La valvola termoionica è stata brevettata per la prima volta nel 1904 dall'ingegnere britannico John Ambrose Flemming (1849 - 1945 ) dell'University College di Londra. Essa sfruttava il famoso effetto Edison che peraltro il grande inventore americano non riuscì a tramutare in qualcosa di concreto dopo averlo scoperto nel 1884. La prima valvola risulterà essere un perfezionamento delle cosiddette lampade a piastrina metallica utilizzate da Edison nei molti e infruttuosi esperimenti realizzati.
Il tipo più semplice di tubo vuoto è il diodo, la cui costituzione elementare consiste in un filamento e in una placca o meglio anodo, opportunamente distanziati e racchiusi in un bulbo di vetro in cui è stato fatto il vuoto abbastanza spinto; il filamento si fa attraversare da una d.d.p. (alternata o continua) di valore opportuno affinché si riscaldi al colore rosso per effetto Joule, l'aumento di temperatura comporta un aumento di energia degli elettroni liberi nel materiale impiegato. Vengono così raggiunti dei livelli energetici sufficienti a far si che tali elettroni escano addirittura fuori dalla superficie esterna del filamento, e come se, a causa del forte aumento di temperatura del filamento gli elettroni liberi evaporino. Essendo stato fatto il vuoto, gli elettroni possono viaggiare all'interno del tubo senza venir frenato o deviati da urti con molecole di gas presente; essi si comportano secondo l'energia con la quale sono stati emessi (il fenomeno prende il nome di emissione termoionica) ed in funzione di eventuali campi presenti nelle vicinanze.
Se alla placca viene assegnato un potenziale positivo rispetto al filamento, gli elettroni, una volta usciti dal catodo, per effetto termoionico, fluiranno verso l'anodo, dando così luogo ad un passaggio di corrente elettronica dal filamento verso l'anodo, entro il tubo, e dall'anodo verso il filamento, nel circuito esterno. Se invece alla placca viene collegata ad una tensione opposta al caso precedente, gli elettroni non riusciranno mai a raggiungerla in quanto respinti dalla carica di segno uguale alla loro, in tal caso il diodo risulta completamente isolato comportandosi come un' interruttore aperto. Ecco evidenziata la funzione tipica del diodo, esso appare come un interruttore comandato dal potenziale presente sull'anodo: positivo chiude l'interruttore, negativo lo apre. |
Il triodo nasce successivamente nel 1907 ad opera dell'americano Lee De Forest come evoluzione del diodo di Fleming a cui e' stato aggiunto un'elettrodo, la griglia di controllo.
Come specificatro dal suo nome proprio, la griglia funge da controllo del passaggio degli elettroni tra Anodo e catodo, variandone il potenziale applicato, si aumenta o diminuisce il passaggio di elettroni tra i due elettrodi in questione, maggiore sara' la sua carica negativa, maggiore sara' il transito di elettroni . |
I TRANSISTORI
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TRANSISTOR BIPOLARE
Eseguiamo ora un'operazione di drogaggio
del semiconduttore immettendo all'interno della struttura cristallina del
silicio piccole percentuali di impurità: in questo caso supponiamo di
usare l'arsenico, elemento con cinque elettroni di valenza ovvero con
cinque elettroni nell'orbita più esterna. Succederà che questi elettroni
formeranno automaticamente legame di covalenza con gli elettroni
dell'atomo di silicio; essendo però questi ultimi in numero di quattro,
rimane libero da questo legame un elettrone per ogni atomo di arsenico
introdotto. Si viene così ad avere a disposizione un buon numero di
cariche libere (appunto gli elettroni e quindi negative); applicando una
d.d.p. ai capi del cristallo si provocherà un flusso tale da costituire
una corrente. Il silicio così trattato viene detto di tipo N in
quanto le cariche libere introdotte dall'impurità sono negative; gli atomi
di arsenico che rendono disponibili questi elettroni si indicano come
donatori. Supponiamo ora di mettere all'interno del nostro
cristallo di silicio le stesse percentuali di impurità, in questo caso
costituite però da un elemento come l'indio che ha tre elettroni di
valenza, in perfetta analogia al caso precedente, questi tre elettroni
andranno a formare legame covalente con altrettanti elettroni degli atomi
di silicio più vicini: resta però per un 'atomo di silicio un elettrone
che non trova il corrispettivo dell'indio a cui legarsi, in questo caso la
struttura presenta la mancanza di un elettrone che si indica come buco
o lacuna.
DAL TRANSISTORE AL CIRCUITO INTEGRATO - (I.C.) Sopra in figura: Circuito integrato 7400 contenente quattro porte logiche NAND realizzato con soli transistor. Texas Instruments (anni ’70). |
Applicando anche in questo caso un'opportuna d.d.p. al cristallo così drogato succederà che un elettrone negativo verrà attratto dalla lacuna positiva. Questo elettrone però andando ad occupare il buco preesistente ne lascia uno libero nell'atomo da cui si è staccato: tale buco verrà allora occupato da un'altro elettrone per lo stesso motivo e così via. Tale fenomeno si propagherà ed andrà a costituire un flusso di elettroni in una certa direzione ed un flusso di detti buchi nella direzione opposta. Poiché questi buchi equivalgono a delle cariche positive che si spostano, sono assunti loro come cariche libere che costituiscono la corrente attraverso il semiconduttore che fa chiamare il silicio così trattato di tipo P mentre l'impurità trivalente si chiamerà accettore. Fattore molto importante, la corrente percorre il circuito esterno della prima giunzione, quella in cui nasce il flusso di elettroni, e modesta, da questo presupposto deriva il concetto di questo dispositivo, il transistore, a spese di una modesta corrente entro la prima giunzione si ottiene un' elevata corrente entro tutto il dispositivo. IL CIRCUITO INTEGRATO :
Il circuito integrato fu ideato da dall'ingegnere americano Jack St. Clair Kilby, allora alla, Texas Instruments, nell'estate del 1958. L'invenzione fu però ufficialmente annunciata il 12-09-1958. Per un certo tempo la paternità dell'invenzione fu incerta tra Kilby e il fisico Robert Noyce (1927-1990) allora impiegato presso la FairChild Semiconductor futuro fondatore della Intel. Nel gennaio del 1959, Noyce giungerà, indipendentemente da Kilby, alle stesse conclusioni che brevetterà nel 1961. Il progetto di Noyce sarà un perfezionamento di quello di Kilby e consisterà in un processo di diffusione planare a partire dal silicio monocristallino mediante processi fotografici. Una curiosità: La comunità scientifica è unanime nell'attribuire ad entrambi i ricercatori l'invenzione del transistor, ma in seguito solo Kilby sarà ammesso nella "sala d'onore" degli inventori nazionali insieme a Edison, Ford, Shockley, i fratelli Wright e pochi altri. ...... SEGUE A PAGINA 2.... |