Der bescheidene Transistor ist ein äußerst wichtiger Bestandteil von Computern und wie sie funktionieren. In der Tat hat jeder Computer buchstäblich Milliarden von Transistoren - ein Intel Core-Prozessor der vierten Generation hat satte 1, 7 Milliarden Transistoren - nur auf dem Prozessor. Aber wie funktionieren diese Transistoren? Witzigerweise könnten Sie selbst einen Computer bauen und immer noch nicht verstehen, wie Transistoren funktionieren.
Aus diesem Grund haben wir diesen Leitfaden zusammengestellt.
Eine einfache Möglichkeit, an Transistoren zu denken, besteht darin, dass sie für einen Prozessor wie Neuronen für unser Gehirn sind - kleine winzige Schalter, mit denen Menschen Ereignisse denken und sich merken können. Der Transistor besteht aus Silizium, einem chemischen Element im Sand, und wurde vor über 50 Jahren erfunden.
Die Grundlagen
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Die Grundlagen der Funktionsweise eines Transistors sind eigentlich recht einfach. In den allermeisten Fällen führt ein Transistor zwei Aktionen aus: Entweder verstärkt er ein Signal oder er fungiert als Schalter.
Wenn ein Transistor wie ein Verstärker arbeitet, nimmt er im Grunde genommen einen winzigen elektrischen Strom auf und erhöht diesen Strom um ein Vielfaches. Dies ist eine ziemlich wichtige Funktion, insbesondere in der Audiowelt. Ohne Signalverstärker könnten Sie beispielsweise das von Mikrofonen aufgenommene Signal nicht hören.
Wie erwähnt, arbeiten Transistoren jedoch auch als Schalter - das heißt, sie nehmen einen winzigen elektrischen Strom auf, und dieser Strom bewirkt, dass ein weiterer, größerer Strom ausgegeben wird. Dies ist die Art von Transistor, die am häufigsten in Computern vorkommt - da Transistoren in einem von zwei Zuständen existieren können, können sie einzeln ein- oder ausgeschaltet werden und als solche entweder als 1 oder als 0 fungieren. Bei Milliarden von Transistoren auf a Prozessor, addieren sich diese Einsen und Nullen zu größeren Datenmengen. Aus diesem Grund können neuere Computer mehr Daten gleichzeitig verarbeiten - weil die Transistoren immer kleiner werden und mehr auf einen Chip passen.
Silikon und Sandwiches
Transistoren bestehen, wie erwähnt, aus Silizium, das von Natur aus keinen Strom leitet. Wenn wir Silizium jedoch mit chemischen Elementen wie Arsen oder Phosphor manipulieren, verfügt das Silizium über einige zusätzliche Elektronik, was bedeutet, dass es viel leichter elektrischen Strom transportieren kann. Aufgrund der Tatsache, dass Elektronen eine negative Ladung haben, wird Silizium bei dieser Behandlung als n-Typ bezeichnet.
Wenn Sie Silizium mit anderen Elementen wie Bor behandeln, fließen in der Nähe befindliche Elektronen eher in das Silizium hinein als von diesem weg - das nennt man p-Typ.
Diese beiden Siliziumtypen werden in Schichten kombiniert, sodass im Wesentlichen verschiedene Arten von elektrischen Bauteilen arbeiten können. Wenn beispielsweise ein n-Typ und ein p-Typ geschichtet sind, fließen Elektronen auf der einen Seite und auf der anderen Seite heraus. Das nennt man eine Diode.
Natürlich können Sie dann drei Schichten anstelle von nur zwei verwenden - im Wesentlichen für die Herstellung von Silikonsandwiches. Abhängig davon, wie dieses Silizium geschichtet ist, können wir entweder etwas erzeugen, das einen Strom verstärkt, oder einen Schalter erzeugen. Kommen Ihnen diese Worte bekannt vor - ja, diese Silizium-Sandwiches sind Transistoren.
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Transistoren können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden und sind ein Baustein für die Weiterentwicklung der Technologie. Sie werden auch immer kleiner - damit Prozessoren immer leistungsfähiger werden.
