Transistor

Transistor , dispositivo semiconductor para amplificar, controlar y generar señales eléctricas. Los transistores son los componentes activos de circuitos integrados , o microchips, que a menudo contienen miles de millones de estos minúsculos dispositivos grabados en sus brillantes superficies. Los transistores, profundamente integrados en casi todo lo electrónico, se han convertido en las células nerviosas de la era de la información.

Por lo general, hay tres cables eléctricos en un transistor, llamados emisor, colector y base, o, en las aplicaciones de conmutación modernas, la fuente, el drenaje y la puerta. Una señal eléctrica aplicada a la base (o puerta) influye en la capacidad del material semiconductor para conducir corriente eléctrica , que fluye entre el emisor (o fuente) y el colector (o drenaje) en la mayoría de las aplicaciones. Una fuente de voltaje como un batería impulsa la corriente, mientras que la velocidad del flujo de corriente a través del transistor en un momento dado se rige por una señal de entrada en la puerta, de la misma manera que se usa una válvula de grifo para regular el flujo de agua a través de una manguera de jardín.



Transistor NMOS Los semiconductores de óxido metálico de canal negativo (NMOS) emplean un voltaje secundario positivo para cambiar una capa poco profunda de material semiconductor tipo p debajo de la puerta en tipo n. Para los semiconductores de óxido de metal de canal positivo (PMOS), todas estas polaridades están invertidas. Los transistores NMOS son más caros, pero más rápidos, que los transistores PMOS.

Transistor NMOS Los semiconductores de óxido metálico de canal negativo (NMOS) emplean un voltaje secundario positivo para cambiar una capa poco profunda de pag -tipo material semiconductor debajo de la puerta en norte -tipo. Para los semiconductores de óxido de metal de canal positivo (PMOS), todas estas polaridades están invertidas. Los transistores NMOS son más caros, pero más rápidos, que los transistores PMOS. Encyclopædia Britannica, Inc.



Las primeras aplicaciones comerciales de transistores fueron para audífonos y radios de bolsillo durante la década de 1950. Con su pequeño tamaño y bajo consumo consumo , los transistores eran sustitutos deseables de los tubos de vacío (conocidos como válvulas en Gran Bretaña) que luego se usaban para amplificar señales eléctricas débiles y producir sonidos audibles. Los transistores también comenzaron a reemplazar los tubos de vacío en los circuitos osciladores utilizados para generar señales de radio, especialmente después de que se desarrollaron estructuras especializadas para manejar las frecuencias más altas y los niveles de potencia involucrados. Aplicaciones de baja frecuencia y alta potencia, como inversores de fuente de alimentación que convierten corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), también se han transistorizado. Algunos transistores de potencia ahora pueden manejar corrientes de cientos de amperios a potenciales eléctricos de más de mil voltios .

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Con mucho, la aplicación más común de transistores en la actualidad es para chips de memoria de computadora, incluidos los dispositivos de almacenamiento multimedia de estado sólido para juegos electrónicos , cámaras y reproductores MP3, y microprocesadores, donde millones de componentes están integrados en un solo circuito integrado . Aquí, el voltaje aplicado al electrodo de puerta, generalmente unos pocos voltios o menos, determina si la corriente puede fluir desde la fuente del transistor a su drenaje. En este caso, el transistor funciona como un interruptor: si fluye una corriente, el circuito involucrado está encendido, y si no, está apagado. Estos dos estados distintos, las únicas posibilidades en tal circuito, corresponden respectivamente a los 1 y 0 binarios empleados en las computadoras digitales. Se producen aplicaciones similares de transistores en los complejos circuitos de conmutación utilizados en los sistemas de telecomunicaciones modernos. Las velocidades de conmutación potenciales de estos transistores ahora son cientos de gigahercios, o más de 100 mil millones de ciclos de encendido y apagado por segundo.



Desarrollo de transistores

El transistor fue inventado en 1947-1948 por tres físicos estadounidenses, John Bardeen, Walter H. Brattain y William B. Shockley, en los Laboratorios Bell de la American Telephone and Telegraph Company. El transistor demostró ser viable. alternativa al tubo de electrones y, a finales de la década de 1950, suplantó a este último en muchas aplicaciones. Su pequeño tamaño, bajo calor generación, alta confiabilidad y bajo consumo de energía hicieron posible un gran avance en la miniaturización de circuitos complejos. Durante las décadas de 1960 y 1970, se incorporaron transistores a circuitos integrados , en el que una multitud de componentes (por ejemplo, diodos, resistencias y condensadores) se forman en un solo chip de material semiconductor.

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Los tubos de electrones son voluminosos y frágiles, y consumen grandes cantidades de energía para calentar los filamentos de sus cátodos y generar corrientes de electrones; Además, a menudo se queman después de varios miles de horas de funcionamiento. Los interruptores o relés electromecánicos son lentos y pueden atascarse en la posición de encendido o apagado. Para aplicaciones que requieren miles de tubos o interruptores, como los sistemas telefónicos nacionales que se desarrollaron en todo el mundo en la década de 1940 y las primeras computadoras digitales electrónicas, esto significó que se necesitaba una vigilancia constante para minimizar las inevitables averías.

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Se encontró una alternativa en los semiconductores, materiales como el silicio o el germanio cuya conductividad eléctrica se encuentra a medio camino entre la de aislantes como vidrio y conductores como el aluminio. Las propiedades conductoras de los semiconductores se pueden controlar dopando con impurezas seleccionadas, y algunos visionarios habían visto el potencial de tales dispositivos para telecomunicaciones y computadoras. Sin embargo, fue financiación militar para Radar desarrollo en la década de 1940 que abrió la puerta a su realización. Los circuitos electrónicos superheterodinos utilizados para detectar ondas de radar requerían un rectificador de diodos, un dispositivo que permite que la corriente fluya en una sola dirección, que podría funcionar con éxito a frecuencias ultra altas de más de un gigahercio. Los tubos de electrones simplemente no satisfacer , y los diodos de estado sólido basados ​​en semiconductores de óxido de cobre existentes también eran demasiado lentos para este propósito.



Los rectificadores de cristal basados ​​en silicio y germanio acudieron al rescate. En estos dispositivos un tungsteno Se clavó un alambre en la superficie del material semiconductor, que estaba dopado con pequeñas cantidades de impurezas, como boro o fósforo . Los átomos de impureza asumieron posiciones en el material cristal celosía, desplazando átomos de silicio (o germanio) y generando así pequeñas poblaciones de portadores de carga (como electrones) capaces de conducir corriente eléctrica utilizable. Dependiendo de la naturaleza de los portadores de carga y del voltaje aplicado, una corriente podría fluir desde el cable hacia la superficie o viceversa, pero no en ambas direcciones. Por lo tanto, estos dispositivos sirvieron como rectificadores muy necesarios que operan en las frecuencias de gigahercios requeridas para detectar la radiación de microondas que rebota en los sistemas de radar militares. Al final de Segunda Guerra Mundial , fabricantes estadounidenses como Sylvania y Western Electric producían anualmente millones de rectificadores de cristal.