İşlemcilerin Temel Yapı Taşı ‘Transistör’ Nedir, Nasıl Çalış

Teknoloji dünyasında çığır açan transistör, dijital ihtilalin yapı taşı olarak kabul ediliyor. Şayet transistör denilen bir icat olmasaydı, bugün daima kullandığımız telefon, bilgisayar ve otomobiller artık olduğundan çok daha farklı bir donanıma sahip olurdu. Bundan 20 yıl evvelki bilgisayarlardan kat kat güçlü olan telefonların cebimize girmesini sağlayan şey de transistörlerin ta kendisi.

Son derece kolay gözüken lakin karmaşık bir yapıya sahip olan transistörün ne olduğunu ve nasıl çalıştığını hiç merak ettiniz mi? Elektronik sanayisinde kullanım alanı bir oldukça yaygın olan transistörlere daima birlikte daha yakından bakalım istedik. Keyifli okumalar dileriz.

Transistör nedir?

Transistör, elektronik devrelerde dolaşan küçük devre akımlarını yükseltip alçatabilen ve tansiyonları denetim edebilen yarı iletken bir devre elemanıdır. Kablolardaki, devre yollarındaki elektronları denetim edebilen transistörler, bu sayede elektriği de denetim eden aygıtlar olarak tanınır. Tıpkı vakitte, devrede anahtarlama vazifesini de yerine getirebilirler.

Transistör, yalnızca akımı iletmekle kalmaz, birebir vakitte devre kartından geçen gücü yükseltip azaltmanıza imkan sağlar. Transistörlerin devre kartında ekseriyetle 3 bacağı bulunur. Bu bacaklardan birisine uygulanan akım ile öbür bacaklar ortasındaki olan elektrik akımı, hassas bir biçimde denetim edilebilir durumdadır.

İşlemcilerdeki transistörlerin sayısı neden fazladır?

İşlemcilerde bu transistörlerden mikroskopik boyutlarda milyonlarcası bulunur (Örn: Apple Silicon M1 işlemcisinde 16 milyon transistör vardır). Bir işlemcide ne kadar fazla transistör varsa o kadar yüksek sürat ve performans üretilir, bu transistörler birbirlerine ne kadar yakın olursa o kadar az güç tüketilir.

Transistörlerin kullanım alanı

Elektronik sanayisinde transistörün kullanılmadığı bir alan neredeyse yok diyebiliriz. Transistör, Bell şirketi tarafından evvel sesi iletmek ve denetim etmek üzere telefonlarda kullanılmaya başlandı ve akabinde radyo, televizyon ve bilgisayar üzere günlük hayatımızın bir modülü oldu.

Bir devreye sahip rastgele bir şeyde transistör olması kaçınılmaz bir durum. Arduino’dan elektronik gitarımızı bağladığımız amfiye kadar her türlü elektronik devrede akımı ve tansiyonu denetim etmek için transistör bulunması kaidedir.

Transistör nasıl icat edildi?

Transistör, 20. yüzyılın en büyük buluşlarından birisi olarak kabul edilmekle birlikte elektronik dünyasında çığır açan bir yenilik olarak görülüyor. Birinci icat, aslında transistörün kendisi değildi fakat onun ana sınırlarını oluşturuyordu. Birinci 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 takım kurdu ve ikili, radyo ve telefon sinyallerinin denetim edilmesinde termiyonik ismi verilen vakum lambalarının yerini alabilecek bir devre için çalışmalara başladı.

Şimdi bir yıl geçmeden grup yarı iletken olan germanyum elementinin ileride transistör ismini alacak olan yükseltme devresi için kullanılabileceğini keşfetti ve hem fazla güç tüketen hem de devasa yer kaplayan vakum lambalarının yerini daha küçük boyutlardaki transistörler aldı.

Vakumlu lambaların pabucu dama atıldı:

Vakumlu lambalar daha evvel televizyonlardan telefon sistemlerine kadar birçok farklı alanda kullanılıyordu. Elektronik devreleri tamamlamak için kullanılan vakum lambaları, her ne kadar misyonunu 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 ortasındaki farklar:

Mühendisler, vakumlu lambaları kullanmadan evvel onları ısıtmak zorunda kalıyordu. Kimi lambalar ısıdan patlarken, kimi de hakikat sonuç vermekte başarısız oluyordu. Lakin transistörlerin akımı iletmesi için ısınmasına gereksinim yoktu ve devre tetiklendiği anda akımı iletebiliyordu.

Transistörler, hem ısınmaya muhtaçlık duymadıkları hem de daha az voltajla çalışabildiği için vakumlu lambalara kıyasla çok daha az güç tüketimine ve çok daha uzun ömüre sahipti.

Vakumlu lambalar cam olduğu için kırılma riski vardı, lakin daha evvel de belirttiğimiz üzere transistörler ya silikondan ya da germanyum elementinden oluşuyordu ve bu da kolay kolay ziyan görmelerini engelliyordu.

Dünden bugüne transistörler:

Daha evvel de belirttiğimiz üzere evvelce BJT transistörler bulunuyordu ve bu transistörler germanyum isimli yarı iletken elementten oluşuyordu. 20 yıl boyunca kullanılan germanyum transistörlerin yerini, teknoloji ilerledikçe tekrar yarı iletken olan silikonlardan oluşan MOSFET transistörler aldı.

Silikon transistörler, hem germanyuma nazaran daha düşük maliyetliydi hem de daha emniyetli sonuçlar elde ediyordu. Silikon transistörlerin bir öbür hoş yanı ise, kullanım isteğine bağlı olarak başka metal ve oksit cinsleri ile birleştirilebilmesiydi.

Transistörün bilgisayar çağına tesiri:

Transistörler, elektronik çağında büyük bir ihtilal yarattıktan sonra, cep boyutlarındaki birinci transistörlü radyo, Texas Instruments ve IDEA isimli iki şirket tarafından 18 Ekim 1954 yılında satışa sunuldu. Regency TR-1 ismini verdikleri bu radyo, vakumlu lambalardan üreten radyolara nazaran hem daha uygun fiyatlıydı hem de daha yüksek performans sağlıyordu.

Transistörlerin radyoları küçültebildiğini gören mühendisler, tıpkı olayın bilgisayarlarda da gerçekleşebileceğini düşündü. Birinci bilgisayarlardan birisi olan ENIAC, sahip olduğu 17.000 vakumlu lamba yüzünden neredeyse 30 ton ağırlığındaydı. Mühendisler, transistörlerin bilgisayarlarda da işe yarayabileceğini anlayınca bilgisayar sanayisinde büyük bir ihtilal yaşandı.

Bilgisayar sanayisinde kullanılmaya başlanan silikon transistör, bilgisayarın kısa müddette çok fazla sayıda hesaplama yapmasına imkan sağladı. Bilgisayarlar, karmaşık misyonları tamamlamak için milyonlar, hatta milyarlarca transistöre muhtaçlık duyar ve mühendisler de vakit içerisinde akıl almaz sayıdaki transistörü bir çip üzerine yerleştirebilir hale geldiler.

Transistör nasıl çalışır?

BJT, yani iki kutuplu eklem transistörler, Base, Collector ve Emiter ismi verilen üç bacaktan oluşur. Bu devrede akım, Base bacağından gelir ve akım ya Collector’dan Emiter’e, ya da tam aykırısı olacak formda iletilir.

Transistörü anlatmak için kullanılan en yaygın örneklerden birisi, her konutta 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 vakit bir su akımı yaratmış oluruz. Suyun gidiş istikametini ise Collector ve Emiter ortasında denetim edebiliriz.

BJT transistörler NPN ve PNP transistör olmak üzere ikiye ayrılır. Her iki transistör de aslında neredeyse tıpkı misyonu yapar, lakin devreye bağlanış biçimi birbirinden farklılık gösterir. NPN transistörler müspet baz akımına gereksinim duyarken, PNP transistörlerin çalışması için negatif baz akımına gereksinim duyulur.

BJT transistörün dışında bir de silikondan oluşan ve MOSFET ismi verilen, Gate, Drain ve Source olmak üzere tekrar üç bacaktan oluşan transistörler bulunur. MOSFET transistörlerinin BJT’lerden en büyük farkı, akım yerine tansiyon ile tetiklenmesidir. MOSFET transistörler BJT’ye nazaran daha az ısındıkları için dijital elektronik devrelerde daha çok tercih ediliyor, lakin BJT transistör kadar akım gücü elde edemiyor. MOSFET transistörler, birebir vakitte silikondan oluştuğu için BJT transistörlere nazaran daha düşük maliyetlerle üretilebiliyor.