Der Geek-Atlas (German Edition)

Transistor. Transistoren sind kleine elektronische Bauelemente. Sie können als Verstärker
     verwendet werden (in den 1950ern und 1960ern wurden sie in »Transistor-Radios«, den ersten wirklich tragbaren Musik-Playern,
     eingesetzt) und kommen außerdem als Schalter zur Steuerung des Elektrizitätsflusses zum Einsatz.
    Ein Halbleiter besteht aus Material (üblicherweise eine Kombination mehrerer Materialien), das Elektrizität weder richtig
     leitet noch vollständig isoliert. Das erste halbleitende Material (Silbersulfid) wurde 1833 von dem berühmten britischen Wissenschaftler
     Michael Faraday (siehe Kapitel 75 ) entdeckt. Faraday erkannte, dass der Widerstand von Silbersulfid sank, wenn man es erhitzte. Dadurch leitete das Material
     besser. Der Effekt wurde umgekehrt, wenn man es kühlte.
    Bei einem Transistor wird die Elektrizität, die durch den Halbleiter fließt, elektrisch gesteuert. Dies bedeutet, dass der
     Transistor entweder als Schalter (der Fluss wird ein- oder ausgeschaltet) oder aber als Verstärker (da die Flussmenge sich
     proportional zur angelegten Spannung verhält) fungieren kann.
    Ein einfacher Silizium-Transistor oder NPN-Transistor wird zum Aufbau elektronischer Schalter genutzt, bei denen es sich wiederum
     um die Grundbausteine von Computern handelt. Der NPN-Transistor besteht aus drei Teilen, der Basis (meistens als B bezeichnet),
     dem Collector (C) und dem Emitter (E) (siehe Abbildung 86.2 ).
    Abbildung 86.2 Teile einen NPN-Transistors
    Die Basis des Transistors ist mit P verbunden. Dieser Bereich wurde durch die sogenannte Dotierung verändert, d.h. das Silizium
     wurde einer Chemikalie wie Bor ausgesetzt, um freie Elektronen zu entfernen. P steht für »positiv« und beschreibt den Mangel
     an Elektronen. Es ist die Basis B, über die gesteuert wird, ob ein Transistor-Schalter an oder aus ist.
    Der Collector und der Emitter bestehen aus N-dotiertem Silizium, d.h. das Silizium wurde einer Chemikalie wie Arsen ausgesetzt,
     um die Zahl der beweglichen Elektronen, die zur Leitung eines Stroms vorhanden sind, zu erhöhen. Das N zeigt an, dass dieser
     Bereich mit negativ geladenen Teilchen angereichert ist: Elektronen. Liegt keine Spannung zwischen Basis und Emitter an, fungiert
     das Basismaterial als Isolator und der Transistor-Schalter ist aus. Sobald eine ausreichend hohe Spannung zwischen B und E
     anliegt, können sich die Elektronen zwischen dem Collector und dem Emitter bewegen und der Schalter ist an.
    NPN-Transistoren werden üblicherweise mit dem Symbol in Abbildung 86.3 dargestellt, das den Emitter, die Basis und den Collector zeigt. Die Basis auf der linken Seite steuert den Elektrizitätsfluss
     zwischen dem Collector und dem Emitter.
    Abbildung 86.3 Ein Transistor
    Computer nutzen für Berechnungen die binäre Logik, die nur mit Nullen und Einsen arbeitet (siehe den Abschnitt zum Binärsystem
     in Das Binärsystem ). Dies liegt zum Teil daran, dass man elektrisch sehr einfach binär arbeiten kann: kein Strom steht für 0, Strom für 1. Bei
     einem Transistor handelt es sich einfach um einen Schalter, der eingeschaltet ist, wenn Strom durch die Basis fließt (dann
     wird eine binäre 1 verarbeitet) bzw. ausgeschaltet, wenn kein Strom fließt (in diesem Fall liegt eine binäre 0 vor).
    Mit Transistoren kann man die für einen Computer erforderlichen grundlegenden logischen Funktionen aufbauen. Computer treffen
     Entscheidungen, indem sie zwei oder mehr Binärzahlen über sogenannte Logik-Gatter kombinieren. Ein UND-Gatter (AND) beispielsweise
     beinhaltet folgende Logik: »Wenn die Eingänge A und B beide 1 sind, dann ist der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Bei einem ODER-Gatter
     (OR) gilt diese Definition: »Wenn die Eingänge A, B oder beide 1 sind, dann ist der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Die Logik
     eines NICHT-Gatter (NOT) wiederum lautet folgendermaßen: »Ist der Eingang A 0, dann ist der Ausgang 1 und umgekehrt«. Auf
     Grundlage dieser einfachen logischen Entscheidungen lassen sich ganze Chips herstellen.
    Doch ein Logik-Gatter, das NAND, übertrifft alle anderen. Wird dieses eingesetzt, dann werden alle anderen Gatter überflüssig.
     NAND steht für NOT AND (NICHT UND). Die zugrunde liegende Logik ist folgende: »Ist einer der Eingänge X oder Y 0, dann ist
     der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Es ist das Gegenstück zum UND: wo das UND 1 zurückgibt, liefert das NAND 0. Es hat sich gezeigt,
     dass alle anderen Logik-Gatter (UND, ODER, NICHT und auch die etwas