I transistor sono componenti di dispositivi elettronici che controllano e amplificano il flusso di elettricità nel dispositivo e sono considerati una delle invenzioni più importanti nello sviluppo dell’elettronica moderna. Le caratteristiche importanti del transistor che influenzano il funzionamento del transistor includono il guadagno, la struttura e la polarità del transistor, nonché i materiali di costruzione. Le caratteristiche del transistor possono variare ampiamente a seconda dello scopo del transistor.
I transistor sono utili perché possono utilizzare una piccola quantità di elettricità come segnale per controllare il flusso di quantità molto maggiori. La capacità del transistor di fare ciò è chiamata guadagno del transistor, che viene misurato come il rapporto tra l’uscita che il transistor produce e l’ingresso richiesto per produrre quell’uscita. Maggiore è l’uscita rispetto all’ingresso, maggiore è il guadagno. Questo rapporto può essere misurato in termini di potenza, tensione o corrente dell’elettricità. Il guadagno diminuisce all’aumentare della frequenza operativa.
Le caratteristiche del transistor variano a seconda della composizione del transistor. I materiali comuni includono i semiconduttori silicio, germanio e arseniuro di gallio (GaAs). L’arseniuro di gallio viene spesso utilizzato per i transistor che funzionano ad alte frequenze perché la sua mobilità degli elettroni, la velocità con cui gli elettroni si muovono attraverso il materiale semiconduttore, è maggiore. Può anche funzionare in sicurezza a temperature più elevate in transistor al silicio o al germanio. Il silicio ha una mobilità elettronica inferiore rispetto agli altri materiali per transistor, ma è comunemente usato perché il silicio è economico e può funzionare a temperature più elevate rispetto al germanio.
Una delle caratteristiche più importanti del transistor è il design del transistor. Un transistor a giunzione bipolare (BJT) ha tre terminali chiamati base, collettore ed emettitore, con la base situata tra il collettore e l’emettitore. Piccole quantità di elettricità si spostano dalla base all’emettitore e la piccola variazione di tensione provoca cambiamenti molto più grandi nel flusso di elettricità tra gli strati dell’emettitore e del collettore. I BJT sono chiamati bipolari perché usano sia elettroni caricati negativamente che lacune di elettroni caricati positivamente come portatori di carica.
In un transistor ad effetto di campo (FET), viene utilizzato un solo tipo di portatore di carica. Ogni FET ha tre strati di semiconduttori chiamati gate, drain e source, che sono analoghi rispettivamente alla base, al collettore e all’emettitore del BJT. La maggior parte dei FET ha anche un quarto terminale denominato body, bulk, base o substrato. Il fatto che un FET utilizzi elettroni o lacune di elettroni per trasportare cariche dipende dalla composizione dei diversi strati di semiconduttori.
Ciascun terminale di semiconduttore in un transistor può avere polarità positiva o negativa, a seconda delle sostanze con cui è stato drogato il materiale semiconduttore principale del transistor. Nel drogaggio di tipo N vengono aggiunte piccole impurità di arsenico o fosforo. Ogni atomo del drogante ha cinque elettroni nel suo guscio esterno. Il guscio esterno di ogni atomo di silicio ha solo quattro elettroni, quindi ogni atomo di arsenico o fosforo fornisce un elettrone in eccesso che può muoversi attraverso il semiconduttore, dandogli una carica negativa. Nel drogaggio di tipo P, vengono invece utilizzati gallio o boro, che hanno entrambi tre elettroni nel loro guscio esterno. Questo non dà al quarto elettrone nel guscio esterno degli atomi di silicio nulla con cui legarsi, producendo corrispondenti portatori di carica positivi chiamati lacune elettroniche in cui gli elettroni possono muoversi.
I transistor sono anche classificati in base alla polarità dei loro componenti. Nei transistor NPN, il terminale centrale, la base nei BJT, il gate nei FET, ha polarità positiva, mentre i due strati su entrambi i lati sono negativi. In un transistor PNP, è il caso opposto.