O transístor surgiu em 1947 pelas mãos de John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley, físicos norte-americanos, que através de algumas experiências concluíram que quando dois pontos de ouro eram aplicados a um cristal de germânio, um sinal era produzido com uma potência de saída maior do que a de entrada. Esta descoberta feita nos Bell Telephone Laboratories (Bell Labs) valeu-lhes o Prémio Nobel da Física, em 1956, por terem inventado um dispositivo semicondutor que amplificava ou atenuava a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrónicos.
John Bardeen e Walter Brattain criaram este transístor de ponto de contacto, o primeiro transístor funcional que utiliza dois pontos de contacto para criar a junção necessária para amplificar um sinal, e William Shockley desenvolveu a teoria para o transístor de junção bipolar (mais próximo do transístor moderno) criando as bases para a sua construção em larga escala e com uma aplicação prática do transístor em circuitos eletrónicos.
Conseguimos imaginar o impacto desta descoberta até porque permitiu reduzir o tamanho dos circuitos eletrónicos e aumentar a sua eficiência com a redução do consumo energético. E por conseguinte, estavam criadas as condições para a evolução dos computadores, sistemas de comunicação e tecnologia mais pequena como os microchips, a base dos dispositivos eletrónicos atuais. Não há dúvidas que o transístor revolucionou o campo da eletrónica e abriu caminho para os rádios, calculadoras e computadores mais pequenos e mais baratos que temos atualmente.
Controlo da corrente elétrica
Os transístores têm duas funções principais: amplificar a corrente elétrica ou controlar a mesma. Os transístores quando amplificam a corrente elétrica são alimentados na entrada por uma baixa corrente elétrica, depois amplificam-na e produzem uma corrente elétrica de saída com maior intensidade. Temos como exemplo, o microfone em que o som captado produz uma corrente elétrica de baixa intensidade, que depois passa por um conjunto de transístores e que, posteriormente produz um sinal elétrico mais intenso capaz de acionar os altifalantes de uma caixa de som.
Os transístores também podem funcionar como interruptores, ligando ou desligando a corrente elétrica num circuito, podendo fazer isto biliões de vezes por segundo. E foi isto mesmo que tornou os transístores nos componentes básicos de todos os chips eletrónicos como os que temos atualmente nos nossos computadores. Neste caso, os chips funcionam com uma linguagem bastante simples, o código binário, que significa que são capazes de traduzir um extenso código formado pelos dígitos 0 e 1 em letras, palavras e imagens. Estes dígitos (0 e 1) são denominados bits e são implementados pelos transístores. Na prática quando um transístor está ligado em alta corrente, o computador lê o bit 0, e quando está desligado (baixa corrente) o computador atribui-lhe o bit 1.
Este tema já foi abordado em artigos publicados na revista “robótica”. Tenha acesso a todos artigos de forma gratuita, para tal só tem que efetuar a Assinatura Digital e terá acesso a todas as edições.
Como construir circuitos eletrónicos completos
Atualmente, a maioria dos transístores é produzida em circuitos integrados (microchips ou chips), juntamente com díodos, resistores, capacitores e outros componentes eletrónicos, que permitem construir circuitos eletrónicos completos.
Este dispositivo, geralmente feito de silício ou germânio, é composto por material semicondutor com pelo menos três terminais para a ligação a um circuito externo. Uma tensão ou corrente aplicada a um par de terminais do transístor controla a corrente através de outro par de terminais mas como a potência controlada (saída) pode ser maior do que a potência de controlo (entrada), o transístor pode amplificar um sinal.
Os transístores geralmente estão embutidos em circuitos integrados, e por isso são blocos fundamentais na construção de todos os dispositivos eletrónicos modernos, como chips de computadores e smartphones.
O princípio de funcionamento básico de um transístor passa por permitir que passe corrente por um resistor na sua base, que o irá proteger de correntes e tensões de surto. Estes são geralmente aplicados nos circuitos eletrónicos, mas também podem ser aplicados como amplificadores de um sinal de tensão.
Tipos de transístor
Existem vários tipos de transístores, com variações na sua aplicação e caraterísticas de trabalho, e alguns são utilizados por exemplo, como uma simples chave ou amplificador. Os principais são estes:
1. Transístor de Efeito de Campo (FETs)
São dispositivos semicondutores que ampliam sinais elétricos ou utilizam-nos para comutar entre “ligado” e “desligado”. A sua principal caraterística passa pelo controlo do fluxo de corrente através de um campo elétrico e não através de uma corrente, ao contrário dos transístores bipolares, o que lhes garante uma maior eficiência energética e controlo dos sinais.
São componentes fundamentais e muito presentes na eletrónica moderna porque permitem a construção de circuitos integrados e dispositivos eletrónicos rápidos e eficientes.
Os FETs possuem três terminais principais:
- Fonte / Source: onde a corrente entra,
- Dreno / Drain: onde a corrente sai,
- Porta / Gate: controla o fluxo de corrente entre a Fonte e o Dreno.
2. Transístor Bipolar de Junção
Com o tempo, os FETs tornaram-se mais populares mas a verdade é que os transístores bipolares (BJT – Bipolar Junction Transistor) têm um papel muito importante, sobretudo nos circuitos de amplificação e em algumas aplicações analógicas.
Estes são dispositivos semicondutores com duas junções entre três regiões de material semicondutor:
- Emissor / Emitter: onde a corrente elétrica entra no transístor,
- Base / Base: controla a corrente que passa entre o emissor e o coletor. Esta Base fina é o local onde o transístor é “ligado” ou “desligado”,
- Coletor / Collector: onde a corrente elétrica sai do transístor.
A operação básica de um transístor bipolar é baseada na corrente, com o transístor a ampliar a corrente elétrica através de um processo em que a corrente na Base controla a corrente entre o Emissor e o Coletor.
E dentro dos bipolares, dependendo da configuração das regiões podemos ter os NPN (a corrente flui do coletor para o emissor, com a Base como ponto de controlo entre estas duas regiões) e o PNP (a corrente flui na direção oposta, do Emissor para o Coletor).
Onde são mais utilizados
Há uma variedade de aplicações eletrónicas onde são mais utilizados, sobretudo pela sua capacidade ímpar de ampliar sinais, controlar corrente e comutar circuitos:
- Amplificação de sinais: circuitos amplificadores de sinais elétricos, sinais de áudio, vídeo e dados, como amplificadores de áudio, amplificadores de RF, amplificadores operacionais e outros circuitos de amplificação.
- Comutação eletrónica: controlam o fluxo de corrente num circuito e circuitos de comutação, como relés de estado sólido, interruptores e circuitos de lógica digital.
- Regulação de tensão: para manter uma tensão de saída constante independentemente das variações na tensão de entrada ou na carga (fontes de alimentação reguladas, carregadores de bateria, reguladores de tensão de linha, entre outros).
- Oscilação de frequência: circuitos que geram sinais de frequência específica, como ondas senoidais, quadradas ou triangulares. São usados em osciladores de áudio, osciladores de RF, geradores de sinal e circuitos de temporização.
- Controlo de motores: para controlar a velocidade e direção de motores elétricos numa variedade de aplicações (ventiladores, bombas, motores de automóveis e robótica). Circuitos de controlo de motor PWM (Modulação por Largura de Pulso) são comuns em sistemas de controle de motores.
- Sensores e deteção: circuitos de deteção para converter mudanças em grandezas físicas, como luz, temperatura ou pressão, em sinais elétricos (sensores de temperatura, sensores de pressão e outras aplicações).
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