıdan emitere doğru akmaya başlar. Transistör ters kutuplanmış durumda olduğunda, taban pimi topraklandığında veya üzerinde voltaj olmadığında; transistör KAPALI durumda kalır ve akımın kollektörden emitere akışına izin vermez.
İki tür transistörden söz edilebilir:
Her ikisinin de belirli artıları ve eksileri olan kendi işlevleri vardır. BJT'lerde, kollektör ucundaki büyük akımı kontrol etmekten az miktarda baz akımı sorumludur. FET'lerde ayrıca geçit, kaynak ve tahliye olmak üzere üç terminal vardır. Bu tip transistörler için kapı voltajı, kaynak ve boşaltma yoluyla akımın akışını kontrol eder.
Bipolar bağlantı (kavşak) transistörü, üç terminalli (taban, verici ve toplayıcı), katkılı yarı iletkenden oluşur. Bu prosedürde hem delikler hem de elektronlar yer alır. Toplayıcıdan emitere geçen büyük miktarda akım, tabandan emiter terminallerine küçük akımı değiştirerek anahtarlanır. Bunlara akım kontrollü cihazlar da denir. NPN ve PNP, BJT'lerin iki ana parçasıdır. BJT, tüm transistörler arasında en düşük empedansa sahip olduğu için tabana girdi vererek açılır. Amplifikasyon ayrıca tüm transistörler arasında en yüksek seviyededir.
Alan etkili transistör; kaynak, kapı ve tahliye olmak üzere üç bölgeden meydana gelir. Voltaj seviyesini kontrol ettikleri için voltaj kontrollü cihazlar olarak grubuna dahil olur. Elektriksel davranışı kontrol etmek için dışarıdan uygulanan elektrik alanı seçilebilir, bu yüzden alan etkili transistörler olarak adlandırılır. Bu durumda akım, çoğunluk yük taşıyıcıları, yani elektronlar nedeniyle akar, dolayısıyla tek kutuplu transistör olarak da bilinir. Elektrik alanı tarafından kontrol edilen drenaj ve kaynak arasında düşük frekans iletkenliği ile esas olarak mega ohm cinsinden yüksek giriş empedansına sahiptir. FET'ler oldukça verimli, güçlü ve daha az maliyetlidir.
Alan etkili transistörler; kavşak alan etkili transistörler (JFET) ve metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET) olmak üzere iki ana gruba ayrlır. Transistörlerde akım, n-kanalı ve p-kanalı olarak adlandırılan iki kanal arasından geçer.
Bağlantı alan etkili transistörün PN bağlantısı yoktur, ancak yüksek dirençli yarı iletkenlerin yerine, iki terminali ya boşaltma ya da bir kaynak terminali olan çoğunluk yük taşıyıcılarının akışı için n&p tipi silikon kanalları oluştururlar. n-kanalda akım akışı negatif, p-kanalında ise akımın akışı pozitiftir.
Metal oksit alan etkili transistör, voltaj kontrollü alan etkili transistör olarak da bilinir. Burada metal oksit kapı elektronları, cam olarak adlandırılan ince bir silikon dioksit tabakası ile n-kanalı ve p-kanalından elektriksel olarak yalıtılmıştır.