מתג שמופעל במתח
מתג של מנורה סוגר רווח בין שתי חתיכות מתכת: האצבע שלכם מזיזה משהו. טרנזיסטור סוגר רווח בעזרת מתח במקום זה. העלו את המתח על אחת משלוש הרגליים שלו, השער, וזרם זורם בין שתי האחרות, המקור והשפך. הורידו אותו, והזרם נפסק. מתח קטן, שלא צורך שום זרם, שולט בזרם גדול בהרבה שעובר דרך משהו אחר, כאן נורה שמחוברת לסוללה של 9 וולט.
בתוך הטרנזיסטור
הסוג שבסצנה, הנפוץ ביותר בעולם, הוא MOSFET, ראשי התיבות באנגלית של טרנזיסטור תוצא שדה מסוג מתכת־תחמוצת־מוליך למחצה. בהתחלה הוא גוש של צורן מסוג p: עקבות של בור מעניקים לו מלאי של חורים, חסרים בקשרים שלו שנעים כמו מטענים חיוביים. לתוך פני השטח שלו מוחדרים שני אזורים של צורן מסוג n, עשירים באלקטרונים חופשיים: המקור והשפך.
בין שני האזורים משתרע קטע קצר של צורן מסוג p, וזה הרווח. אלקטרונים מהמקור לא יכולים לחצות אותו, כי בצורן מסוג p כמעט אין אלקטרונים חופשיים שיישאו אותם. לכן כשהשער באפס לא זורם זרם, והנורה נשארת חשוכה.
מעל הרווח, ומופרד ממנו בשכבה דקה של תחמוצת צורן זגוגית, נמצא השער. התחמוצת היא מבודד, ולכן השער אף פעם לא נוגע בצורן. הוא פועל עליו מרחוק, דרך השדה החשמלי שלו.
יוצרים תעלה
שימו מתח חיובי על השער, והמטען שלו דוחף חורים הרחק מפני השטח שמתחתיו ומושך אליהם אלקטרונים. בהתחלה זה רק מפנה מחורים שכבה דקה. מעבר למתח מסוים, הסף, מתאספים כל כך הרבה אלקטרונים שיריעה דקה ממש מתחת לתחמוצת הופכת לצורן מסוג n. היריעה הזאת, התעלה, מחברת את המקור לשפך, וזרם זורם.
נסו: קבעו את מתח השער על 2 V, מעט מעל הסף, ובחרו תעלה תחת התקרבות לתעלה. שימו לב שהתעלה נעשית דקה יותר לכיוון השפך. אחר כך העלו את מתח השער עד 5 V והשוו את קריאת המד.
ממש מעבר לסף התעלה דקה, והטרנזיסטור עצמו מגביל את הזרם, שגדל כריבוע של ההפרש בין מתח השער לסף. התעלה גם נעשית דקה יותר לכיוון השפך, שם המתח של הסוללה פועל נגד השער. העלו את מתח השער עוד, והתעלה מתעבה עד שמפל המתח על הטרנזיסטור הוא רק חלק קטן מוולט. עכשיו הוא מתג סגור, והנורה לבדה קובעת את הזרם.
ממתג אחד למחשב
מתג שמתח אחד מדליק יכול להפעיל את השער של המתג הבא. חווטו טרנזיסטור כך שמתח גבוה על השער שלו מוריד את היציאה שלו למתח נמוך, ויש לכם שער NOT: דלוק נכנס, כבוי יוצא. שני טרנזיסטורים בטור מוליכים רק כששני השערים במתח גבוה, וזה AND; שניים במקביל מוליכים כשאחד מהם במתח גבוה, וזה OR. משערים כאלה אפשר לבנות מעגלים שמחברים מספרים בינאריים, משווים ביניהם ושומרים אותם, ומהמעגלים האלה, מעבד.
שבבים אמיתיים מצמידים טרנזיסטורים עם תעלת n לטרנזיסטורים עם תעלת p, שנדלקים ונכבים הפוך, כך שכמעט לא זורם זרם חוץ מברגע המיתוג. מעבד מודרני מכיל מיליארדי טרנזיסטורים על פיסת צורן דקה בגודל של ציפורן, והשער של כל אחד מהם באורך של עשרות ננומטרים. הם יכולים להחליף מצב מיליארדי פעמים בשנייה, כי שום דבר לא צריך לזוז חוץ מיריעה דקה של אלקטרונים.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
הסצנה מוגדלת במידה עצומה ואינה בקנה מידה. תחמוצת שער אמיתית עבה כמה ננומטרים, קומץ של אטומים, והתעלה דקה עוד יותר. האלקטרונים והחורים מצוירים במספר קטן בהרבה מזה שיש באמת.
הזרם מציית לחוק הריבועי הפשוט שמלמדים בספרי הלימוד; טרנזיסטורים אמיתיים סוטים ממנו בתעלות קצרות ובשדות חזקים, וזרם קטן דולף דרכם גם מתחת לסף. הנורה מטופלת כהתנגדות קבועה, אף שההתנגדות של חוט להט אמיתי עולה כשהוא מתחמם. הזרם הזעיר שטוען את השער כשהמתח שלו משתנה אינו מוצג: אחרי שהשער נטען, הוא לא צורך זרם בכלל.