Waarom is de transistor de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw?

7 minuten leestijd

Waarom is de transistor de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw?

Uitvindingen

Je leest nu

Waarom is de transistor de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw?

    • Deel op

    • Gekopieerd
  • 1
  • 72
Bekijk de collectie Bètacanon41 verhalen

In een iPhone alleen al zitten er twee miljard en toch hebben we het maar zelden over het werkpaard van de elektronica: de transistor. Deze elektronische schakelaar, die in 1947 wordt uitgevonden, verandert de wereld drastisch. Volgens velen is het de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw. Hoe werkt een transistor en wat kun je er allemaal mee doen?

Samengesteld door Corlijn de Groot

Wat is een transistor?

De transistor is een elektronische schakelaar die elektriciteit kan doorlaten of tegenhouden. Transistors zitten in alle digitale apparaten en ze vormen het fundament van moderne computers. Zonder transistors zou de wereld er nu totaal anders uitzien: geen mobiele apparaten, geen mens op de maan, en een simpele rekenmachine zou je halve huis in beslag nemen. 

Door de komst van de transistor raakte de ontwikkeling van de elektronica in een stroomversnelling. 

Deel alinea

Wat is de voorganger van de transistor?

In de jaren 50 zijn radio’s en televisies nog grote, lompe apparaten omdat er vacuümbuizen in verwerkt zitten. Vacuümbuizen, ook wel elektronenbuizen, diodebuizen of radiobuizen genoemd, zijn buizen waar de lucht uit is verwijderd en die dus vacuüm zijn. Ze werken als ventielen die de elektrische stroom in één richting laten stromen. Het is de Britse elektro-ingenieur Joh Ambrose Fleming die deze voorloper van de transistor in 1904 uitvindt.

De buizen worden ook wel radiobuizen genoemd, omdat ze zoveel in radio’s werden toegepast.

Het Amerikaanse leger laat in 1946 een buizencomputer bouwen waar ruim 17.000 vacuümbuizen in verwerkt zijn: de ENIAC, de afkorting voor Electronic Numerical Integrator And Computer. Dit monsterlijke apparaat van ruim  28.000 kilo wordt gezien als de eerste elektronische computer. De ENIAC verbruikt evenveel elektriciteit als 15.000 tablets maar heeft minder rekenkracht dan een goedkope mobiele telefoon. De eerste opdracht die ENIAC krijgt is om berekeningen uit te voeren ten behoeve van de waterstofbom. 

Sinds de jaren ‘80 worden er nog nauwelijks apparaten met vacuümbuizen gemaakt. Alleen voor speciale toepassingen, zoals voor gitaarversterkers, zijn ze nog in omloop. De buizen verbruiken namelijk veel stroom en zijn ook nog eens breekbaar. Verder hebben ze na het inschakelen tijd nodig om warm te worden voordat je er wat aan hebt. 

Deel alinea

Wanneer wordt de transistor uitgevonden?

In Bell Telephone Laboratories in de Amerikaanse stad New Jersey gaan wetenschappers op zoek naar een alternatief voor vacuümbuizen om elektronische apparaten te besturen. Ze maken daarbij gebruik van de stoffen silicium en germanium. 

Op 16 december 1947 is er een grote doorbraak in hun onderzoek. Walter Brattain en John Bardeen sturen een elektrische stroom door gouddraden op een plastic driehoek die ze boven een germaniumkristal houden. Ze ontdekken dat germanium het signaal bijna honderd keer zo sterk maakt. Op 23 december 1947 geven ze een publieke demonstratie en deze dag gaat de boeken in als de geboortedag van de transistor.

Een paar weken later doet William Shockley ook een grote ontdekking. Hij maakt de transistor nog efficiënter door drie lagen germanium op elkaar te leggen. 

Het belang van de uitvinding van de transistor kun je vergelijken met die van de boekdrukkunst, zegt hoogleraar Patrick Dewilde. Het is de eerste grote stap naar de digitale revolutie.

Vanaf de jaren 60 worden transistors gemaakt van silicium. Dit scheikundig element is goedkoper dan germanium en werkt ook nog eens beter bij hogere temperaturen. Moeilijk te krijgen is silicium ook niet, want het is uit zand te halen. De eerste transistors worden nog met de hand gemaakt. Technici verbinden draadjes terwijl ze door een microscoop turen. In 1956 krijgen John Bardeen, Walter Brattain en Wiliam Shockley gezamenlijk de Nobelprijs voor hun uitvinding van de transistor.

Deel alinea

© Wikimedia/At&T

John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain in 1948

Hoe werkt een transistor?

Een typische transistor heeft drie pootjes. Dat zijn de aansluitingen voor de collector, de emitter en de basis. De ingang van de transistor is de collector die is aangesloten op een voedingsbron zoals een batterij of het stopcontact. De uitgang van de transistor is de emitter. Vanaf de emitter loopt er bijvoorbeeld stroom naar een lampje. Of er wel of niet stroom gaat lopen van de batterij naar het lampje is afhankelijk van de basis van de transistor. 

De transistor is een schakelaar. Je stuurt er een klein stroompje doorheen, waarmee een grote stroom geregeld kan worden. 

Door een simpele transistor lopen twee verschillende stroomkringen: een grote en een kleine. Of er stroom loopt door de grote stroomkring is afhankelijk van de basis die de deur wel of niet kan openzetten voor de grote stroomkring. De basis zet die deur pas open als ze zelf een heel klein beetje stroom ontvangt. Door een klein beetje stroom naar de basis te sturen kun je de grote stroomkring aan- of uit zetten. Een transistor is dus een schakelaar. Door de transistor net iets anders te gebruiken kun je hem ook inzetten als versterker.

Deel alinea

Wat is het geheim van de transistor?

Er zijn materialen, geleiders genaamd, die elektriciteit goed geleiden. Denk bijvoorbeeld aan ijzer. Isolatoren zijn materialen die juist slecht geleiden. Hout is daar een voorbeeld van. Het essentiële onderdeel van de transistor is de halfgeleider. Halfgeleiders zijn materialen die alleen onder bepaalde omstandigheden stroom doorlaten. De meest gebruikte halfgeleidende stoffen zijn germanium en silicium. Silicium is nog steeds een ontzettend belangrijke grondstof en het is dan ook geen toeval dat Silicon Valley in Californië, waar veel beroemde technologiebedrijven gevestigd zijn, is vernoemd naar silicium. Silicon is het Engelse woord voor silicium.

Deel alinea

© Wikimedia/Warut Roonguthai

Silicium

Wat kun je met een transistor?

De transistor dient in de beginjaren vooral als geluidsversterker. In 1952 worden de eerste transistors gebruikt in gehoorapparaten en daarna in radio’s. Transistorradio’s zijn veel kleiner dan radio’s met vacuümbuizen. Ze zijn ook nog eens goedkoper en gaan langer mee. Voor jongeren in de jaren 60 staat het woord transistor gelijk een draagbare radio. Door de transistorradio krijgen radiostations veel meer luisteraars. Ze beginnen 24 uur per dag uit te zenden. In 1954 komt de Regency TR-1 op de markt: de eerste pocketradio met maar liefst vier transistors. Het apparaat werkt op batterijen en kan dus gemakkelijk overal mee naar toe.

© Wikimedia/Joe Haupt

De Regency TR-1 is in 1954 de eerste transistorradio op de markt.

De transistorradio kost nog een vermogen en de geluidskwaliteit is matig, maar toch gaan de draagbare radio’s als warme broodjes over de toonbank. De transistor draagt ook zeker bij aan de opkomst van rock-'n-roll als muziekstroming. Zouden we Elvis Presley nu wel kennen als de transistor niet was uitgevonden?

En ook de ruimtevaart is enorm beïnvloed door de uitvinding van de transistor. De ruimtereizen in de jaren 60 zijn alleen mogelijk omdat transistors de computers aan boord klein genoeg maken om in een space shuttle te passen. Zonder de transistor had de mens dus nooit voet kunnen zetten op de maan

Deel alinea

Wie is de uitvinder van de chip?

Ingenieur Jack Kilby werkt in 1958 voor Texas Instruments. Omdat hij nog maar net in dienst is, heeft hij in de zomer nog geen vrije dagen opgebouwd. Hij werkt daarom door terwijl zijn collega’s op vakantie zijn. Het blijkt een vruchtbare zomer: hij vindt daar in alle eenzaamheid op 34-jarige leeftijd de siliciumchip uit. Op een stukje silicium ter grootte van een duimnagel maakt hij minuscule transistors en verbindende leidingen. Deze uitvinding levert Kilby in 2000 de Nobelprijs voor de natuurkunde op.

Deel alinea

Audiofragment

Zo belangrijk is de chip
TROS - Nieuwsshow, 13 sep 2008

Om consumenten te laten zien hoe praktisch siliciumchips zijn, vraagt Texas Instruments aan Kilby een draagbare rekenmachine te ontwerpen. Er bestaan op dat moment wel rekenmachines met transistors, maar die wegen 25 kilo. In 1967 brengt Texas Instruments de eerste zakrekenmachine op de markt. Het ding kan alleen nog maar optellen, aftrekken, delen en vermenigvuldigen. 

Er passen steeds meer transistors op een chip, waardoor elektronische apparaten steeds sneller en kleiner kunnen worden. In het Klokhuis breekt Dolores Leeuwin een apparaat open om de microchip te vinden. Ze ontdekt een ministad met ingewikkelde gebouwen, straten en snelwegen.

"Je zou twintig keer kleiner moeten zijn dan een bacterie en dan zou je er doorheen kunnen lopen."

Zonder transistor geen chip, en zonder chips zouden veel van de elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken helemaal niet bestaan. Je kunt dus rustig zeggen dat de kleine, driepotige schakelaar ons leven heeft veranderd. 

In het kort

  • De transistor is een elektrische schakelaar die stroom kan doorlaten of juist tegenhouden. Het wordt vaak gezien als de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw.

  • Voordat de transistor is uitgevonden worden er vacuümbuizen gebruikt, die veel groter zijn. De buizen werken als ventielen die de elektrische stroom in één richting laten stromen.

  • De vaders van de transistor zijn de Amerikanen John Bardeen, Walter Brattain en Wiliam Shockley. Zij doen hun grote ontdekking in 1947 en krijgen er later de Nobelprijs voor. 

  • Een transistor kent drie onderdelen: de collector, de emitter en de basis. Met een transistor kun je met een kleine stroom een schakelaar bedienen zodat er ergens anders een grotere stroom gaat lopen.

  • Het essentiële onderdeel van de transistor is de halfgeleider. Halfgeleiders, zoals silicium, zijn materialen die alleen onder bepaalde omstandigheden stroom doorlaten.

  • De eerste transistors worden gebruikt in gehoorapparaten en radio’s. Tegenwoordig zitten ze in alle digitale apparaten, zoals computers en je mobiele telefoon.  

  • In 1958 vindt Jack Kilby de siliciumchip uit. Het is het begin van een digitale revolutie die nog altijd gaande is.

Deel dit venster

collection

Bètacanon

Bètaonderwerpen waar elke Nederlander iets van af zou moeten weten, met onder meer de oerknal, het periodiek systeem en de kwijlende honden van Pavlov.