How transistors work - Gokul J. Krishnan

Übersetzung: Johannes Duschner Lektorat: Angelika Lueckert Leon

Modern computers are revolutionizing our lives,

Moderne Computer revolutionieren unser Leben.

performing tasks unimaginable only decades ago.

Sie erledigen Aufgaben, die man noch vor Jahrzehnten für unmöglich hielt.

This was made possible by a long series of innovations,

Das wurde durch viele verschiedene Erfindungen möglich gemacht,

but there's one foundational invention that almost everything else relies upon:

aber es gibt eine fundamentale Erfindung von der fast alles abhängt:

the transistor.

Der Transistor.

So what is that,

Was ist das

and how does such a device enable all the amazing things computers can do?

und wie macht dieses Gerät all die tollen Dinge möglich, die ein Computer kann?

Well, at their core, all computers are just what the name implies,

Im Innersten sind alle Computer das, was der Name andeutet:

machines that perform mathematical operations.

Maschinen, die mathematische Operationen durchführen.

The earliest computers were manual counting devices,

Die ersten Computer waren Geräte zur manuellen Zählung wie der Abakus,

like the abacus,

while later ones used mechanical parts.

während man für neuere mechanische Teile einsetzte.

What made them computers was having a way to represent numbers

Was sie zu Computern machte, war die Fähigkeit, Zahlen zu verkörpern,

and a system for manipulating them.

und ein System, um diese zu handhaben.

Electronic computers work the same way,

Elektronische Computer funktionieren genauso,

but instead of physical arrangements,

aber statt in physischer Anordnung

the numbers are represented by electric voltages.

werden die Zahlen mithilfe von elektrischer Spannung dargestellt.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

Die meisten Computer nutzen die Boolesche Logik,

that has only two possible values,

die nur zwei mögliche Werte hat:

the logical conditions true and false,

die logischen Zustände richtig und falsch,

denoted by binary digits one and zero.

die man mit den Binärzahlen Eins und Null bezeichnet.

They are represented by high and low voltages.

Sie werden durch hohe und niedrige Spannungen verkörpert.

Equations are implemented via logic gate circuits

Gleichungen, die durch logische Torschaltungen umgesetzt werden,

that produce an output of one or zero

geben eine Eins oder Null aus,

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

je nachdem, ob der Input bestimmte logische Bedingungen erfüllt.

These circuits perform three fundamental logical operations,

Diese Torschaltungen führen 3 logische Operationen aus,

conjunction, disjunction, and negation.

Konjunktion, Disjunktion und Negation.

The way conjunction works is an "and gate" provides a high-voltage output

Die Verknüpfung funktioniert als "UND-Gatter"

und hat nur einen Hochspannungsausgang,

only if it receives two high-voltage inputs,

wenn zwei hohe Spannungen an den Eingängen anliegen.

and the other gates work by similar principles.

Die anderen Gatter funktionieren aufgrund ähnlicher Grundlagen.

Circuits can be combined to perform complex operations,

Schaltungen können kombiniert werden, um komplexe Operationen

like addition and subtraction.

wie Addition und Subtraktion auszuführen.

And computer programs consist of instructions

Computerprogramme beruhen auf Befehlen,

for electronically performing these operations.

die diese Operationen elektronisch durchführen.

This kind of system needs a reliable and accurate method

Dieses System benötigt eine zuverlässige und genaue Methode,

for controlling electric current.

den elektrischen Strom zu steuern.

Early electronic computers, like the ENIAC,

Frühe elektronische Computer wie der ENIAC

used a device called the vacuum tube.

benutzten ein Gerät namens Vakuumröhre.

Its early form, the diode,

Ihre Frühform, die Diode,

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

besteht aus zwei Elektroden in einem luftleerem Glasbehälter.

Applying a voltage to the cathode makes it heat up and release electrons.

Das Anlegen einer Spannung an die Kathode erhitzt sie

und setzt Elektronen frei.

If the anode is at a slightly higher positive potential,

Wenn die Anode eine etwas höhere positive Spannung hat,

the electrons are attracted to it,

werden die Elektronen von ihr angezogen

completing the circuit.

und der Stromkreis schließt sich.

This unidirectional current flow could be controlled

Dieser einfachgerichtete Stromfluss könnte durch Verändern der Spannung

by varying the voltage to the cathode,

an der Kathode gesteuert werden,

which makes it release more or less electrons.

wodurch mehr oder weniger Elektronen freigesetzt werden.

The next stage was the triode,

Die nächste Stufe war die Triode,

which uses a third electrode called the grid.

die eine dritte Elektrode, das "Gitter", einsetzt.

This is a wire screen between the cathode and anode

Das ist ein Drahtgitter zwischen der Kathode und Anode

through which electrons could pass.

durch das Elektronen durchfließen.

Varying its voltage makes it either repel

Die Veränderung der Spannung lässt die Elektronen,

or attract the electrons emitted by the cathode,

die die Kathode freisetzt, entweder abstoßen oder anziehen.

thus, enabling fast current-switching.

Damit wird die schnelle Umschaltung des Stroms möglich.

The ability to amplify signals also made the triode crucial for radio

Auch die Fähigkeit, Signale zu verstärken, macht die Triode für das Radio

and long distance communication.

und die Fernkommunikation sehr wichtig.

But despite these advancements, vacuum tubes were unreliable and bulky.

Aber trotz dieser Fortschritte

waren Vakuumröhren unzuverlässig und sperrig.

With 18,000 triodes, ENIAC was nearly the size of a tennis court

Mit 18 000 Trioden hatte ENIAC etwa die Größe eines Tennisplatzes

and weighed 30 tons.

und wog 30 Tonnen.

Tubes failed every other day,

Jeden 2. Tag versagten Röhren

and in one hour, it consumed the amount of electricity used by 15 homes in a day.

und in einer Stunde verbrauchte er den Strom für 15 Häuser an einem Tag.

The solution was the transistor.

Die Lösung war der Transistor.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

Statt Elektroden benutzt er einen Halbleiter wie Silizium,

like silicon treated with different elements

das mit verschiedenen Elementen behandelt wird,

to create an electron-emitting N-type,

um einen elektronenfreisetzenden N-Typ

and an electron absorbing P-type.

und einen P-Typ, der Elektronen absorbiert, zu erzeugen.

These are arranged in three alternating layers

Diese sind auf drei Schichten, die sich abwechseln, verteilt

with a terminal at each.

und jede hat eine Anschlussklemme.

The emitter, the base, and the collector.

Der Emitter, die Basis und der Kollektor.

In this typical NPN transistor,

Bei diesem typischen N-P-N-Transistor,

due to certain phenomena at the P-N interface,

bildet sich infolge gewisser Phänomene an der P-N-Schnittstelle

a special region called a P-N junction forms between the emitter and base.

ein spezielles Gebiet namens P-N-Übergang zwischen dem Emitter und der Basis.

It only conducts electricity

Nur es leitet Elektrizität,

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

wenn eine Spannung angelegt wird, die eine gewisse Schwelle überschreitet.

Otherwise, it remains switched off.

Andernfalls bleibt er abgeschaltet.

In this way, small variations in the input voltage

Auf diese Weise können kleine Änderungen der Eingangsspannung eingesetzt werden,

can be used to quickly switch between high and low-output currents.

um schnell zwischen hohen und niedrigen Ausgangsstromstärken zu wechseln.

The advantage of the transistor lies in its efficiency and compactness.

Der Vorteil des Transistors liegt in seiner Leistungsfähigkeit und Kompaktheit.

Because they don't require heating, they're more durable and use less power.

Weil sie kein Anwärmen benötigen, sind sie haltbarer und brauchen weniger Strom.

ENIAC's functionality can now be surpassed by a single fingernail-sized microchip

Die Funktionalität von ENIAC kann heute durch einen fingernagelgroßen Mikrochip

containing billions of transistors.

mit Milliarden Transistoren übertroffen werden.

At trillions of calculations per second,

Durch Millionen und Abermillionen Berechnungen pro Sekunde

today's computers may seem like they're performing miracles,

erscheinen heutige Computer so, als würden sie Wunder vollbringen.

but underneath it all,

aber unter all dem, ist jede einzelne Operation

each individual operation is still as simple as the flick of a switch.

immer noch so einfach wie das Umlegen eines Schalters.