Transistorn

I denna KjellFakta berättar vi kortfattat om historien bakom transistorn. Vi går också igenom principen för hur en transistor fungerar, vad den är gjord av och vad förstärkningsfaktor är.

Principen för en transistor är att man med en liten ström styr en stor ström. Man kan förenklat likna funktionen vid ett befäl som kommenderar en grupp soldater.

Historia

Om du vill hoppa över historien om hur det hela började en gång kan du gå vidare till "transistorn i närbild".

I slutet av 1940-talet uppfann John Bardeen, Walter Brattain och William Schockley vid Bell Laboratories i USA något som kom att revolutionera elektronikvärlden för all framtid. Den första transistorn såg dagens ljus och elektronröret kunde ersättas med en mycket mer lätthanterlig efterträdare. Storlek och effektförbrukning minskades drastiskt och det är framför allt på grund av transistorn som vi idag har datorer och små elektroniska apparater. I slutet av 1950 talet fick dessa tre herrar Nobelpriset i fysik för sin upptäckt.

Behovet att styra en större strömkrets med en mindre började dock hundra år tidigare. I mitten av 1800-talet användes telegrafin när man ville kommuinicera snabbt över avstånd. För att kunna kommunicera över stora områden fick man dra längre ledningar vilket också skapade problem med ökad spänningsförlust över ledningarna. Det enklaste sättet att råda bot på det var att helt enkelt öka spänningen. En ökad spänning innebar dessvärre att telegrafisterna fick jobba med livet som insats. Man behövde då en anordning där man kunde styra en högre spänning utan att vara där med egna fingrar. Lösningen på problemet kom med uppfinnandet av det mekaniska reläet och principen att styra en större ström med en mindre var född.

När telegrafin så småningom ersattes med en ny uppfinning - telefonen, fick problemet med avstånden nytt liv. För telegrafin hade reläet fungerat som "förstärkare" för långdistanssamtal men då handlade det bara om att styra en spänning i två läge - av och på. Nu behövdes det något som kunde variera en starkare ström i takt med ljudet från en mikrofon. Då kom elektronröret som en lösning där en mindre spänning kunde variera en större. Elektronröret används än idag och förekommer på grund av dess välljudande egenskaper bla i finare ljudanläggningar (s.k. high end). Värmeutvecklingen och storleken har varit en av anledningarna till varför elektronröret måste få en ersättare.

Rörvarianten av en dator såg vi i mitten av 1940-talet i form av ENIAC. Den var stor som en tennishall och användes av försvarsmakten i USA för att räkna ut ballistiska banor. Tack vare transistorn kan en mångdubbelt mer avancerad dator få plats i en telefon, i en klocka eller göras platt som ett kontokort.

Transistorn i närbild

Transistorn består av tre delar. Dessa delar är emitter, bas och kollektor. Det finns andra typer också, men vi håller oss till denna för att förstå funktionen.

Det material man använder för att tillverka transistorer av är kisel. Kisel är ett halvledarmaterial. Med halvledare menas att dess egenskaper ligger mitt emellan att vara en ledare och isolator. Kisel kan göras elektroniskt laddad genom att man dopar den. Man kan dopa så att kiselplattan blir positivt eller negativt laddad. När man sätter samman dessa dopade kiselplattor till färdiga transistorer lägger man dom i följden - Negativ, Positiv, Negativ eller Positiv, Negativ, Positiv, därav förkortningarna NPN och PNP.

Bilden visar en NPN-transistor som är ansluten till en spänning. Kollektorn är kopplad till plus och emittern till jord.

Om du inte är bekant med elektronikens grunder kan du titta i vår KjellFakta om ellära där vi beskriver vad spänning och ström är.

Trycket på kollektorn har kapacitet att få en ström att flyta till jord men transistorn leder inte så länge det elektroniska gapet mellan kollektor och emittor är för stort för att elektronerna ska kunna "rinna över".

När vi kopplar in en spänning på basen börjar en ström flyta från basen till emittern. Detta drar till sig elektroner från kollektorn som hoppar över till basen och då är avståndet inte längre långt till emittorn. Elektronerna från kollektorn slår följe med elektronerna som kommer från basen. Flödet mellan kollektor och emitter sker proportionellt med vad som händer på basen.

Förstärkningsfaktor

Genom att mäta strömmen som flyter från kollektorn till emittern (Ic) och jämföra den med strömmen som flyter från basen till emittern (Ib) kan man räkna ut transistorns förstärkningsfaktor. Förstärkningsfaktorn anges i hfe och talar om hur många gånger transistorn förstärker den inkommande strömmen.

hfe = Ic / Ib