Logicke obvody (1) Tranzistor základný stavebný kameň

Každý počítač, mobil či smart hodinky fungujú vďaka miliardám tranzistorov integrovaných na kremíkovom čipe.
Tranzistor je polovodičový prvok ktorý pracuje ako riadený spínač, podľa napätia na vstupe buď prepustí prúd (logická 1) alebo ho zablokuje (logická 0).
Na tejto jednoduchej funkcii stojí celá binárna logika. Z veľkého množstva tranzistorov sa skladajú logické hradlá, registre, pamäte a nakoniec procesory.
Tranzistor je teda základný stavebný prvok celej digitálnej techniky.
V tomto článku sa pozrieme čo je tranzistor a prečo je taký dôležitý.

1. Polovodiče a dióda – prvý krok k tranzistoru

Keď sa povie „elektronika“ väčšina ľudí si predstaví káble, batérie alebo žiarovky. Ale v srdci modernej elektroniky sa skrýva niečo oveľa zaujímavejšie – polovodiče.

Predstav si materiály ako dva extrémy:
Vodič (napr. meď) → elektrina cez neho tečie veľmi ľahko.
Izolant (napr. sklo) → elektrina cez neho nepretečie takmer vôbec.

A teraz niečo medzi.. polovodič (najčastejšie kremík). Ten je špeciálny v tom že sa správa niekedy ako vodič a niekedy ako izolant.
Stačí ho trošku „poštuchnúť“ napríklad pridať doňho nepatrné množstvo iných atómov (hovorí sa tomu dopovanie) a jeho vlastnosti sa dramaticky zmenia.

#### Dva druhy „upraveného“ kremíka
Čistý kremík je síce polovodič ale bez úprav by bol pre nás takmer nepoužiteľný. Preto sa doň pridáva malinké množstvo iných atómov a tento proces sa volá dopovanie.
Podľa toho aký prvok pridáme vzniknú dva typy:

Typ N (negative)
Do kremíka sa pridajú atómy ktoré majú o jeden elektrón navyše oproti kremíku (napr. fosfor, arzén).
Tento „voľný“ elektrón sa veľmi ľahko pohybuje preto je v N-type viac elektrónov ako nositeľov náboja.

Typ P (positive)
Tu sa naopak pridajú atómy ktoré majú o jeden elektrón menej (napr. bór, hliník).
V kryštálovej mriežke tak vznikajú „prázdne miesta“ hovoríme im diery.
Diery sa správajú, akoby to boli kladné náboje ktoré sa môžu pohybovať.

Keď sa spojí P a N = PN prechod
Na jednej strane máš N-type plný voľných elektrónov.
Na druhej strane máš P-type plný dier.
Keď sa spoja elektróny z N strany sa okamžite „vrhnú“ do dier na P strane. V mieste dotyku vznikne tenká vrstva bez voľných nosičov náboja. Tomu sa hovorí depléčna vrstva (izolačná zóna).

A teraz sa stane kúzlo:
Ak pripojíš napätie v správnom smere (kladný pól na P stranu) elektróny sa rozbehnú = prúd tečie.
Ak pripojíš napätie opačne (kladný pól na N stranu) prúd sa zastaví = elektrina netečie.

Takto vzniká PN prechod = dióda – jednosmerná brána pre elektrinu.