Transístor

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Transístor

  1. 1. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Transístor 1/6Transistores com diferentesencapsulamentos. À esquerda umtransistor de sinal emencapsulamento TO-92. À direitaum transistor de alta potência emencapsulamento metálico TO-3.TransístorOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.O transístor ou transistor éum componente eletrônico que começou a popularizar-se na década de1950, tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônicana década de 1960. São utilizados principalmente como amplificadorese interruptores de sinais elétricos. O termo provém do inglês transferresistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecidopelos seus inventores.O processo de transferência de resistência, no caso de um circuitoanalógico, significa que a impedância característica do componentevaria para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. Graçasa esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissordo transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. Esta variação éfeita através da variação de corrente num dos terminais chamados base, o que, consequentemente, ocasiona oprocesso de amplificação de sinal.Entende-se por “amplificar” o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco num mais forte. Um sinalelétrico 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 emsinais elétricos com as mesmas características, mas com potência suficiente para excitar os alto-falantes. A esteprocesso todo dá-se o nome de ganho de sinal.Índice1 Invenção2 Alguns números3 Importância4 Fabricação5 Funcionamento6 Características de um transistor7 Referências8 Ver tambémInvençãoO transístor de silício e germânio foi inventado nos Laboratórios da Bell Telephone por Bardeen e Brattain em1947 e, inicialmente, demonstrado em 23 de Dezembro de 1948, por John Bardeen, Walter Houser Brattain eWilliam Bradford Shockley, que foram laureados com o Nobel de Física em 1956. Ironicamente, elespretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (FET) idealizado por Julius Edgar Lilienfeld antes de1925, mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contato do transistor. Isto(português europeu) (português brasileiro)1
  2. 2. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Transístor 2/6evoluiu posteriormente para converter-se no transistor de junção bipolar (BJT). O objetivo do projeto era criarum dispositivo compacto e barato para substituir as válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos daépoca.Os transistores bipolares passaram, então, a ser incorporados a diversas aplicações, tais como aparelhosauditivos, seguidos rapidamente por rádios transistorizados. Mas a indústria norte-americana não adotouimediatamente o transistor nos equipamentos eletrônicos de consumo, preferindo continuar a usar as válvulastermoiônicas, cuja tecnologia era amplamente dominada. Foi por meio de produtos japoneses, notadamente osrádios portáteis fabricados pela Sony, que o transistor passou a ser adotado em escala mundial. Não houvemuitas mudanças até então.Nessa época, o MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor – Transistor de Efeito de Campoformado por Metal, Óxido e Silício) ficou em segundo plano, quase esquecido. Problemas de interfaceinviabilizavam a construção dos MOSFETs. Contudo, em 1959, Atalla e Kahng, da Bell Labs, fabricaram econseguiram a operação de um transistor MOS. Nessa época, os transistores MOS eram tidos comocuriosidade, devido ao desempenho bastante inferior aos bipolares.A grande vantagem dos transistores em relação às válvulas foi demonstrada em 1958, quando Jack Kilby, daTexas Instruments, desenvolveu o primeiro circuito integrado, consistindo de um transistor, três resistores e umcapacitor, implementando um oscilador simples. A partir daí, via-se a possibilidade de criação de circuitos maiscomplexos, utilizando integração de componentes. Isto marcou uma transição na história dos transistores, quedeixaram de ser vistos como substitutos das válvulas e passaram a ser encarados como dispositivos quepossibilitam a criação de circuitos complexos, integrados.Em 1960, devido a sua estrutura mais simples, o MOS passou a ser encarado como um dispositivo viável paracircuitos digitais integrados. Nessa época, havia muitos problemas com estados de impurezas, o que manteve ouso do MOS restrito até o fim da década de 60. Entre 1964 e 1969, identificou-se o Sódio Na como oprincipal 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 deComplementary MOS (CMOS) já ter sido introduzido por Weimer. O problema ainda era a dificuldade deeliminação de estados de superfície nos transistores NMOS.Em 1970, a Intel anunciava a primeira DRAM, fabricada com tecnologia PMOS. Em 1971, a mesma empresalançava o primeiro microprocessador do mundo, o 4004, baseado em tecnologia PMOS. Ele tinha sidoprojetado para ser usado em calculadoras. Ainda em 1971, resolviam-se os problemas de estado de superfíciee 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 umproblema, pois com o aumento da densidade dos CIs, a tecnologia demonstrou-se insuficiente, pois surgemgrandes problemas com consumo de potência (que é alta nesse tipo de tecnologia). Com isso, a tecnologiaCMOS 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 todaa fabricação de circuitos, por volta do ano 2000.Alguns númerosO primeiro processador de 8 bits (Intel 8008) usava tecnologia PMOS e tinha frequência de 0,2 MHz. Ano defabricação: abril/1972 – 3500 transistores com 10 um ou 10000 nm, com uma tensão de trabalho de 5 V;2
  3. 3. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Transístor 3/610 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 detransistores CMOS 130 nm. A série de chips Radeon 2000, por exemplo, atinge os 500 milhões detransistores, chegando à casa dos 40 nm.A placa de vídeo da AMD Radeon HD 6870, lançada em outubro de 2010, trabalha com frequências de 900MHz na GPU, 4200 MHz de frequência de memória do tipo GDDR5 (interface de 256 bits), tem 1,7 bilhão detransistores, com processo de fabricação de 40 nm e um Core de 255 mm2.ImportânciaO transistor é considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendotornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da importância dotransistor na sociedade moderna é sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicassimples, 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 componentescomo resistências e condensadores. Por exemplo, o microprocessador Cell do console Playstation 3 temaproximadamente 234 milhões de transistores, usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros, ouseja, 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 éfrequente e muito mais barato usar um microprocessador contendo alguns milhões de transistores e umprograma de computador apropriado para realizar a mesma tarefa. Os transistores, hoje em dia, têm substituídoquase todos os dispositivos eletromecânicos, a maioria dos sistemas de controle, e aparecem em grandesquantidades 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 computadorestransistorizados a oferecer a habilidade de encontrar e ordenar rapidamente informações digitais, mais e maisesforços foram postos em tornar toda a informação digital. Hoje, quase todos os meios na sociedade modernasão fornecidos em formato digital, convertidos e apresentados por computadores. Formas analógicas comunsde 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.FabricaçãoOs 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 ligaçõeseletrônicas do seu átomo, gerando uma rede eletrônica altamente estável. Atualmente, o transistor de germânioé 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 écortado em finos discos, que a seguir vão para um processo chamado de dopagem, onde são introduzidasquantidades rigorosamente controladas de materiais selecionados (conhecidos como impurezas) quetransformam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício. O Silício realizaligações 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.34
  4. 4. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Transístor 4/6Símbolos dos transistoresbipolaresTransístor moderno de alta potênciaQuando adicionamos uma impureza com 5 elétrons na última camada, vai sobrarum elétron na ligação covalente com o silício. Esses elétrons livres têm poucainteração com seu átomo, então qualquer energia fornecida o faz sair, sendoassim um elétron livre (assim se forma a pastilha N, que tem esse nome por termaior 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 podemosdizer que a pastilha P é positiva nem que a pastilha N é negativa, porque a somatotal de elétrons é igual à soma total de prótons. Quando unimos a pastilha P e apastilha N, os elétrons livres em excesso na pastilha N migram para a pastilha P eos buracos da pastilha P migram para a pastilha N. Deste modo a pastilha P ficanegativa 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 NPNé obtido de modo similar. A camada do centro é denominada base, e as outras duas são o emissor e ocoletor. No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistorse o componente for PNP, ou para fora, se for NPN.Cientistas portugueses do Centro de Investigação de Materiais (Cenimat) da Faculdade de Ciências eTecnologia 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.FuncionamentoNo transistor de junção bipolar ou TJB (BJT – BipolarJunction Transistor na terminologia inglesa), o controleda corrente coletor-emissor é feito injetando corrente nabase. O efeito transistor ocorre quando a junçãocoletor-base é polarizada reversamente e a junçãobase-emissor é polarizada diretamente. Uma pequenacorrente de base é suficiente para estabelecer umacorrente entre os terminais de coletor-emissor. Estacorrente será tão maior quanto maior for a corrente debase, de acordo com o ganho. Isso permite que otransistor funcione como amplificador pois ao se injetaruma pequena corrente na base se obtém uma alta tensãode saída. No entanto o transistor de silício só permiteseu funcionamento com uma tensão entre base e emissoracima de 0,7V e 0,3V para o germânio.Características de um transistorO fator de multiplicação da corrente na base (iB), mais conhecido por Beta do transistor ou por hFE, que édado pela expressão iC = iB x βiC: corrente de coletoriB: corrente de baseβ: beta (ganho de corrente DC)Configurações básicas de um transistor:56
  5. 5. 24/06/13 Transístor – Wikipédia, a enciclopédia livrept.wikipedia.org/wiki/Transístor 5/6Símbolo do transístor em calçada àportuguesa na Universidade de AveiroExistem 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 quepoderão 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 dissiparhFE: ganho (beta).Ft: frequência máxima.Encapsulamento: a maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a identificação dosterminais.Existem também outros tipos de transistores, notadamente os de efeito de campo (transistores FET, deField Effect Transistor); neste caso, o controle da corrente é feito por tensão aplicada à porta.Referências1. ↑ Morimoto, Carlos E. (26 de junho de 2005). Transístor (http://www.hardware.com.br/termos/transistor). Guiado 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 visitadaem 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. Páginavisitada em 13 de fevereiro de 2012.5. ↑ idPT (Ideias Portuguesas (http://idpt.wordpress.com/2008/08/26/elvira-fortunato/)6

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