Denne artikkel omhandler elektronikkomponenter. For transistor i betydningen radiomottager, se transistorradio
En transistor er en elektronisk komponent som brukes sammen med andre elektroniske komponenter til å forsterke eller generere signaler, eller som en bryter for å slå på og av signaler eller energitransport. Den har tre tilkoplinger og er fremstilt av et halvlederkrystall. To av tilkoplingene brukes til å styre strømmen som går gjennom den tredje tilkoplingen og en av styretilkoplingene. Den styrte energien er større enn den som trengs til å styre, noe som gir energetisk forsterkning av et signal. Transistoren brukes både i analoge og i digitale kretser. Transistorer kan finnes som enkeltkomponenter pakket i et hus med tilkoplinger, eller de kan, sammen med ledningsføring og andre komponenter, pakkes tett sammen i et stort antall inne i en funksjonell enhet, kalt en integrert krets.
Den første funksjonsdyktige transistoren ble utviklet i 1947 og transistorer ble tilgjengelige fra rundt 1950. Transistoren overtok etterhvert de fleste bruksområder som frem til da hadde vært forbeholdt radiorøret.
Betegnelsen transistor er sammensatt av ordene transfer resistor, som antyder en styrbar motstand. thumb|upright|Forskjellige enkelttransistorer. Husene er standardiserte og kalles (ovenfra): TO-3, TO-126, TO-92, SOT-23
Oversikt
Forsterkning Med en transistor kan en større elektrisk strøm gradvis styres ved hjelp av en mindre strøm, slik radiorøret kan (for røret med spenningsstyring). Dette til forskjell fra reléer som bare kan slå store strømmer enten på eller av ved hjelp av mindre strømmer.
Den gradvise styringen er essensiell for å kunne oppnå energetisk signalforsterkning. Med en transformator kan spenningsforsterkning eller strømforsterkning av et signal oppnås, men ikke energiforsterkning. Et mikrofonsignal kan eksempelvis ikke drive en høyttaler; signalet må først forsterkes energetisk. I ytterpunktene av det gradvise, eller analoge, styringsområdet ligger de funksjonene som betegner en bryter: Fullt 'på' eller fullt 'av'.
Komponenter som må brukes for å oppnå energetisk signalforsterkning kalles aktive komponenter. Transistorer og radiorør er de eneste kjente aktive komponentene.
Frekvenser Frekvensmessig kan transistorer forsterke alt fra likespenningssignaler til frekvenser over 100 GHz, men dagligdagse transistorer slutter å forsterke i MHz-området et sted. Store transistorer som behandler stor effekt er langsommere enn små transistorer.
Halvledermaterialer Alle transistorer er fremstilt av et halvledende krystallgitter, i dag for det aller meste av grunnstoffet silisium. Germanium var enerådende rundt de første 20 år etter oppfinnelsen. Sammensatte krystaller som galliumarsenid og silisiumkarbid er i bruk i dag for spesielle anvendelser, liksom Silisium-Germanium legeringer. Av prosessteknologiske årsaker tok silisium over fra germanium, først og fremst fordi det med silisium kan dannes oksidlag som er velegnet for kjemisk prosessering. Der var også andre årsaker, som høyere lekkstrømmer, begrenset maksimalspenning og dårligere temperaturstabilitet for germanium.
Størrelser Transistorer kan i dag (2014) fremstilles så små at det er plass til millioner av dem på en kvadratcentimeter. Når større spenninger og strømmer skal behandles blir transistorene fremstilt adskillig større for å kunne lede bort varmetapene til omgivelsene. Som enkeltkomponenter er de også større; de pakkes inn i plast- eller metallhus, med tilledninger, og er minst et par mm store for mekanisk å kunne behandles (identifiseres, flyttes på, loddes) av mennesker. Analoge kretser forlanger større transistorer enn digitale kretser. I analoge kretser ligger det alltid en spenning over transistoren og det går alltid en strøm gjennom den. Produktet av strøm og spenning er lik den effekten som transistoren får tilført, og som termisk må ledes bort. Digitale kretser bruker transistorene som brytere, som ideelt sett ikke avgir varme. Svært kraftige transistorer kan være så store som en tommel.
Polariteter I motsetning til radiorøret kan alle transistortyper fremstilles i hver av to mulige polariteter. Både strømmer og spenninger har motsatt retning av hverandre i de to typene. Bokstaven N assosieres ofte med den ene, bokstaven P med den andre typen, der N og P antyder Negativ og Positiv. Radiorør er i denne sammenheng å betrakte som N.
Transistortyper Transistorer kan bygges etter forskjellige arbeidsprinsipper, der de to hovedtypene kalles bipolar transistor, en kortform for "Bipolar Junction Transistor", forkortet BJT felteffekttransistor, "Field Effect Transistor", forkortet FET Begge hovedtypene har tre terminaler, men terminalene har forskjellige betegnelser. En BJT kjenner terminalene E, B og C, fra engelsk Emitter, Basis, Collector (norsk: Sender, Base, Samler) En FET kjenner terminalene S, G og D, fra engelsk Source, Gate og Drain (norsk: Kilde, Port, Utløp) (De norske betegnelsene er uttrykkelig ikke i bruk; de tjener her kun som oversettelser. På norsk kan dog terminalnavnene Base og Kollektor brukes, men terminalnavnet Kollektor i kortform er helst C, ikke K).
BJT- eller bipolare transistorer Krystallet i transistorene er fremstilt slik at det danner to dioder koplet i serie. Diodene har forskjellige lederetninger slik at det ikke kan gå strøm noen vei i seriekoplingen ende-til-ende; en av diodene vil sperre. Endepunktene er kollektor og emitter. Basen er tilkoplet midtpunktet, som er enten felles anode for begge diodene (N-typer) eller felles katode (P-typer). Kollektor-base-dioden forspennes i sperreretningen og emitter-base-dioden i lederetningen. Transistorvirkningen oppstår i den felles basen og består i at C-B-dioden kan styres til å lede strøm likevel. Hvordan dette foregår fysisk er beskrevet nøyere i kapitlet "halvledere" nedenfor. Den styrende strømmen går gjennom base-emitterdioden og den styrte strømmen gjennom begge diodene, altså mellom kollektor og emitter.
mini|right|Forenklet prinsippskisse av en planar NPN Bipolar Junction Transistor, snitt. thumb|Prinsippskisse av en p-kanal JFET. Strømmen fra Source til Drain endrer seg når spenningen som tilføres Gate (sett fra Source) endres. Området kalt 'Depletion layer' i tegningen er midt i dioden og endrer størrelsen med Gatespennigen. Denne bestemmer kanalens effektive areal og dermed ledningsevnen. mini|right|JFET: Skisse av kanalmodulasjonen for forskjellige styrespenninger Vgs. Øverst uten styrespenning, så i aktivt område. De to nederste bildene er ved pinch-off og ved enda kraftigere sperring. mini|Prinsipiell byggemåte for en n-Kanal MOSFET, snitt. Kanalen oppstår i en del av hovedkrystallet like under gate og ligger mellom de gule områdene.
Felteffekttransistorer Felteffekttransistorer deles i to underkategorier med noe forskjellig oppbygning. I begge kategorier ledes strømmen gjennom en halvlederkanal forbundet til drain og source. Et ytre felt (sett fra kanalens indre) som styres av spenningen mellom gate og source er i stand til enten å modulere kanalens ledende areal (JFET) eller å trekke ladningsbærerne i kanalen ut av området (MOSFET). Dette er felteffekten: Kanalens ledningsevne styres av feltet som settes opp av inngangsspenningen.
Her beskrives retninger for N-typer i det videre. De har positiv spenning på Drain i forhold til Source. JFET: Her ligger det en diode som er forspent i sperreretningen, mellom kanalen og gate. Feltet mellom katode og anode i dioden er feltet som styrer kanalens oppførsel. Uten noe felt leder kanalen godt; en negativ spenning på gate, sett fra source, må tilføres for å redusere kanalens ledningsevne. For å knipe kanalen helt igjen slik at den ikke lengre leder noe strøm, trengs en viss negativ spenning. Denne kalles på engelsk 'pinch-off voltage'. Det går en liten (uønsket) lekkstrøm i dioden, som det gjør i alle dioder som er forspent i sperreretningen. J i JFET står for Junction = forbindelse, som et presisert motstykke til FET-er med isolert gate, altså uten forbindelse, se nedenfor. JFET-er lages aldri for kraftformål. JFET har særlig lav egenstøy og egner seg derfor til forforsterkere. På prinsippskissen ses en snittegning av transistoren. Tegningen viser en klar symmetri om gate. Det er også i virkeligheten slik, mange JFET-typer er i datablader spesifisert som symmetriske, og S og D-terminalene kan forbyttes. De fleste typer er imidlertid fremstilt som ikke-symmetriske. MOSFET eller også IGFET: Kanalen påvirkes av feltet fra inngangen gjennom et tynt, godt isolerende sjikt. Sjiktet fremstilles av et metalloxid, i betegnelsen kommer 'MOS' herfra. IG betyr 'Insulated Gate'. Sistnevnte er egentlig en mere treffende betegnelse fordi metalloksid som isolator ikke brukes lengre, men MOS er blitt en meget innarbeidet betegnelse. Også her ligger kanalen mellom drain og source. Gate koples til en ledende flate nær kanalen, og er isolert fra den gjennom isolasjons-sjiktet. Her er det altså ingen forbindelse (junction) med Gate. Feltet mellom gate-lederen og source bestemmer også her kanalens ledeevne. Til forskjell fra andre transistortyper inneholder MOSFET-er konstruksjonsbetinget oftest en diode mellom drain og source som ved normal bruk blir forspent i sperreretningen. På noen skjemasymboler tegnes denne dioden inn og symbolet får to dioder. MOSFET-typene deles nå igjen i to undergrupper.
Depletion MOSFET: (Depletion = utarming). Kanalen lages slik at den oppfører seg likt JFETen sin, idet den leder godt uten spenning på gate i forhold til source. En negativ spenning (sett fra source) må til for å minke kanalens ledningsevne. Dette er utarmingen. Enhancement MOSFET (Enhancement = forøkning). Kanalen lages slik at den ikke leder strøm uten å få tilført spenning til gate i forhold til source. Spenningen må økes for at kanalen skal lede. Dette er forøkningen. Enhancement MOSFET er den mest brukte FET-typen. Den er enerådende i alle vanlige digitale regneenheter, som mikroprosessorer, i dag. Den er også populær i analoge kretser, både til småsignal- og kraftformål.Alle FET transistorer øker drain-source-strømmen når inngangsspenningen gate til source øker i verdi. Polaritetene er som nevnt motsatt for N- og P-typer.
Polaritetsbetegnelser De bipolare transistorene assosiert med N kalles NPN-typer, og for P er det PNP. Kollektorspenningen gjøres positiv for NPN og negativ for PNP, sett fra Emitter.
For alle felteffekttransistorene er betegnelsen N-kanal eller P-kanal typer, på engelsk N-channel og P-channel. Drainspenningen gjøres positiv for N-kanal typer og negativ for P-kanal typer, sett fra source.
Symboler for transistorene Alle transistorene her er snudd slik at den positive terminalen er oppe. Hovedstrømmen, den som blir styrt, går alltid nedover her. Styringen er alltid gjennom E-B eller S-G og den styrte strømmen går gjennom C-E eller D-S i en eller annen retning.
BJT-transistorer:
P-kanal FET-er:
N-kanal FET-er:
Pilene går alltid INN for N-typer FET, noe som gjør det lett å huske. For de bipolare typene er det omvendt, der kan NPN assosieres med Not In. Andre transistortyper mini|Symboler for de fire IGBT-typene. Øverst utarmingstyper, nederst forøkningstyper. Til venstre N-kanal typer, til høyre P-kanal typer. thumb|IGBT-Modul (IGBT-er og friløpsdioder) med en spesifisert strøm på og en maksimal spenning på Det fins flere transistortyper enn de som er nevnt til nå. Flere av dem er ganske eksotiske og noen blir ikke laget lengre. Nedenfor beskrives bare en type, kalt IGBT, da den er blitt meget populær.