1. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livre
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Transistores com diferentes
encapsulamentos. À esquerda um
transistor de sinal em
encapsulamento TO-92. À direita
um transistor de alta potência em
encapsulamento metálico TO-3.
Transístor
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
O transístor ou transistor é
um componente eletrônico que começou a popularizar-se na década de
1950, tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônica
na década de 1960. São utilizados principalmente como amplificadores
e interruptores de sinais elétricos. O termo provém do inglês transfer
resistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido
pelos seus inventores.
O processo de transferência de resistência, no caso de um circuito
analógico, significa que a impedância característica do componente
varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. Graças
a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor
do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-
estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. Esta variação é
feita através da variação de corrente num dos terminais chamados base, o que, consequentemente, ocasiona o
processo de amplificação de sinal.
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 microfone, é injetado num circuito eletrônico
(transistorizado por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em
sinais elétricos com as mesmas características, mas com potência suficiente para excitar os alto-falantes. A este
processo todo dá-se o nome de ganho de sinal.
Índice
1 Invenção
2 Alguns números
3 Importância
4 Fabricação
5 Funcionamento
6 Características de um transistor
7 Referências
8 Ver também
Invenção
O transístor de silício e germânio foi inventado nos Laboratórios da Bell Telephone por Bardeen e Brattain em
1947 e, inicialmente, demonstrado em 23 de Dezembro de 1948, por John Bardeen, Walter Houser Brattain e
William Bradford Shockley, que foram laureados com o Nobel de Física em 1956. Ironicamente, eles
pretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (FET) idealizado por Julius Edgar Lilienfeld antes de
1925, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contato do transistor. Isto
(português europeu) (português brasileiro)
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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 válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos da
época.
Os transistores bipolares passaram, então, a ser incorporados a diversas aplicações, tais como aparelhos
auditivos, seguidos rapidamente por rádios transistorizados. Mas a indústria norte-americana não adotou
imediatamente o transistor nos equipamentos eletrônicos de consumo, preferindo continuar a usar as válvulas
termoiônicas, cuja tecnologia era amplamente dominada. Foi por meio de produtos japoneses, notadamente os
rádios portáteis fabricados pela Sony, que o transistor passou a ser adotado em escala mundial. Não houve
muitas mudanças até então.
Nessa época, o MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor – Transistor de Efeito de Campo
formado por Metal, Óxido e Silício) ficou em segundo plano, quase esquecido. Problemas de interface
inviabilizavam a construção dos MOSFETs. Contudo, em 1959, Atalla e Kahng, da Bell Labs, fabricaram e
conseguiram a operação de um transistor MOS. Nessa época, os transistores MOS eram tidos como
curiosidade, devido ao desempenho bastante inferior aos bipolares.
A grande vantagem dos transistores em relação às válvulas foi demonstrada em 1958, quando Jack Kilby, da
Texas Instruments, desenvolveu o primeiro circuito integrado, consistindo de um transistor, três resistores e um
capacitor, implementando um oscilador simples. A partir daí, via-se a 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 válvulas e passaram a ser encarados como dispositivos que
possibilitam a criação de circuitos complexos, integrados.
Em 1960, devido a sua estrutura mais simples, o MOS passou a ser encarado como um dispositivo viável para
circuitos digitais integrados. Nessa época, havia muitos problemas com estados de 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.
Alguns números
O primeiro processador de 8 bits (Intel 8008) usava tecnologia PMOS e tinha frequência de 0,2 MHz. Ano de
fabricação: abril/1972 – 3500 transistores com 10 um ou 10000 nm, com uma tensão de trabalho de 5 V;
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10 anos depois, a Intel lançou o 80286, com frequências de 6, 10 e 12 MHz, fabricado com tecnologia CMOS
– 134.000 transistores 1,5 mícron ou 1500 nm, com uma tensão de trabalho de 5 V;
O Pentium 4, lançado em janeiro de 2002, trabalha com frequências de 1300 a 4000 MHz, com 55 milhões de
transistores CMOS 130 nm. A série de chips Radeon 2000, por exemplo, atinge os 500 milhões de
transistores, chegando à casa dos 40 nm.
A placa de vídeo da AMD Radeon HD 6870, lançada em outubro de 2010, trabalha com frequências de 900
MHz na GPU, 4200 MHz de frequência de memória do tipo GDDR5 (interface de 256 bits), tem 1,7 bilhão de
transistores, com processo de fabricação de 40 nm e um Core de 255 mm2.
Importância
O transistor é considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo
tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da importância do
transistor na sociedade moderna é sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicas
simples, resultando preços irrisórios.
É conveniente salientar que é praticamente impossível serem encontrados circuitos integrados que não possuam,
internamente, centenas, milhares ou mesmo milhões de transistores , juntamente com outros componentes
como resistências e condensadores. Por exemplo, o microprocessador Cell do console Playstation 3 tem
aproximadamente 234 milhões de transistores, usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros, ou
seja, a porta de controle de cada transistor tem apenas 45 milionésimos de um milímetro.
Seu baixo custo permitiu que se transformasse num componente quase universal para tarefas não-mecânicas.
Visto que um dispositivo comum, como um refrigerador, usaria um dispositivo mecânico para o controle, hoje é
frequente e muito mais barato usar um microprocessador contendo alguns milhões de transistores e um
programa de computador apropriado para realizar a mesma tarefa. Os transistores, hoje em dia, têm substituído
quase todos os dispositivos eletromecânicos, a maioria dos sistemas de controle, e aparecem em grandes
quantidades em tudo que envolva eletrônica, desde os computadores aos carros.
Seu custo tem sido crucial no crescente movimento para digitalizar toda a informação. Com os computadores
transistorizados a oferecer a habilidade de encontrar e ordenar rapidamente informações digitais, mais e mais
esforços foram postos em tornar toda a informação digital. Hoje, quase todos os meios na sociedade moderna
são fornecidos em formato digital, convertidos e apresentados por computadores. Formas analógicas comuns
de informação, tais como a televisão ou os jornais, gastam a maioria do seu tempo com informação digital,
sendo convertida no formato tradicional apenas numa pequena fração de tempo.
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 do seu átomo, gerando uma rede eletrônica altamente estável. Atualmente, o transistor de germânio
é menos usado, tendo sido substituído pelo de silício.
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.
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Símbolos dos transistores
bipolares
Transístor moderno de alta potência
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.
Cientistas portugueses do Centro de Investigação de Materiais (Cenimat) da Faculdade de Ciências e
Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, conseguiram fabricar pela primeira vez transistores com papel. .
Essa equipe de investigadores foi liderada por Elvira Fortunato e Rodrigo Martins.
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. Isso permite que o
transistor funcione como amplificador pois ao se injetar
uma pequena corrente na base se obtém uma alta tensão
de saída. No entanto o transistor de silício só permite
seu funcionamento com uma tensão entre base e emissor
acima de 0,7V e 0,3V para o germânio.
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 β
iC: corrente de coletor
iB: corrente de base
β: beta (ganho de corrente DC)
Configurações básicas de um transistor:
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5. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livre
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Símbolo do transístor em calçada à
portuguesa na Universidade de Aveiro
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: frequência máxima.
Encapsulamento: a maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a 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.
Referências
1. ↑ Morimoto, Carlos E. (26 de junho de 2005). Transístor (http://www.hardware.com.br/termos/transistor). Guia
do Hardware. Página visitada em 13 de fevereiro de 2012.
2. ↑ Fet - Transistores de Efeito de Campo (http://www.radiopoint.com.br/fet.htm). Radiopoint. Página visitada
em 13 de fevereiro de 2012.
3. ↑ AMD’s Radeon HD 6870 & 6850: Renewing Competition in the Mid-Range Market
(http://www.anandtech.com/show/3987/amds-radeon-6870-6850-renewing-competition-in-the-midrange-
market) (em inglês). AnandTech.com (21 de outubro de 2011). Página visitada em 10 de abril de 2013.
4. ↑ Circuitos Integrados (http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/71/37/). Electrônica-pt. Página
visitada em 13 de fevereiro de 2012.
5. ↑ idPT (Ideias Portuguesas (http://idpt.wordpress.com/2008/08/26/elvira-fortunato/)
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