STO OBJEVŮ: Malý křemíkový zázrak. Tranzistor zmenšil monstra do kapsy

Seriál
Kousek křemíku umožnil lidstvu naučit elektřinu doslova zázračným kouskům. Někdejší obrovské sálové počítače díky objevu tranzistoru dnes nosí každý z nás v kapse. Seriál o nejvýznamnějších lidských objevech vydával magazín Víkend DNES.
Běžné tranzistory jsou dnes základním prvkem spotřební i nespotřební...

Běžné tranzistory jsou dnes základním prvkem spotřební i nespotřební elektroniky (televize, rádia, počítače, mobilní telefony...) Na snímku staré radiosoučástky. | foto: Profimedia.cz

Elektřinu lidstvo využívá od roku 1799, kdy Alessandro Volta vymyslel první baterii.

Na první pohled je nejhmatatelnějším symbolem ovládnutí této přírodní síly Edisonova žárovka, poprvé rozsvícená v říjnu 1879. Dnes ovšem naše každodenní životy mnohem víc ovlivňuje miniaturní součástka, která spatřila světlo světa až v roce 1948.

Tranzistory jsou prakticky ve všem od mobilních telefonů přes počítače, automobily, ledničky a televizory až třeba k dámským vibrátorům a atomovým bombám. K čemu jsou dobré?

Budoucnost patří křemíku

Základním principem ovládnutí a využití elektřiny je umět ji zesílit, usměrnit, stabilizovat, modulovat. Prostě dělat s ní přesně to, co potřebujeme. V roce 1883 vymyslel geniální Edison první elektronku, kterou to pak vědci postupně naučili. Skleněná baňka s několika elektrodami se stala základem radiových přijímačů, prvních sálových počítačů a dalších dobových technických vymožeností.

Jenže elektronka měla řadu nectností. Byla příliš objemná a křehká, bylo v ní nezbytné udržovat vakuum a navíc měla velkou spotřebu energie.

V roce 1939 se ukázalo, že by to mohlo jít i jinak. V Bellových laboratořích v americkém New Jersey se výzkumníkovi jménem Russel Ohl podařilo sestrojit takzvaný PN přechod. Nezdržujme se složitým fyzikálním vysvětlením jeho funkce, založené na obohacení krystalické struktury křemíku různými chemickými prvky. Stačí vědět, že jde o jednoduchou polovodičovou součástku, která elektrický proud propouští pouze jedním směrem.

Jména William Shockley, Walter Brattain a John Bardeen znají jen odborníci na elektrotechniku. Právě tito tři američtí výzkumníci přitom změnili podobu světa. V roce 1948 s využitím technologie PN přechodu sestrojili první tranzistor – součástku, která umí všechno, co elektronka, ale funguje na odlišném fyzikálním principu. Dostali za to roku 1956 Nobelovu cenu.

Monstrum ENIAC

Z tranzistoru se nemusí složitě vyčerpávat vzduch, nemusíte ho žhavit a nemusíte kolem něj chodit po špičkách, abyste ho náhodou nerozbili. Ale hlavně má dvě další klíčové výhody. Proti elektronce se spokojí jen se zlomkem elektrické energie a můžete ho zmenšovat takřka donekonečna.

100 divů světa

První tranzistory byly válečky velké několik centimetrů. Později se scvrkly do podoby špendlíkové hlavičky a dnes už jsou lidskému oku neviditelné. Umožnila to technologie využívající křemíkových čipů, na kterých jsou tranzistory vytvářeny s pomocí laseru, iontové implementace a dalších sofistikovaných metod. Vznikají tak složité integrované obvody (mikroprocesory).

Na čipu velikosti nehtu na malíčku jsou tranzistory natěsnány tak, aby ve vzájemné souhře plnily přesně požadovanou funkci. Třeba během zlomku sekundy v kalkulačce spočítat výplatu nebo odeslat SMS zprávu, že přijdete na oběd později.

Ve své době byl tranzistor převratným technickým objevem, který změnil celou řadu oblastí každodenního života. Umožnil třeba strčit do kapsy rozhlasový přijímač, což dřív elektronky neumožňovaly. Takzvaný „tranzistorák“ byl v USA představen už v polovině roku 1948 (tedy jen pár měsíců po objevu tranzistoru), masově se rozšířil v polovině 50. let.

Tranzistorové rádio Tesla Comet 9 Commodore, vyráběno od roku 1958 (z výstavy Hudba a politika)

Jak obrovský technologický posun tranzistory umožnily, to se dá ukázat na elektronkovém počítači ENIAC. Toto monstrum bylo v roce 1943 postaveno na univerzitě v americké Pensylvánii. Zabíralo plochu 162 čtverečních metrů, vážilo 27 tun a spotřebovávalo 150 kilowatt elektřiny.

Tři otazníky

  • KDY SE U NÁS OBJEVIL „TRANZISTORÁK“? V roce 1958 se v Tesle Přelouč začal vyrábět přenosný radiopřijímač T58.
  • CO NAHRADÍ KŘEMÍK? Nové čipy chtějí vědci vyrábět z germanenu, nanomateriálu na bázi germania. Elektrony se v něm pohybují desetkrát rychleji, což by mělo zrychlit i výpočetní výkon.
  • CO PŘIJDE DÁL? Výrobci mikroprocesorů vkládají naděje do optických a kvantových čipů založených na jiných fyzikálních principech než dnešní polovodičové.

Přes dvacet tisíc elektronek muselo být chlazeno vzduchem hnaným dvěma leteckými motory. Výpočetní výkon ENIAC byl přitom jen zlomkem výkonu, který dnes nosíme v kapse v mikroprocesoru mobilního telefonu.

Hranice mikrosvěta

Miniaturizace tranzistorů pokračuje, což umožňuje i exponenciální nárůst výkonu počítačů, mobilů a dalších elektronických hraček. Americká firma Intel už představila mikroprocesor, na kterém je 43,3 miliardy tranzistorů – skoro šestkrát víc, než kolik lidí žije na Zemi.

Donekonečna to však nepůjde. V roce 1965 definoval spoluzakladatel Intelu Gordon Moore takzvaný Moorův zákon: „Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí.“

To už neplatí. Někdy kolem roku 2013 se růst výkonu zpomalil. Miniaturizace začíná narážet na fyzikální limity. Tranzistor menší než jeden atom nemůže fungovat.

Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat – malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu.

Autor:
  • Nejčtenější

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

v diskusi je 125 příspěvků

26. března 2024

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo...

Z jaderné triády zbyly Britům už jen ponorky. A ty musejí posílit

v diskusi je 76 příspěvků

27. března 2024

Jadernou triádu tvoří strategické bombardéry s jadernými zbraněmi, mezikontinentální balistické...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Hlučínsko patří nám. Před 100 lety byl podepsán definitivní protokol o hranici

v diskusi je 45 příspěvků

28. března 2024

Před 100 lety definitivně skončily tahanice o československo-německé hranice. 28. března 1924 byl...

Rusko zastavilo odlet na ISS s první Běloruskou, letět měla i Američanka

v diskusi je 50 příspěvků

21. března 2024  10:23,  aktualizováno  14:26

Ve čtvrtek 21. března se necelých deset minut před půl třetí odpoledne měla vydat na Mezinárodní...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Američané odepsali modul, který je vrátil po půl století na Měsíc

v diskusi je 21 příspěvků

28. března 2024,  aktualizováno  11:41

Od začátku letošního roku je na Měsíci a kolem něj poměrně rušno. Vedle řady sond, které zamířily...

Za vyhynutím dinosaurům mohla být i doba temna

v diskusi nejsou příspěvky

29. března 2024

Dopad planetky je nyní většinou odborníků považován za hlavní příčinu vyhynutí zhruba 73 až 76 %...

Podívejte se na Boeing C-17 Globemaster, který do Česka přivezl nové vrtulníky

v diskusi jsou 2 příspěvky

29. března 2024

V sobotu 23. března dosedl v Praze nákladní letoun USAF, který vezl obzvlášť cenný náklad. Z...

Dočasná raketa se po téměř 70 letech loučí. Bude startovat naposledy

v diskusi jsou 4 příspěvky

28. března 2024  15:36,  aktualizováno  19:54

Tento čtvrtek stojí na startovací rampě mysu Canaveral poslední potomek raket Thor, nosič Delta IV...

Američané odepsali modul, který je vrátil po půl století na Měsíc

v diskusi je 21 příspěvků

28. března 2024,  aktualizováno  11:41

Od začátku letošního roku je na Měsíci a kolem něj poměrně rušno. Vedle řady sond, které zamířily...

2. týden: Vyhrajte dobroty pro batolata v hodnotě 3 466 Kč
2. týden: Vyhrajte dobroty pro batolata v hodnotě 3 466 Kč

Zúčastněte se volby jména roku 2024 a správně odpovězte na soutěžní otázku.

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Velikonoce 2024: Na Velký pátek bude otevřeno, v pondělí obchody zavřou

Otevírací doba v obchodech se řídí zákonem, který nařizuje, že obchody s plochou nad 200 čtverečních metrů musí mít...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...