Visita Encydia-Wikilingue.com

Transistor

transistor - Wikilingue - Encydia

Diferentes encapsulados de transistores.
Malha de transistores.
Malha de transistores representando 0xA ou 10 em decimal.

O transistor é um dispositivo electrónico semiconductor que cumpre funções de amplificador , oscilador, interruptor ou rectificador. O termo "transistor" é a contracção em inglês de transfer resistor ("resistência de transferência"). Actualmente encontra-lhos praticamente em todos os aparelhos domésticos de uso diário: rádios, televisores, grabadoras, reprodutores de audio e video, fornos de microondas, lavadoras, automóveis, equipas de referigeração, alarmes, relógios de cuarzo, computadores, calculadoras, impressoras, lustres fluorescentes, equipas de raios X, tomógrafos, ecógrafos, reprodutores mp3, telefones móveis, etc.

Conteúdo

História

Artigo principal: História do transistor

O transistor bipolar foi inventado nos Laboratórios Bell de EE. UU. em dezembro de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley, quem foram galardoados com o Prêmio Nobel de Física em 1956 . Foi o substituto da válvula termoiónica de três eléctrodos, ou triodo.

Ao princípio usaram-se transistores bipolares e depois inventaram-se os denominados transistores de efeito de campo (FET). Nos últimos, a corrente entre a fonte e a perda (colector) controla-se usando um campo eléctrico (saída e perda (colector) menores). Por último, apareceu o MOSFET (transistor FET de tipo metal-óxido-semiconductor). Os MOSFET permitiram um desenho extremamente compacto, necessário para os circuitos altamente integrados (IC). Hoje a maioria dos circuitos constroem-se com a denominada tecnologia CMOS (semiconductor de óxido metálico complementar). A tecnologia CMOS é um desenho com dois diferentes MOSFET (MOSFET de canal n e p), que se complementam mutuamente e consomem muito pouca corrente em um funcionamento sem ónus.

O transistor consta de um sustrato (usualmente silício) e três partes dopadas artificialmente (contaminadas com materiais específicos em quantidades específicas) que formam duas uniões bipolares, o emissor que emite portadores, o colector que os recebe ou colecta e a terça, que está intercalada entre as duas primeiras, modula o passo de ditos portadores (base). A diferença das válvulas, o transistor é um dispositivo controlado por corrente e do que se obtém corrente amplificada. No desenho de circuitos aos transistores considera-se-lhes um elemento activo, a diferença dos resistores, capacitores e inductores que são elementos pasivos. Seu funcionamento só pode se explicar mediante mecânica cuántica.

De maneira simplificada, a corrente que circula pelo "colector" é função amplificada da que se injecta no "emissor", mas o transistor só gradúa a corrente que circula através de si mesmo, se desde uma fonte de corrente contínua se alimenta a "base" para que circule o ónus pelo "colector", segundo o tipo de circuito que se utilize. O factor de amplificación ou ganho conseguido entre corrente de base e corrente de colector, denomina-se Beta do transistor. Outros parámetros a ter em conta e que são particulares da cada tipo de transistor são: Tensões de ruptura de Colector Emissor, de Base Emissor, de Colector Base, Potência Máxima, disipación de calor, frequência de trabalho, e várias tabelas onde se grafican os diferentes parámetros tais como corrente de base, tensão Colector Emissor, tensão Baseie Emissor, corrente de Emissor, etc. Os três tipos de esquemas(configurações) básicos para utilização analógica dos transistores são emissor comum, colector comum e base comum.

Modelos posteriores ao transistor descrito, o transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) não utilizam a corrente que se injecta no terminal de base" para modular a corrente de emissor ou colector, senão a tensão presente ao terminal de porta ou grade de controle e gradúa a conductancia do canal entre os terminais de Fonte e Drenador. Deste modo, a corrente de saída no ónus conectado ao Drenador (D) será função amplificada da Tensão presente entre a Porta (Gate) e Fonte (Source). Seu funcionamento é análogo ao do triodo, com a salvedad que no triodo os equivalentes a Porta, Drenador e Fonte são Grade, Placa e Cátodo.

Os transistores de efeito de campo, são os que têm permitido a integração a grande escala que desfrutamos hoje em dia, para ter uma ideia aproximada podem se fabricar vários milhares de transistores interconectados por centímetro quadrado e em várias capas superpostas.

Tipos de transistor

Transistor de contacto pontual

Foi o primeiro transistor capaz de obter ganho, inventado em 1947 por J. Bardeen e W. Brattain. Consta de uma base de germanio sobre a que se apoiam, muito juntas, duas pontas metálicas que constituem o emissor e o colector. A corrente de base é capaz de modular a resistência que se "vê" no colector, daí o nome de "transfer resistor". Baseia-se em efeitos de superfície, pouco conhecidos em seu dia. É difícil de fabricar (as pontas ajustavam-se a mão), frágil (um golpe podia deslocar as pontas) e ruidoso. No entanto conviveu com o transistor de união (W. Shockley, 1948) devido a seu maior largo de banda. Na actualidade tem desaparecido.

Transistor de união bipolar

O transistor de união bipolar, ou BJT por suas siglas em inglês, fabrica-se basicamente sobre um monocristal de Germanio, Silício ou Arseniuro de Galio, que têm qualidades de semiconductores, estado intermediário entre condutores como os metais e os aislantes como o diamante. Sobre o sustrato de cristal, contaminam-se em forma muito controlada três zonas, duas das quais são do mesmo tipo, NPN ou PNP, ficando formadas duas uniões NP.

A zona N com elementos doadores de elétrons (ónus negativos) e a zona P de aceptadores ou "ocos" (ónus positivos). Normalmente utilizam-se como elementos aceptadores P ao Índio (In), Alumínio (A o) ou Galio (Ga) e doadores N ao Arsénico (As) ou Fósforo (P).

A configuração de uniões PN, dão como resultado transistores PNP ou NPN, onde a letra intermediária sempre corresponde à característica da base, e as outras duas ao emissor e ao colector que, conquanto são do mesmo tipo e de signo contrário à base, têm diferente contaminação entre elas (pelo geral, o emissor esta bem mais contaminado que o colector).

O mecanismo que representa o comportamento semiconductor dependerá de ditas contaminações, da geometria associada e do tipo de tecnologia de contaminação (difusão gasosa, epitaxial, etc.) e do comportamento cuántico da união.

Transistor de união unipolar

Também chamado de efeito de campo de união (JFET), foi o primeiro transistor de efeito de campo na prática. Forma-o uma barra de material semiconductor de silício de tipo N ou P. Nos terminais da barra estabelece-se um contacto óhmico, temos assim um transistor de efeito de campo tipo N da forma mais básica. Se difundem-se duas regiões P em uma barra de material N e ligam-se externamente entre si, produzir-se-á uma porta. A um destes contactos chamar-lhe-emos surtidor e ao outro drenador. Aplicando tensão positiva entre o drenador e o surtidor e ligando a porta ao surtidor, estabeleceremos uma corrente, à que chamaremos corrente de drenador com polarización zero. Com um potencial negativo de porta ao que chamamos tensão de estrangulamiento, cessa a condução no canal.

Transistor de efeito de campo

O transistor de efeito de campo, ou FET por suas siglas em inglês, que controla a corrente em função de uma tensão; têm alta impedancia primeiramente.

Fototransistor

Os fototransistores são sensíveis à radiación electromagnética em frequências próximas à da luz visível; devido a isto seu fluxo de corrente pode ser regulado por médio da luz incidente.

Transistores e electrónica de potência

Com o desenvolvimento tecnológico e evolução da electrónica, a capacidade dos dispositivos semiconductores para suportar a cada vez maiores níveis de tensão e corrente tem permitido seu uso em aplicações de potência. É bem como actualmente os transistores são empregues em conversores estáticos de potência, controles para motores e chaves de alta potência (principalmente investidores), ainda que seu principal uso está baseado na amplificación de corrente dentro de um circuito fechado.

O transistor como amplificador

O comportamento do transistor pode-se ver como dois diodos (Modelo de Ebers-Moll), um entre base e emissor, polarizado ao vivo e outro diodo entre base e colector, polarizado em inverso. Isto quer dizer que entre base e emissor teremos uma tensão igual à tensão directa de um diodo, isto é 0,6 a 0,8 V para um transistor de silício e uns 0,4 para o germanio.

Mas a graça do dispositivo é que no colector teremos uma corrente proporcional à corrente de base: IC = β IB, isto é, ganho de corrente quando β>1. Para transistores normais de sinal, β varia entre 100 e 300.

Então, existem três configurações para o amplificador:

Emissor comum

Emissor comum.

O sinal aplica-se à base do transistor e extrai-se pelo colector. O emissor liga-se às massas tanto do sinal primeiramente como à de saída. Nesta configuração tem-se ganho tanto de tensão como de corrente e alta impedancia primeiramente. Em caso de ter resistência de emissor, RE > 50 Ω, e para frequências baixas, o ganho em tensão aproxima-se bastante bem pela seguinte expressão: G_V = -\frac {R_C}{R_E} ; e a impedancia de saída, por RC

Como a base está ligada ao emissor por um diodo ao vivo, entre eles podemos supor uma tensão constante, Vg. Também suporemos que β é constante. Então temos que a tensão de emissor é: V_E = V_B - V_g

E a corrente de emissor: I_E = \frac {V_E}{R_E} = \frac {V_B - V_g}{R_E}.

A corrente de emissor tanto faz à de colector mais a de base: I_E = I_C + I_B = I_B (\beta + 1) = I_C (1 + \frac {1}{\beta}). Despejando I_C = \frac {I_E}{1 + \frac {1}{\beta}}

A tensão de saída, que é a de colector se calcula como: V_C = Vcc - I_C R_C = Vcc - R_C \frac {I_E}{1 + \frac {1}{\beta}}

Como β >> 1, se pode aproximar: 1 + \frac {1}{\beta} = 1 e, então, V_C = Vcc - R_C I_E = Vcc - R_C \frac {V_B - V_g}{R_E}

Que podemos escrever como V_C = (Vcc + R_C \frac {V_g}{R_E})- R_C \frac {V_B}{R_E}

Vemos que a parte (Vcc + R_C \frac {V_g}{R_E}) é constante (não depende do sinal primeiramente), e a parte - V_B \frac {R_C}{R_E} nos dá o sinal de saída. O signo negativo indica que o sinal de saída está defasada 180º com respeito à primeiramente.

Finalmente, o ganho fica: G_V =\frac {V_C}{V_B} =- \frac {R_C}{R_E}

A corrente primeiramente, I_B = \frac {I_E}{1+\beta}, que aproximamos por .. I_B = \frac {I_E}{\beta}=\frac {V_E}{R_E \beta}=\frac {V_B - V_g}{R_E \beta}

Supondo que VB>>Vg, podemos escrever:I_B = \frac {V_B}{R_E \beta}

e a impedancia primeiramente: Z_{in} = \frac {V_B}{I_B}=\frac {V_B}{\frac {V_B}{R_E \beta}}=R_E \beta

Para ter em conta a influência de frequência devem-se utilizar modelos de transistor mais elaborados. É muito frequente usar o modelo em pi.

Base comum

Base comum.

O sinal aplica-se ao emissor do transistor e extrai-se pelo colector. a base liga-se às massas tanto do sinal primeiramente como à de saída. Nesta configuração tem-se ganho só de tensão. A impedancia primeiramente é baixa e o ganho de corrente algo menor que um, como parte da corrente de emissor sai pela base. Se acrescentamos uma resistência de emissor, que pode ser a própria impedancia de saída da fonte de sinal, uma análise similar ao realizado no caso de emissor comum, nos dá o ganho aproximado seguinte: G_V=\frac {R_C}{R_E}.

A base comum costuma-se utilizar para adaptar fontes de sinal de baixa impedancia de saída como, por exemplo, microfones dinâmicos.

Colector comum

Colector comum.

O sinal aplica-se à base do transistor e extrai-se pelo emissor. O colector liga-se às massas tanto do sinal primeiramente como à de saída. Nesta configuração tem-se ganho de corrente, mas não de tensão que é ligeiramente inferior à unidade. Esta configuração multiplica a impedancia de saída por 1/β.

O transistor em frente à válvula termoiónica

Veja-se também: Válvula termoiónica

Dantes do aparecimento do transistor os engenheiros utilizavam elementos activos chamados válvulas termoiónicas. As válvulas têm características eléctricas similares à dos transistores de efeito de campo (FET): a corrente que os atravessa depende da tensão no borne de comando, chamado grade. As razões pelas que o transistor substituiu à válvula termoiónica são várias:

Como exemplo de todos estes inconvenientes se pode citar ao primeiro computador digital, telefonema ENIAC. Era uma equipa que pesava mais de trinta toneladas e consumia 200 kilovatios, suficientes para alimentar uma pequena cidade. Tinha ao redor de 18.000 válvulas, das quais algumas se queimavam a cada dia, precisando uma logística e uma organização importantes.

Quando o transistor bipolar foi inventado em 1947, foi considerado uma revolução. Pequeno, rápido, fiável, pouco caro, sobrio em suas necessidades de energia, substituiu progressivamente à válvula termoiónica durante a década de 1950, mas não do tudo. Efectivamente, durante os anos 1960, alguns fabricantes seguiram utilizando válvulas termoiónicas em equipas de rádio de faixa alta, como Collins e Drake; logo o transistor deslocou à válvula dos transmissores mas não do tudo dos amplificadores de radiofrequência. Outros fabricantes, de equipa de audio desta vez, como Fender, seguiram utilizando válvulas em amplificadores de audio para guitarras. As razões da sobrevivência das válvulas termoiónicas são várias:

Veja-se também

Enlaces externos

pnb:ٹرانزسٹر

Obtido de http://ks312095.kimsufi.com../../../../articles/a/t/e/Ate%C3%ADsmo.html"
Your Ad Here