Tudo Sobre Transistores

(1)

TRANSÍSTOR

O transisto

O transistor é r é umum componente eletrônicocomponente eletrônico que começou a popularizar-se naque começou a popularizar-se na década de 1950década de 1950, tendo, tendo sid

sido o o o priprincincipal pal resresponponsávsável el pela pela revrevoluolução ção dada eletrônicaeletrônica nana décadécada da de de 19619600. . são são utiutilizalizadodoss prin

principalmecipalmente como nte como ampliamplificadorficadores e es e interruinterruptores de sinais elétricos. o ptores de sinais elétricos. o termo vem de termo vem de transftransfer er resistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores.

resistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores. o

o proprocescesso so de de trantransfesferêncrência ia de de resiresistêstênciancia, , no no cascaso o de de um um circcircuituito o anaanalóglógicoico, , sigsignifnifica ica que que aa impedância

impedância caracaractecterístrística ica do do comcomponponentente e varvaria ia parpara a cimcima a ou ou parpara a baixbaixo o da da popolarilarizaçãzação o pré pré--estabelecida. graças a esta função, a corrente

estabelecida. graças a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. esta variação é

esta variação é feita através da feita através da variaçvariação de ão de correncorrente num te num dos terminaidos terminais chamadoss chamados basebase, o que,, o que, consequentemente, ocasiona o processo de amplificação de sinal.

consequentemente, ocasiona o processo de amplificação de sinal.

entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco num mais forte. entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco num mais forte. um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um

um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfonemicrofone, é injetado num, é injetado num circuito eletrônico (transistorizado por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal circuito eletrônico (transistorizado por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em

fraco gerado pelo microfone em sinais elétricosinais elétricos com s com as mesmas característias mesmas características, mas cas, mas comcom potência potência suficiente para excitar os alto-falantes. a este processo todo dá-se o nome de ganho de sinal.

suficiente para excitar os alto-falantes. a este processo todo dá-se o nome de ganho de sinal.

INVENÇÃO

O transistor de silicio e germanio foi inventado nos laboratórios da bell telephone por bardeen e O transistor de silicio e germanio foi inventado nos laboratórios da bell telephone por bardeen e brattain em 1947 e, inicialmente, demonstrado em

brattain em 1947 e, inicialmente, demonstrado em 23 de dezembro23 de dezembro dede 19481948, por , por john bardeen john bardeen,, walter houser brattain

walter houser brattain ee william bradford shockleywilliam bradford shockley, que foram laureados com o, que foram laureados com o nobel de físicanobel de física emem 1956

1956. ironicamente, eles pretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (fet) idealizado por . ironicamente, eles pretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (fet) idealizado por julius edgar lilienfeld antes de

julius edgar lilienfeld antes de 19251925, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contato do transistor. isto evoluiu posteriormente para converter-se no transistor de junção ponto de contato do transistor. isto evoluiu posteriormente para converter-se no transistor de junção bipolar (bjt). o objetivo do projeto era criar um dispositivo compacto e barato para substituir as bipolar (bjt). o objetivo do projeto era criar um dispositivo compacto e barato para substituir as

válvulas termoiônicas

válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos da época.usadas nos sistemas telefônicos da época. os

os trantransissistortores es bipbipolaolares res paspassarsaram, am, ententão, ão, a a ser ser incincorporporadorados os a a divdiversersas as aplaplicaçicaçõesões, , taitais s comcomoo aparelh

aparelhos os auditauditivosivos, , seguiseguidos rapidamente dos rapidamente por por rádiorádioss transistorizadostransistorizados . . mamas s a a inindúdúststriria a nonorte rte--amer

americaicana na não não adoadotou tou imeimediatdiatameamente nte o o trantransissistor tor nos nos equequipaipamenmentos tos eleteletrônrônicoicos s de de conconsumsumo,o, preferindo continuar a usar as

preferindo continuar a usar as válvulas termoiônicasválvulas termoiônicas, cuja tecnologia era amplamente dominada. foi, cuja tecnologia era amplamente dominada. foi por meio de produtos japoneses, notadamente os rádios portáteis fabricados pela

por meio de produtos japoneses, notadamente os rádios portáteis fabricados pela sonysony, que o, que o transistor passou a ser adotado em escala mundial.

transistor passou a ser adotado em escala mundial. nessa época, o

nessa época, o mosfetmosfet (metal oxide silicon field effect transistor – transistor de efeito de campo(metal oxide silicon field effect transistor – transistor de efeito de campo for

formadmado o por por metmetal, al, óxióxido do e e silsilícioício) ) ficoficou u em em segsegunundo do plaplano, no, ququase ase esqesquecuecidoido. . proprobleblemas mas dede interfa

interface ce inviabinviabilizavam a ilizavam a constconstrução dos mosfets. contudrução dos mosfets. contudo, em o, em 19591959, , atalla e atalla e kahngkahng, , da bell da bell labs,labs, fabricaram e conseguiram a operação de um transistor mos. nessa época, os transistores mos eram fabricaram e conseguiram a operação de um transistor mos. nessa época, os transistores mos eram tidos como curiosidade, devido ao desempenho bastante

tidos como curiosidade, devido ao desempenho bastante inferior aos bipolares.inferior aos bipolares. a

a grandgrande e vantagvantagem dos em dos transitransistorestores s em relação em relação às válvulas foi às válvulas foi demodemonstradnstrada a em 1958, quando jack em 1958, quando jack kilby, da texas instruments, desenvolveu o primeiro circuito integrado, consistindo de um transistor, kilby, da texas instruments, desenvolveu o primeiro circuito integrado, consistindo de um transistor, tr

três ês resresisistotoreres s e e um um capcapacacititoror, , imimplplememenentantando do um um ososciciladlador or sisimpmpleles. s. a a papartirtir r dadaí, í, vivia-sa-se e aa possibilidade de criação de circuitos mais complexos, utilizando integração de componentes. isto possibilidade de criação de circuitos mais complexos, utilizando integração de componentes. isto marcou uma transição na história dos transistores, que deixaram de ser vistos como substitutos das marcou uma transição na história dos transistores, que deixaram de ser vistos como substitutos das válvulas e passaram a ser encarados como dispositivos que possibilitam a criação de circuitos válvulas e passaram a ser encarados como dispositivos que possibilitam a criação de circuitos complexos, integrados.

complexos, integrados.

em 1960, devido a sua estrutura mais simples, o

em 1960, devido a sua estrutura mais simples, o mosmos passou a ser encarado como um dispositivopassou a ser encarado como um dispositivo viável para circuitos digitais integrados. nessa época, havia muitos problemas com estados de viável para circuitos digitais integrados. nessa época, havia muitos problemas com estados de

(2)

impurezas, o que manteve o uso do mos restrito até o fim da década de 60. entre 1964 e 1969, identificou-se o sódio na como o principal causador dos problemas de estado de superfície e começaram a surgir soluções para tais problemas.

no início da tecnologia mos, os transistores pmos foram mais utilizados, apesar de o conceito de complementary mos (cmos) já ter sido introduzido por weimer. o problema ainda era a dificuldade de eliminação de estados de superfície nos transistores nmos.

em 1970, a intel anunciava a primeira dram, fabricada com tecnologia pmos. em 1971, a mesma empresa lançava o primeiro microprocessador do mundo, o 4004, baseado em tecnologia pmos. ele tinha sido projetado para ser usado em calculadoras. ainda em 1971, resolviam-se os problemas de estado de superfície e emergia a tecnologia nmos, que permitia maior velocidade e maior poder de integração.

o domínio da tecnologia mos dura até o final dos anos 70. nessa época, o nmos passou a ser um problema, pois com o aumento da densidade dos cis, a tecnologia demonstrou-se insuficiente, pois

surgem grandes problemas com consumo de potência (que é alta nesse tipo de tecnologia). com isso, a tecnologia cmos começava a ganhar espaço.

a partir da década de 80, o uso de cmos foi intensificado, levando a tecnologia a ser usada em 75% de toda a fabricação de circuitos, por volta do ano 2000.

FABRICAÇÃO

Os materiais utilizados na fabricação do transistor 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 transistor 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. 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. 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). a pastilha p tem menos elétrons livres e mais "buracos" e a pastilha n tem mais elétrons livres que buracos. não podemos dizer 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.

o transistor é montado justapondo-se uma camada

p

, uma

n

e outra

p

(unindo-se 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.

(3)

FUNCIONAMENTO

No transistor de junção bipolar ou tjb (bjt – bipolar junction transistor na terminologia inglesa), o controle da corrente coletor-emissor é feito injetando corrente na base. o efeito transistor ocorre quando a junção coletor-base é polarizada reversamente e a junção base-emissor é polarizada diretamente. uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de coletor-emissor. esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base, de acordo com o ganho.

CARACTERÍSTICAS DE UM TRANSISTOR

O fator de multiplicação da corrente na base (ib), mais conhecido por beta do transistor ou por

hfe

, que é dado pela expressão ic = ib x ß

• ic: corrente de coletor • ib: corrente de base

• b: beta (ganho de corrente de emissor)

configurações básicas de um transistor:

existem três configurações básicas (bc, cc e ec), cada uma com suas vantagens e desvantagens. base comum (bc)

• baixa impedância(z) de entrada. • alta impedância(z) de saída.

• não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada. • amplificação de corrente igual a um.

coletor comum (cc)

• alta impedância(z) de entrada. • baixa impedância(z) de saída.

• não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada. • amplificação de tensão igual a um.

emissor comum (ec)

• média impedância(z) de entrada. • alta impedância(z) de saída.

• defasagem entre o sinal de saída e o de entrada de 180°. • pode amplificar tensão e corrente, até centenas de vezes.

os transistores possuem diversas características. seguem alguns exemplos dos parâmetros mais comuns que poderão ser consultadas nos datasheets dos fabricantes:

•

tipo

: é o nome do transistor.

•

pol

: polarização; negativa quer dizer npn e positiva significa pnp. •

vceo

: tensão entre coletor e emissor com a base aberta.

•

vcer

: tensão entre coletor e emissor com resistor no emissor. •

ic

: corrente máxima do coletor.

•

ptot

: é a máxima potência que o transistor pode dissipar •

hfe

: ganho (beta).

•

ft

: freqüência máxima.

(4)

identificação dos terminais.

existem também outros tipos de transistores, notadamente os de efeito de campo (transistores fet, de field effect transistor); neste caso, o controle da corrente é feito por tensão aplicada à porta.

TRANSISTOR DARLINGTON

Na eletrônica, o transistor darlington é um dispositivo semicondutor que combina dois transístores bipolares no mesmo encapsulamento (as vezes chamado par darlington).

a configuração (originalmente realizada com dois transistores separados) foi inventada pelo engenheiro sidney darlington do bell labs. a ideia de por dois ou três transistores em um mesmo chip foi patentada por ele, mas não a ideia de por um número arbitrário de transistores, o que originaria o conceito moderno de circuitos integrados.

esta configuração serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hfe ou parâmetro β do transistor) e, por estar todo integrado, requer menos espaço do que o dos transistores normais na mesma configuração. o ganho total do darlington é produto do ganho dos transistores individuais. um dispositivo típico tem um ganho de corrente de 1000 ou superior. comparado a um transistor comum, apresenta uma maior defasagem em altas frequências, por isso pode tornar-se facilmente instável. a tensão base-emissor também é maior. consiste da soma das