İşlemcilerin Temel Yapı Taşı ‘Transistör’ Nedir, Nasıl Çalışır?
Her ne kadar adını az duysak da, transistör elektrik devreye sahip her aletin vazgeçilmez bir parçası. Radyolardan bilgisayarlara kadar hem tarihte hem de günümüzde devrim yaratma gücüne sahip transistör nedir, nasıl çalışır sizler için anlattık.
Teknoloji dünyasında çığır açan transistör, dijital devrimin yapı taşı olarak kabul ediliyor. Eğer transistör denilen bir icat olmasaydı, bugün sürekli kullandığımız telefon, bilgisayar ve arabalar şimdi olduğundan çok daha farklı bir donanıma sahip olurdu. Bundan 20 yıl önceki bilgisayarlardan kat kat güçlü olan telefonların cebimize girmesini sağlayan şey de transistörlerin ta kendisi.
Transistör nedir?
Transistör, elektronik devrelerde dolaşan küçük devre akımlarını yükseltip alçatabilen ve gerilimleri kontrol edebilen yarı iletken bir devre elemanıdır. Kablolardaki, devre yollarındaki elektronları kontrol edebilen transistörler, bu sayede elektriği de kontrol eden cihazlar olarak tanınır. Aynı zamanda, devrede anahtarlama görevini de yerine getirebilirler.
Transistör, sadece akımı iletmekle kalmaz, aynı zamanda devre kartından geçen gücü yükseltip azaltmanıza olanak sağlar. Transistörlerin devre kartında genellikle 3 bacağı bulunur. Bu bacaklardan birisine uygulanan akım ile diğer bacaklar arasındaki olan elektrik akımı, hassas bir şekilde kontrol edilebilir durumdadır.
İşlemcilerdeki transistörlerin sayısı neden fazladır?
İşlemcilerde bu transistörlerden mikroskopik boyutlarda milyonlarcası bulunur (Örn: Apple Silicon M1 işlemcisinde 16 milyar transistör vardır). Bir işlemcide ne kadar fazla transistör varsa o kadar yüksek hız ve performans üretilir, bu transistörler birbirlerine ne kadar yakın olursa o kadar az enerji tüketilir.
Transistörlerin kullanım alanı
Elektronik endüstrisinde transistörün kullanılmadığı bir alan neredeyse yok diyebiliriz. Transistör, Bell şirketi tarafından önce sesi iletmek ve kontrol etmek üzere telefonlarda kullanılmaya başlandı ve ardından radyo, televizyon ve bilgisayar gibi günlük hayatımızın bir parçası oldu.
Bir devreye sahip herhangi bir şeyde transistör olması kaçınılmaz bir durum. Arduino’dan elektronik gitarımızı bağladığımız amfiye kadar her türlü elektronik devrede akımı ve gerilimi kontrol etmek için transistör bulunması şarttır.
Transistör nasıl icat edildi?
Transistör, 20. yüzyılın en büyük buluşlarından birisi olarak kabul edilmekle birlikte elektronik dünyasında çığır açan bir yenilik olarak görülüyor. İlk icat, aslında transistörün kendisi değildi ancak onun ana hatlarını oluşturuyordu. İlk patent başvurusu, bakır sülfürden oluşan üç elektrota sahip bir buluş yapan fizikçi Julius Lilienfield tarafından yapıldı.
Patentin verilmesinden 20 yıl sonra, dünyanın en büyük telefon şirketlerinden birisi olan Bell kuruluşları, bu icadı geliştirmeye başladı. Bell, John Bardeen ve Walter Brattain’den oluşan bir ekip kurdu ve ikili, radyo ve telefon sinyallerinin kontrol edilmesinde termiyonik adı verilen vakum lambalarının yerini alabilecek bir devre için çalışmalara başladı.
Henüz bir yıl geçmeden ekip yarı iletken olan germanyum elementinin ileride transistör adını alacak olan yükseltme devresi için kullanılabileceğini keşfetti ve hem fazla enerji tüketen hem de devasa yer kaplayan vakum lambalarının yerini daha küçük boyutlardaki transistörler aldı.
Vakumlu lambaların pabucu dama atıldı:
Vakumlu lambalar daha önce televizyonlardan telefon sistemlerine kadar birçok farklı alanda kullanılıyordu. Elektronik devreleri tamamlamak için kullanılan vakum lambaları, her ne kadar görevini yerine getirse de mühendisler için pek de kullanışlı bir çalışma prensibine sahip değildi.
Mühendisler, transistörlerin hem daha uygun maliyetli olduğunu hem de daha istikrarlı çalıştıklarını fark edince, devrelerde vakumlu lamba kullanımına son verdi ve radyodan başlayarak çeşitli alanlarda transistör kullanmaya başladı.
Transistör ve vakumlu lamba arasındaki farklar:
Mühendisler, vakumlu lambaları kullanmadan önce onları ısıtmak zorunda kalıyordu. Kimi lambalar ısıdan patlarken, kimi de doğru sonuç vermekte başarısız oluyordu. Ancak transistörlerin akımı iletmesi için ısınmasına ihtiyaç yoktu ve devre tetiklendiği anda akımı iletebiliyordu.
Transistörler, hem ısınmaya ihtiyaç duymadıkları hem de daha az voltajla çalışabildiği için vakumlu lambalara kıyasla çok daha az enerji tüketimine ve çok daha uzun ömüre sahipti.
Vakumlu lambalar cam olduğu için kırılma riski vardı, ancak daha önce de belirttiğimiz gibi transistörler ya silikondan ya da germanyum elementinden oluşuyordu ve bu da kolay kolay zarar görmelerini engelliyordu.
Dünden bugüne transistörler:
Daha önce de belirttiğimiz gibi eskiden BJT transistörler bulunuyordu ve bu transistörler germanyum adlı yarı iletken elementten oluşuyordu. 20 yıl boyunca kullanılan germanyum transistörlerin yerini, teknoloji ilerledikçe yine yarı iletken olan silikonlardan oluşan MOSFET transistörler aldı.
Silikon transistörler, hem germanyuma göre daha düşük maliyetliydi hem de daha güvenilir sonuçlar elde ediyordu. Silikon transistörlerin bir diğer güzel yanı ise, kullanım isteğine bağlı olarak diğer metal ve oksit türleri ile birleştirilebilmesiydi.
Transistörün bilgisayar çağına etkisi:
Transistörler, elektronik çağında büyük bir devrim yarattıktan sonra, cep boyutlarındaki ilk transistörlü radyo, Texas Instruments ve IDEA adlı iki şirket tarafından 18 Ekim 1954 yılında satışa sunuldu. Regency TR-1 adını verdikleri bu radyo, vakumlu lambalardan üreten radyolara göre hem daha uygun fiyatlıydı hem de daha yüksek performans sağlıyordu.
Transistörlerin radyoları küçültebildiğini gören mühendisler, aynı olayın bilgisayarlarda da gerçekleşebileceğini düşündü. İlk bilgisayarlardan birisi olan ENIAC, sahip olduğu 17.000 vakumlu lamba yüzünden neredeyse 30 ton ağırlığındaydı. Mühendisler, transistörlerin bilgisayarlarda da işe yarayabileceğini anlayınca bilgisayar endüstrisinde büyük bir devrim yaşandı.
Bilgisayar endüstrisinde kullanılmaya başlanan silikon transistör, bilgisayarın kısa sürede çok fazla sayıda hesaplama yapmasına olanak sağladı. Bilgisayarlar, karmaşık görevleri tamamlamak için milyonlar, hatta milyarlarca transistöre ihtiyaç duyar ve mühendisler de zaman içerisinde akıl almaz sayıdaki transistörü bir çip üzerine yerleştirebilir hale geldiler.
Transistör nasıl çalışır?
BJT, yani iki kutuplu eklem transistörler, Base, Collector ve Emiter adı verilen üç bacaktan oluşur. Bu devrede akım, Base bacağından gelir ve akım ya Collector’dan Emiter’e, ya da tam tersi olacak şekilde iletilir.
Transistörü anlatmak için kullanılan en yaygın örneklerden birisi, her evde bulunan muslukların yapısı ile açıklanabilir. Musluğun vanasını Base, su çıkış noktasını Emiter ve suyun geldiği vanayı da Collector olarak düşünürsek; Base’i, yanı vanayı açtığımız zaman bir su akımı yaratmış oluruz. Suyun gidiş yönünü ise Collector ve Emiter arasında kontrol edebiliriz.
BJT transistörler NPN ve PNP transistör olmak üzere ikiye ayrılır. Her iki transistör de aslında neredeyse aynı görevi yapar, ancak devreye bağlanış şekli birbirinden farklılık gösterir. NPN transistörler pozitif baz akımına ihtiyaç duyarken, PNP transistörlerin çalışması için negatif baz akımına ihtiyaç duyulur.
BJT transistörün dışında bir de silikondan oluşan ve MOSFET adı verilen, Gate, Drain ve Source olmak üzere yine üç bacaktan oluşan transistörler bulunur. MOSFET transistörlerinin BJT’lerden en büyük farkı, akım yerine gerilim ile tetiklenmesidir. MOSFET transistörler BJT’ye göre daha az ısındıkları için dijital elektronik devrelerde daha çok tercih ediliyor, ancak BJT transistör kadar akım gücü elde edemiyor. MOSFET transistörler, aynı zamanda silikondan oluştuğu için BJT transistörlere göre daha düşük maliyetlerle üretilebiliyor.
ata (-)
