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Transistores Visão Geral

 

 

O transistor foi inventado nos Laboratórios da Bell Telephone por Bardeen e Brattain em 1948, e inicialmente demonstrado em 23 de Dezembro23 de Dezembro de 1947 por John Bardeen,Walter Houser Brattain, e William Bradford Shockley, que ganharam o prêmio Nobel da Física em 1956. Na verdae, eles pretendiam fabricar um transístor de efeito de campo (FET) idealizado por Julius Edgar Lilienfeld antes de 1925, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contacto do transístor, isso evoluiu posteriormente para converter-se no transístor de junção bipolar (BJT). O objetivo do projeto era criar um dispositivo compacto e barato para substituir as válvulas termoiônicas muito utilizadas na epoca.

 

O transístor é considerado uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. É conveniente salientar que é praticamente impossível encontrarmos circuitos integrados que não possuam internamente centenas, milhares ou mesmo milhões de transístores, juntamente com outros componentes como resistências e capacitores.

 

Os materiais utilizados na fabricação do transístor são principalmente o Silício (Si), o Germânio (Ge), o Gálio (Ga) e alguns óxidos. Na natureza, o silício é um material isolante elétrico, devido à conformação das ligações eletrônicas de seus átomos, gerando uma rede eletrônica altamente estável. Atualmente, o transístor de germânio não é mais usado, tendo sido substituído pelo de silício, que possui características muito melhores.

 

O silício é purificado e passa por um processo que forma uma estrutura cristalina em seus átomos. O material é cortado em finos discos, que a seguir vão para um processo chamado de dopagem, onde são introduzidas quantidades rigorosamente controladas de materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta de elétrons) ou negativo (tenha excesso de elétrons). Se a impureza tiver um elétron a mais, um elétron fica sobrando na estrutura cristalina. Se tiver um elétron a menos, fica faltando um elétron, o que produz uma lacuna (que funciona como se fosse um buraco móvel na estrutura cristalina). Como resultado, temos ao fim do processo um semicondutor.

 

Basicamente, um transistor é constituído pela combinação de dois diodos de junção PN. Uma junção PN é polarizada diretamente e a outra inversamente. A união desses dois componentes poderá ser feita de duas formas: união através do material P, para produzir um transistor NPN e união através do material N, para produzir um transistor PNP.

 

 

 

 

 

 

Simbologia

 

 

 

 

 

Funcionamento de um transistor NPN

 

A junção emissor-base do transistor deve ser polarizada diretamente. A corrente circula do emissor para a base. Os elétrons provenientes da área do emissor que chegam à área da base, são solicitados por duas forças de atração: a primeira do terminal positivo da bateria do coletor e a outra do terminal do terminal, também positivo da bateria do emissor.

A tensão existente entre o emissor e a base possui tensão muito baixa, da ordem de 0,1 V enquanto a tensão entre base e coletor oferece um valor bem mais elevado, por exemplo 6 V. Com isso podemos notar que a grande maioria dos elétrons, cerca de 97%, ao entrar na área da base será atraída pela área de maior tensão, a área do coletor; apenas uma pequena parte não penetra na área da base e é atraída para o terminal positivo da bateria de polarização. Esses poucos elétrons fornecem a corrente de base, que possui um valor muito pequeno. Cada elétron que deixa o coletor deve ser substituído e essa substituição é feita pelo emissor que também deve ter seus elétrons substituídos, isso gera um fluxo contínuo de corrente.

 

 

Funcionamento de um transistor PNP

 

De forma similar ao transistor do tipo NPN, o transistor PNP tem a junção emissor-base polarizada diretamente, enquanto a junção base coletor é polarizada inversamente.

Os portadores majoritários no transistor PNP são lacunas. O elétrons do circuito externo passam para o coletor e daí para o emissor.

As lacunas que penetram na área da base, passam para o coletor onde serão preenchidas com elétron provenientes do terminal negativo da bateria de coletor.

Os elétrons que chegam ao emissor são atraídos para o terminal positivo da bateria de polarização. Cada elétron que passa do emissor para a bateria de polarização, deixa uma lacuna em seu lugar. Como ocorre no transistor NPN, podemos aplicar uma pequena tensão de sinal a fim de produzir um sinal amplificado na saída do coletor.

 

Ganho de um transístor