Transistor. O transistor é um componente de circuito elétrico. Seu nome vem do termo transfer resistor, ou seja, resistor de transferência.

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1 Transistor

2 Transistor O transistor é um componente de circuito elétrico. Seu nome vem do termo transfer resistor, ou seja, resistor de transferência. Tornou-se popular nos anos de Foi o grande responsável pela revolução da eletrônica.

3 Transistor Suas principais funções são: - aumentar tensão (amplificar sinal); - e chavear os sinais elétricos.

4 Histórico O computador eletrônico começou usando válvulas. O foco das pesquisas da época era substituir as válvulas, principalmente devido: - ao seu tamanho; - ao seu consumo alto de energia (válvulas = lâmpadas incandescentes).

5 Histórico Era necessário que as válvulas fossem substituídas por um novo componente menor e mais barato. As demanda de pesquisas para fins militares ficavam cada vez mais complexas e demandavam que os computadores tivessem seu tamanho reduzido e pudessem trabalhar em frequências maiores. As válvulas não eram capazes disso, levando os cientistas a procurarem outros componentes.

6 Histórico O transistor surgiu no ano de Três cientistas norte-americanos (Prêmio Nobel de Física em 1956), da Bell Telephone, descobriram um cristal de semicondutores e através dele apresentaram dois tipos de junções. Os cientistas perceberam que ele tinha a capacidade de fazer amplificações parecidas com as obtidas com a válvula de triodo. Assim, descobriram um novo componente: o transistor. Sua aplicação foi de extrema vantagem pois o custo de fabricação era imensamente menor e consumia bem menos energia que as válvulas.

7 Funcionalidade O transistor possui três terminais. Um dos terminais (da ponta) recebe a tensão elétrica. O outro (outra ponta) envia o sinal amplificado. O terminal do meio é o responsável pelo controle desse processo, pois a corrente elétrica entra e sai pelos outros dois terminais somente quando é aplicada tensão elétrica ao terminal do meio.

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10 Funcionalidade Quando uma determinada tensão (ddp) é aplicada ao terminal central do transistor, ele permite que a corrente elétrica circule pelos outros dois terminais. A quantidade de tensão aplicada ao terminal do meio (ou terminal de controle) determina qual será a intensidade da corrente que sairá pelo terminal de saída.

11 Funcionalidade Se nenhuma tensão for aplicada ao terminal de controle (equivalente à torneira fechada), não há circulação de corrente elétrica, o que confere ao transistor duas propriedades: - amplificação de sinal elétrico; - e controle do fluxo da corrente, como um botão on/off (liga/desliga).

12 Funcionalidade Exemplo: Vamos fazer analogia com a rede de canos que há em uam casa. Ela possui diversas torneiras, e diversos canos adicionais saindo de cada torneira. Na casa há um registro geral, que fecha a água e não permite que ela passe para nenhum dos canos ligados a ele.

13 Funcionalidade Exemplo: No banheiro há um registro específico para o chuveiro e a descarga. A torneira da pia só está sujeita ao registro geral. Assim, se fecharmos o registro presente no banheiro, não será possível tomar banho, nem dar a descarga, mas as torneiras continuarão tendo fluxo de água no resto da casa.

14 Funcionalidade Exemplo: Assim, os transistores são agrupados nos circuitos integrados de forma similar à rede de canos de água de uma casa, ou seja, eles controlam o fluxo de energia que passa no circuito.

15 Funcionalidade Quando os cientistas perceberam que poderiam utilizar os transistores em cascata, ou seja, uns controlando outros, estava dado o início aos primórdios da computação moderna. Começou então a revolução que, na década de 1960, fez com que os computadores começassem a ter seu tamanho reduzido, possibilitando levar os computadores às casas das pessoas.

16 Funcionalidade O maior beneficio com a invenção dos transistores foi a concretização do processador, que atualmente conta com bilhões de transistores ligados entre si, formando circuitos capazes de fazer cálculos simples ou extremamente complexos.

17 Válvula X Transistor Transistores não têm partes móveis, o que facilita sua miniaturização. Este fato também permite que o transistor seja muito mais rápido, podendo ter sua corrente elétrica interrompida e restabelecida 1 bilhão de vezes em apenas um segundo.

18 Tipos de Transistor Existem diferentes tipos de transístores: - o transístor bipolar; - e o transístor unipolar ou FET.

19 Tipos de Transistor O FET tem diferentes variantes: - o JFET (Junction Field Effect Transístor); - o mosfet (Metal Oxid Semiconductor Function Effect Transistor ); - o Nmosfet (tipo n); - e o Pmosfet (tipo p).

20 Tipos de Transistor O transístor bipolar ou BJT (Bipolar Junction Transístor) é o mais utilizado,. Foi o primeiro a ser fabricado. É constituído por duas junções PN (Positivo-Negativo) ligadas entre si, podendo obter-se duas configurações diferentes: - NPN (NP + PN); - PNP (PN + NP).

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23 Tipos de Transistor Destas junções resultam três zonas de condução, às quais foram dados os nomes de: - Coletor (C); - Base (B); - e Emissor (E).

24 Tipos de Transistor A Base é a região intermédia. O Coletor e o Emissor ficam nos extremos. O Emissor difere do Coletor por ter mais impurezas do que este. O transístor bipolar fica, portanto, com duas junções designadas por Coletor- Base e Base-Emissor.

25 Tipos de Transistor Estas duas configurações (NPN e PNP) têm princípios de funcionamento semelhantes, mas com tensões aplicadas simétricas entre si. Assim, cada transístor NPN pode ter um transístor PNP equivalente ou complementar.

26 Tipos de Transistor O transístor (NPN ou PNP) apresenta exteriormente três terminais que estão ligadas internamente a cada uma das três zonas de condução do transístor. O datasheet ou folha de dados de cada transístor indica quais são os terminais de cada transístor.

27 Tipos de Transistor Como amplificador, de sinal ou de potência, o transístor pode ser ligado em três configurações diferentes: - amplificador em Emissor Comum; - em Coletor Comum; - e em Base Comum.

28 Tipos de Transistor Na configuração em Emissor Comum, que é a mais utilizada, o transístor funciona como amplificador de sinal (ou de tensão). Aplica-se um dado sinal, geralmente fraco, na Base do transístor, obtendo-se um sinal amplificado no coletor

29 Tipos de Transistor Na configuração em Coletor Comum, aplica-se um sinal na Base do transístor e retira-se o sinal de saída no Emissor, aplicando-o à carga. Exemplo: O sinal que entra em um microfone, que é fraco (da ordem dos microwatts ou miliwatts), é geralmente amplificado por amplificador em Emissor Comum (de modo a obter alguns volts) que vai alimentar um amplificador em Coletor Comum, ligando-se ao altofalante.

30 Tipos de Transistor Nesta situação, temos uma cascata constituída por dois amplificadores: - um em Emissor Comum, para aumentar a tensão; - e outro em Coletor Comum, para fornecer correntes elevadas à carga.

31 Exemplos de Uso O primeiro processador de 8 bits (Intel 8008): - Ano de lançamento: 1972; - Tecnologia: PMOS; - Frequência de 0,2 MHz; - Transistores: transistores; - Tamanho: 10 um ou nm; - Tensão de trabalho: 5 V.

32 Exemplos de Uso A Intel lançou o primeiro processador de 16 bits, o 80286: - Ano de lançamento: 1982; - Tecnologia: CMOS; - Frequências: 6, 10 e 12 MHz; - Transistores: ; - Tamanho: 1,5 mícron ou 1500 nm; - Tensão de trabalho de 5 V;

33 Exemplos de Uso O Pentium 4, processador 32 bits: - Ano de lançamento: 2002; - Tecnologia: CMOS; Frequência: de 1300 a 4000 MHz; Transistores: 55 milhões; Tamanho: 130 nm.

34 Fabricação Os materiais utilizados na fabricação do transistor são: - principalmente o Silício (Si); - o Germânio (Ge); - o Gálio (Ga); - e alguns óxidos.

35 Fabricação Na natureza, o silício é um material isolante elétrico, devido à conformação das ligações eletrônicas do seu átomo, gerando uma rede eletrônica altamente estável. Atualmente, o transistor de germânio é menos usado, tendo sido substituído pelo de silício.

36 Fabricação 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.

37 Fabricação O Silício realiza ligações covalentes de quatro elétrons. Quando adicionamos uma impureza com 3 elétrons na última camada, faltará um elétron na ligação covalente, formando os buracos e caracterizando a pastilha como pastilha P.

38 Fabricação Quando adicionamos uma impureza com 5 elétrons na última camada, vai sobrar um elétron na ligação covalente com o silício. Esses elétrons livres têm pouca interação com seu átomo, então qualquer energia fornecida o faz sair, sendo assim um elétron livre (assim se forma a pastilha N, que tem esse nome por ter maior número de elétrons livres).

39 Fabricação A pastilha P tem menos elétrons livres e mais "buracos" e a Pastilha N tem mais elétrons livres que buracos. Não se pode afirmar que a pastilha P é positiva nem que a pastilha N é negativa, porque a soma total de elétrons é igual à soma total de prótons. Quando unimos a pastilha P e a pastilha N, os elétrons livres em excesso na pastilha N migram para a pastilha P e os buracos da pastilha P migram para a pastilha N. Deste modo a pastilha P fica negativa e a pastilha N fica positiva. Isto é o diodo.

40 Fabricação O transistor é montado justapondo-se uma camada P, uma N e outra P (unindose dois diodos), criando-se um transistor do tipo PNP. O transistor do tipo NPN é obtido de modo similar. A camada do centro é denominada base, e as outras duas são o emissor e o coletor. No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor se o componente for PNP, ou para fora, se for NPN.