Transistoren

Beim Relais hast du gesehen, wie ein kleiner Strom einen großen schalten kann: Eine Spule zieht klickend einen Kontakt um. Der Transistor macht genau dasselbe, aber ohne ein einziges bewegliches Teil, millionenfach schneller und so klein, dass Milliarden davon auf einen Fingernagel passen. Viele halten ihn für die wichtigste Erfindung des 20. Jahrhunderts, und nach diesem Kapitel weißt du, warum.

Drei Anschlüsse, eine Idee

Ein Transistor hat drei Anschlüsse: Basis, Kollektor und Emitter. Die Idee dahinter ist ein gesteuertes Ventil. Zwischen Kollektor und Emitter möchte der große Strom fließen, aber der Weg ist normalerweise gesperrt. Erst wenn ein kleiner Strom in die Basis fließt, öffnet sich das Ventil und der große Strom darf hindurch. Hört der Basisstrom auf, sperrt der Transistor sofort wieder. Der kleine Strom am Griff steuert also den großen Strom durch das Rohr.

Ein Schalter ohne bewegliche Teile

Als Schalter ist der Transistor dem Relais haushoch überlegen. Nichts bewegt sich, nichts verschleißt, nichts klickt. Ein Relais schafft höchstens ein paar Dutzend Schaltvorgänge pro Sekunde, ein Transistor schafft Milliarden. Genau darauf bauen Computer auf: Ein Transistor, der sperrt oder durchschaltet, stellt eine 0 oder eine 1 dar. Aus vielen solchen Schaltern entstehen Logikgatter, aus Logikgattern Rechenwerke, und am Ende ein ganzer Prozessor.

Der Transistor als Verstärker

Der Transistor kann das Ventil auch nur teilweise öffnen: Je mehr Basisstrom, desto mehr Kollektorstrom. Der große Strom folgt dem kleinen wie ein vergrößertes Echo. Das Verhältnis heißt Stromverstärkung, typisch sind Werte um 100: Aus 1 mA Basisstrom werden dann 100 mA Kollektorstrom. So macht ein Verstärker aus dem winzigen Signal eines Mikrofons einen Strom, der einen Lautsprecher antreibt. Ohne Transistoren gäbe es weder Hörgeräte noch Handys noch Konzertanlagen.

Milliarden davon im Chip

1947 bauten Forscher in den Bell Labs den ersten Transistor, so groß wie ein Daumen. Heute misst ein einzelner Transistor nur noch einige Dutzend Nanometer, ungefähr tausendmal dünner als ein menschliches Haar, und Milliarden davon werden gleichzeitig auf einen Siliziumchip belichtet. In Chips steckt dabei eine andere Bauart, der Feldeffekttransistor: Auch er hat drei Anschlüsse, doch der Steueranschluss heißt hier Gate, und an ihm steuert eine Spannung statt eines Stroms. Das Ventilprinzip bleibt genau dasselbe. Der Prozessor in deinem Handy enthält mehr Transistoren, als Menschen auf der Erde leben. Jahrzehntelang verdoppelte sich die Anzahl pro Chip etwa alle zwei Jahre. Deshalb steht der Transistor zu Recht ganz oben auf jeder Liste wichtiger Erfindungen: Jeder Computer, jedes Handy und das ganze Internet bestehen im Kern aus diesem einen Bauteil.