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O que é um transistor e como funciona

O transistor é o  componente eletrônico que mais revolucionou a tecnologia nos últimos tempos, então se você quer saber o que é um transistor e como ele funciona este artigo é para você e está imperdível.

Então pegue o café e vamos começar!

 

Um pouco da história e seu antecessor – A válvula

Válvulas eletrônicas

As antigas válvulas, que surgiram já no final do século XIX, foram os dispositivos percussores do transistor e funcionavam com base no efeito termiônico.

Também conhecidas como válvulas à vácuo, eram muito utilizadas para cumprir as mesmas tarefas agora desempenhas pelo transistor, ainda que com desempenho muito inferior.

As válvulas eletrônicas de três eletrodos, conhecidas também como tríodo, foram elementos fundamentais para o desenvolvimento da eletrônica nas primeiras décadas do século XX.

A criação da válvula eletrônica possibilitou avanços nas áreas da telefonia, radiodifusão, transmissão televisiva e no princípio do desenvolvimento de computadores, etc.

Todavia com o surgimento do transistor as válvulas caíram em desuso, devido suas enormes desvantagens, pois eram enormes em comparação aos mesmos, precisavam de transformadores maiores e pesados, perdiam muita energia em forma de calor, eram mais frágeis e precisavam de tensões maiores para trabalhar, dentre outras.

Resumindo, colocar uma válvula eletrônica para competir com o então inovador transistor seria como colocar um fusca para disputar uma corrida com uma Ferrari. Porem ainda existem aplicações para o uso de válvulas em que o transistor não a substituiu como é o caso de alguns amplificadores de som.

Origens do Transistor

Nas dependências dos laboratórios Bell, de 17 de novembro a 23 de dezembro de 1947, os físicos John Bardeen e Walter Houser Brattain conduziram experimentos com o uso de pontos de ouro e cristais de germânio que se mostraram promissores na elevação da potência, dando o pontapé inicial no desenvolvimento do transistor.

O transistor foi batizado com esse nome pelo engenheiro americano John R. Pierce com base em dois dispositivos semicondutores já conhecidos no momento, o termistor e o varistor e também devido a suas propriedades de regulação da resistência. Devido aos seus estudos, pesquisas e descobertas relevantes no campo dos semicondutores, John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain foram galardoados com o Nobel de Física de 1956.

Aplicações de circuitos transistorizados

Os transistores podem operar basicamente como amplificadores de sinais e como chave. Falarei um pouco sobre estes modos de operação.

Transistor como amplificador: Como o próprio nome já diz ele será capaz de amplificar um sinal de baixa amplitude. Muito utilizado em sistemas de som e amplificação de sinais captados de sensores, transdutores etc.

Transistor como chave: Essa é uma aplicação muito interessante pois através do uso dos transistores como chave podemos por exemplo acionar cargas de potencia maior que um sinal vindo de um microcontrolador não seria capaz de fornecer potencia suficiente para fazer este acionamento.

Outra aplicação interessante do transistor como chave é o uso em circuitos de alta frequência (ligando e desligando muito rapidamente). Essa técnica é usada em circuitos PWM (Pulse With Modulation – Modulação por Largura de Pulso)

Conceito

O transistor ou transístor, é um dispositivo eletrônico semicondutor geralmente dotado de três terminais (emissor, base e coletor), muito utilizado tanto na eletrônica digital como na analógica, e que trabalha com a transformação de sinais, ou seja, recebe um certo sinal de entrada e entrega um sinal de saída distinto.

O nome transistor deriva dos termos em inglês transfer resistor, em português: resistor de transferência.

Simbolo

Existem vários tipos de transistor e cada um adota um símbolo próprio. Abaixo mostramos o símbolo do Transistor Bipolar de Junção, que é o mais usado atualmente, nas suas duas versões:

transistor - imagem do componente e simbologia npn e pnp
transistor – componente e simbologia npn e pnp

Funcionamento

O funcionamento do transistor deve levar em consideração os tipos existentes (existem vários), e nem todos funcionam do mesmo modo, pois eles só têm em comum o fato de serem semicondutores.

Portanto o que está explicitado abaixo não se aplica a todos transistores em todos os detalhes, mais adiante trataremos dos tipos de transistores existentes, a explicação do funcionamento que daremos abaixo se refere ao BJT, que é o tipo mais comum de transistor, usado em maior escala.

Os transistores podem ser fabricados de forma individual, bem como, aos milhões dentro dos circuitos integrados.

Os transistores são fabricados em material semicondutor (a maioria das vezes silício puro ou germânio), ou seja, um tipo de material que não é um isolante nem um bom condutor.

Este material está divido em três partes: uma parte positiva entre duas negativas (NPN) ou o contrário, uma parte negativa entre duas positivas (PNP).

Essas três partes consistem em emissor (que emite elétrons), coletor (que coleta elétrons) e base (que regula a passagem de tais elétrons entre emissor e coletor).

Aplicando uma corrente ou tensão elétrica entre dois terminais (base e emissor) e permite a regulagem do fluxo de corrente que circula entre dois terminas (emissor e coletor), provocando uma amplificação do sinal de entrada. Sendo que o sinal base-emissor costuma ser bem menor comparando-o com o sinal emissor-coletor que está amplificado.

O transistor pode operar como amplificador, oscilador, retificador, comutador e interruptor eletrônico, ou seja, um dispositivo muito versátil

 

Transistores PNP e NPN

Os transistores PNP e NPN são mais voltados à amplificação da corrente, também conhecidos como transistores de junção bipolar, ambos trabalham de forma semelhante, ou seja, uma corrente aplicada a base possibilita uma corrente amplificada no emissor e coletor.

A única diferença entre eles consiste na forma como a corrente percorre seus terminais para que haja uma amplificação ou comutação. Dado que possuem características construtivas distintas, para que funcionem, a tensão e corrente precisam percorre-los de acordo com elas. Vejamos mais detalhes sobre ambos:

NPN –(coletor negativo, base positiva, emissor negativo). Esse transistor recebe tensão positiva nos terminais coletor e base fazendo com que uma corrente percorra a base, fazendo-o entrar em operação. A corrente a ser amplificada passa no sentido do coletor ao emissor.

Simbologia e estrutura npn do transistor
Estrutura do transistor npn

 

PNP – (coletor positivo, base negativa, emissor positivo). Esse transistor recebe tensão positiva no terminal emissor e negativa (ou simplesmente menor que a do emissor) no terminal base. Sua corrente flui para fora da base deixando a mesma com tensão mais negativa ou menor que a do emissor. A corrente a ser amplificada passa no sentido do emissor ao coletor.

Simbologia e estrutura pnp do transistor
Estrutura do transistor pnp

Modos de operação

Os transistores funcionam de três maneiras diversas conforme as funções que cumprirão no circuito:

Corte: Nesse modo o transistor atua como um interruptor aberto, por não circular corrente através da base fazendo com que também não haja corrente entre coletor e emissor.

Saturação: Esse modo de operação ocorre quando a corrente que circula pela base está no nível máximo, fazendo com que o transistor, entre coletor e emissor,se comporte como um interruptor fechado.

Ativa: Nesse modo de operação o transistor funciona como um amplificador, regulando o sinal coletor-emissor através passagem da corrente pela base.

Configuração

Como todo circuito, a estrutura interna de um transistor precisa de quatro terminais, dois de entrada e dois de saída, mas, devido a suas características construtivas admitirem apenas três terminais, se torna necessário estabelecer padrões de configuração que adotem um terminal em comum para entrada e saída do circuito. Existem três tipos de configurações:

Com emissor comum – O sinal é aplicado a base do transistor e sai pelo coletor, já o emissor fica sujeito aos sinais de entrada e saída. Essa configuração apresenta ganhos tanto em termos de tensão como de corrente, além de impedância de entrada alta.

Com base comum – O sinal é aplicado ao emissor do dispositivo saindo pelo coletor, já a base está sujeita aos sinais entrada e saída. Esse tipo de configuração apresenta ganho apenas de tensão, corrente menor que um e baixa impedância de entrada.

Com coletor comum – O sinal é aplicado a base do transistor, saindo pelo emissor. O coletor está sujeito aos sinais de entrada e saída. Este tipo de configuração apresenta ganho de corrente, tensão menor que um, além de multiplicar a impedância de saída por 1/β.

Tipos de transistores

Os transistores são dispositivos fabricados em diversos tipos, mas podem ser divididos basicamente em dois mais conhecidos: transistores bipolares de junção (BJT – Bipolar Junction Transistor) e transistores de efeito de campo (FET – Field Effect Transitor).

Logo abaixo temos informações básicas de alguns tipos de transistores:

Transistor de ponto de contato – Também conhecido como disjuntor de contato pontual, este tipo foi o inventado em 1947 por John Bardeen e Walter Brattain. O mesmo foi o primeiro tipo de transistor a lograr ganho, sendo constituído de uma base de Germânio apoiada por dois pontos metálicos (emissor e coletor). Devido a ser de difícil fabricação, apresentar fragilidade e fazer ruídos, o mesmo não é mais produzido hoje em dia.

Transistor unipolar – Conhecido como FET (Field Effect Transitor), este dispositivo funciona por meio de um campo elétrico na junção, sendo controlado de acordo com tensão aplicada no seu terminal gate, que funciona mais ou menos como a base no TBJ; ainda conta com o terminal source, que tem função de emissor e terminal drain que funciona como um coletor. Sendo unipolar o FET só funciona conduzindo um tipo de carga de cada vez, não conta com junções PN para definir o tipo de carga a ser conduzida, mas apenas um canal semicondutor entre o source e o drain. Existem três tipos principais de FET: o JFET, o MOSFET e o MISFET.

Transistor de junção bipolar –É o tipo de transistor cujo funcionamento foi tratado anteriormente. Também conhecido como transistor de união bipolar (BJT) é produzido basicamente com materiais semicondutores de monocristal de Germânio, Silício ou Arsenieto de Gálio. De acordo com o funcionamento é dividido basicamente em dois tipos distintos: PNP e NPN (mais usado).

Fototransistor – Nesses dispositivos a corrente pode ser controlada pela luz incidente, devido a sua sensibilidade a radiação eletromagnética com frequências próximas a da luz. Este tipo de transistor pode atuar como transistor normal, com corrente na base, e como fototransistor com a luz fazendo a tarefa da corrente de base.

Na prática não conseguimos identificar o tipo de transistor somente olhando para ele.

Isso ocorre porque um involucro pode ser usado para vários tipos de componentes, inclusive outros que possuem três terminais e não são transistores, como é o caso do SCR e Triac por exemplo.

Para reconhecer qual o tipo de um transistor é necessário olhar o código dele e pesquisar pelo datasheet do mesmo.

Fique atento a isso.

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