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História da Eletrônica: Transistores


O transistor é um dispositivo semicondutor com três terminais para a conexão

elétrica. A origem do nome é do inglês transfer resistor (resistor de transferência)

que possui inúmeras aplicações dependendo de algumas características.


Um dispositivo semicondutor é um componente eletrônico, geralmente

composto por Silício ou Germânio, que tem como principal característica a

condutividade elétrica intermediária entre materiais condutores (Cobre, Prata etc.) e

materiais isolantes (Vidro, plástico etc.), além de ser sensível a condições ambientais como

temperatura e estado elétrico (por exemplo, a polarização).


Imagem de um transistor. UFRJ Nautilus
Imagem de um transistor.

Esse tipo de tecnologia já era conhecido desde o início do século XX com a invenção do triodo termiônico com um tubo a vácuo. Porém, o triodo tem limitações por ser frágil (devido ao corpo ser feito de vidro) e possuía um consumo elevado de energia. Com isso, foram criadas alternativas como os relés e as válvulas que melhoravam o desempenho em relação às componentes anteriores, mas ainda com várias limitações.


O divisor de águas foi no pós Segunda Guerra Mundial quando a necessidade maior era no setor de comunicação e informática. Nessa época, começaram a fazer experimentos resultando na amplificação na potência de sinais, posteriormente sendo desenvolvido o que conhecemos como transistor e se popularizando nos anos 60.


Tipos de Transistores


Existem vários tipos de transistores, principalmente aqueles que estão associados a circuitos integrados e chips. No entanto, também existem aqueles de uso prático e os principais são:

  • BJT (Transistor de junção bipolar)

Existem dois tipos de transistores BJT, o PNP e o NPN. A região P (Positivo) o silício é dopado por um elemento com 3 elétrons na camada de valência (geralmente, o Boro) e na região N (Negativo), é dopado por um elemento com 5 elétrons na camada de valência (geralmente, o fósforo). Ele possui três terminais: Coletor (C), Emissor (E) e Base (B).


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Esse tipo de transistor possui duas aplicações:


Chaveamento: O transistor funciona como um circuito aberto e curto circuito. Para a condição de circuito aberto, o transistor entra na região de corte, região em que não é permitida a passagem de corrente que entra no coletor e sai no emissor. Somente quando tem passagem de corrente na base, aparece uma tensão alta entre ela e o emissor, quebrando a barreira de potencial criada entre eles, que entra num estado de saturação (a saturação ocorre quando o coletor recebe uma corrente alta), atuando como um curto circuito.


Isso se aplica ao tipo NPN, se for do tipo PNP, a saturação ocorre quando não há a corrente na base e o corte quando tem a corrente.


Na UFRJ Nautilus, teremos dois exemplos do uso do chaveamento, uma delas é no acionamento de uma válvula pneumática no acionamento do torpedo e a outra é no acionamento de um eletroímã que aciona o sistema soltador de bolinhas. Em ambos os casos, a base recebe um sinal digital proveniente de um chip ATMega.


Amplificador: Entre a região de corte e saturação, existe a região de amplificação, também conhecida como modo ativo que tem como principal característica o ganho de corrente, que possui a relação corrente da base / corrente do coletor. Para conseguir essa aplicação, é necessária a adição de resistores no circuito para que a tensão entre o coletor e o emissor seja menor que a de saturação.

  • UJT (Transistor de unijunção)

Os terminais são Emissor, Base 1 e Base 2. A placa de silício é dopada com impureza do tipo N (explicada anteriormente). Além disso, existe uma junção PN formada na fronteira entre o terminal Emissor e placa de Silício.


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Assim como no BJT, ele tem algumas aplicações:


Circuitos osciladores: Uma tensão é aplicada no circuito, o capacitor, ligado ao emissor, é carregado. Quando ele atinge o valor de disparo do emissor, o capacitor descarrega no transistor, saindo pela Base 1. Depois todo o ciclo é repetido.


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Gerador de sinal Dente de serra: é um circuito derivado do oscilador, estando mais ligado a relação corrente de alimentação e a capacitância do capacitor. Nesse caso, a corrente, necessariamente, precisa ser constante, para o capacitor ser carregado de forma linear e com descarregamento mais rápido tendendo a ser instantâneo. O circuito é basicamente com a mesma montagem.

  • FET (Transistor de Efeito de Campo)

Funciona através de um campo elétrico na junção. Tem como principal característica uma elevada impedância podendo, em alguns casos, substituir um transformador de corrente. Esse tipo possui 3 terminais: Porta (G), Fonte (S) e Dreno (D).


São dois tipos:


MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect (transistor de efeito de campo de óxido de metal semicondutor). Ele é composto de um canal de material semicondutor (silício ou germânio) com dopagem do tipo P ou N e os terminais de silício policristalino.


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JFET: Junção FET usa materiais portadores de carga perpendicularmente e em contato direto com seu canal para que se possa controlar a passagem de corrente elétrica, podendo ser dopada com o tipo P ou tipo N.


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O FET possui as mesmas aplicações que o BJT, porém, em relação à amplificação, o FET amplifica o sinal de tensão e não de corrente, devido ao seu funcionamento ser através de campo elétrico. É mais comum o uso do MOSFET por possuir um ganho maior.


Os transistores do tipo FET também têm a versatilidade em ser polarizados de várias formas diferentes dependendo da aplicação.

  • Transistor Darlington

Combinação entre dois ou mais transistores bipolares em um chip. Foi o início da criação do que viria a ser os circuitos integrados. É útil em relação ao espaço ocupado pelos transistores e também é possível conseguir um maior ganho de corrente. É muito útil para circuitos onde se deseja um controle de corrente alta com baixa frequência.


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A partir dessa composição, foram surgindo os primeiros CIs (Circuitos integrados) com inúmeras aplicações como chip de computadores, microcontroladores, entre outros.


Curiosidades:

  • Dois mil transistores de 45 nanômetros cabem na espessura de um fio de cabelo.

  • Um transistor de 45 nanômetros pode mudar de estado (ligado e desligado) cerca de 300 bilhões de vezes por segundo.

  • Os chips dos processadores mais modernos podem contar até 30 bilhões de transistores.


Escrito por Lucas Alexandre.

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