Čtvrtek 26. května 2022, svátek má Filip
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 26. května 2022 Filip

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 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:

80 let od atentátu na Heydricha

27. 5. 1942 provedli českoslovenští parašutisté atentát na zastupujícího říšského protektora na území Čech a Moravy Reinharda Heydricha.

  • Nejčtenější

Češi posílají na pomoc Ukrajině „ďáblův kočár“

Po pondělním zasedání Kontaktní skupiny pro Ukrajinu zazněla na tiskové konferenci několikrát informace, kterou...

V Charkově se skrývá tajemný supertank, příliš drahý pro sériovou výrobu

Válka na Ukrajině vstupuje do nové fáze. Rusové se po Kyjevu stahují i z okolí Charkova a chystají se zřejmě soustředit...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Ukrajinci dostali západní superhoufnice M777. Do akce šla i Bohdana

Ať už si dělostřelectvo v dávných dobách vysloužilo titul královny či krále bojiště, ukazuje se i v jednadvacátém...

České tanky pro Ukrajinu bojují u Mykolajivu. Máme fotky z fronty

Exkluzivně Česká republika před několika týdny začala na východ posílat ruční zbraně a munici a později i dělostřelectvo, tanky a...

Dohoda s Německem: na stole jsou Leopardy, Pumy a raketomety MLRS

Válka na Ukrajině významně rozhýbala nejen nákupy nových zbraní, ale paradoxně také jejich výměny v rámci evropského...

V předdůchodu si odpočinu a pak se uvidí. Možnost, o které se moc neví

Premium Má do penze pět let a je v předdůchodu na tři roky. Na víc totiž nemá naspořeno. Že to nejde? Ale ano. Legislativa to...

Mami, ty se uzdravíš! Jana Vránová o synově cestě do NHL i boji s rakovinou

Premium Před sedmi lety si prožila peklo. Bojovala s rakovinou lymfatických uzlin a nevěděla, jak to synovi, hrajícímu tehdy...

Půst, občas večeře, čtyři kávy denně. Jak jíst podle výživového poradce Havlíčka

Premium Strava ovlivňuje nejen naši váhu či kondici, ale i náladu a zdravotní stav. Ostatně až dvě třetiny všech nemocí mají...

  • Další z rubriky

Deset tisíc let stará móda dinosauřích náhrdelníků

Dinosauří zkameněliny byly známé již lidem v dobách dávno minulých. A to nikoliv jen v dobách předvědeckých, ale...

Srpodrápý zabiják z Kanady byl silnější než velociraptor

Právě před sto lety byl vědeckému i laickému světu představen pozoruhodný masožravý dinosaurus z kanadské Alberty....

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Češka vyvinula přelomový lék proti rakovině prostaty. Popsala, jak funguje

Vysíláme Česká vědkyně Martina Benešová spolu se svým německým týmem vyvinula nový lék pro diagnostiku a léčbu rakoviny...

Dopadla na Ukrajině část asteroidu, který vyhubil dinosaury?

Impaktní kráter Boltyš se nachází na území Kirovohradské oblasti v centrální části Ukrajiny. Jedná se o masivní...

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Muž s penisem na předloktí. Pěstoval si ho šest let pro transplantaci

Je to vlastně příběh protkaný smutkem, groteskní fyzickou modifikací, ale se šťastným koncem. A též s mnoha otázkami....

Část dětí dostane 5 000 Kč automaticky, zbytek bude žádat elektronicky

Rodiče, kteří na své potomky pobírají příspěvek na dítě, dostanou státní pětitisícovou pomoc automaticky. Ostatní budou...

Češi posílají na pomoc Ukrajině „ďáblův kočár“

Po pondělním zasedání Kontaktní skupiny pro Ukrajinu zazněla na tiskové konferenci několikrát informace, kterou...

V Charkově se skrývá tajemný supertank, příliš drahý pro sériovou výrobu

Válka na Ukrajině vstupuje do nové fáze. Rusové se po Kyjevu stahují i z okolí Charkova a chystají se zřejmě soustředit...

Ukrajinci dostali západní superhoufnice M777. Do akce šla i Bohdana

Ať už si dělostřelectvo v dávných dobách vysloužilo titul královny či krále bojiště, ukazuje se i v jednadvacátém...