Finalmente o transístor
Como vimos no início do texto, à válvula diodo seguiu-se a válvula triodo, que amplificava os sinais elétricos. Esse é o papel do transístor: ele é um amplificador. Da mesma forma que o diodo semicondutor substituiu a válvula diodo, o transístor substituiu a válvula triodo.
Uma camada a mais
Vimos que, quando polarizado diretamente, o diodo conduz eletricidade. O transístor introduz uma capacidade nova, que é a possibilidade de se controlar quanto de eletricidade é conduzida.
Tudo começa quando se acrescenta uma camada adicional a um diodo. Ao invés de duas porções, P e N, de silício, vamos verificar o que acontece quando juntamos três porções, fazendo um sanduíche de uma porção N.
Cada uma dessas camadas tem sua peculiaridade:
a primeira camada P (da esquerda) tem largura média e é fortemente dopada, ou seja, tem muitos átomos trivalentes. Isto torna essa camada um fornecedor de lacunas (cargas positivas). Por isso ela é chamada emissor.
a camada central N é muito fina e tem uma dopagem média. Como ela é fina, ela não representa um empecilho muito grande para as cargas que vêm do emissor. Esta camada é chamada base.
a camada da direita é bastante larga em relação às demais e é fracamente dopada. Por ser responsável por receber os elétrons que saem do emissor e atravessam a base, esta camada é chamada coletor.
Como se pode observar na figura, o transístor resulta da união de dois diodos. Apenas com a ressalva de que ambos os diodos compartilham a base, ou seja, o elemento N nesse caso. Há nele, portanto, duas junções. Como é de esperar, em cada uma das junções forma-se uma camada de depleção, em que os elétrons e lacunas se equilibram, gerando uma barreira de potencial.
O funcionamento do transístor
Primeiro, vamos colocar uma bateria entre o emissor e a base. Para fazer uma polarização direta, ligamos o terminal negativo (fluxo de elétrons) da bateria ao emissor (porção N - excesso de elétrons) e o terminal positivo (fluxo de lacunas) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, a região N, com excesso de elétrons, recebe ainda mais elétrons, e a porção P recebe ainda mais lacunas.
Como vimos no caso do diodo, a polarização direta faz com que a porção emissor-base se comporte exatamente como um condutor.
Ao mesmo tempo, vamos polarizar inversamente o conjunto base-coletor. Para isso, conectamos o terminal positivo (fluxo de lacunas) da bateria ao coletor (porção N - excesso de elétrons) e o terminal negativo (fluxo de elétrons) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, os elétrons do coletor serão atraídos pelas lacunas do pólo positivo da bateria e as lacunas da base serão completadas pelos elétrons do pólo negativo. Como também vimos no caso do diodo, essa polarização inversa faz com que a porção base-coletor não conduza corrente.
Mas agora veja a parte mais importante: dissemos que iríamos fazer as duas polarizações anteriores simultaneamente. Veja então o interessante efeito que obtemos:
Polarização simultãnea
na polarização emissor-base (a primeira que vimos), os elétrons se dirigiam para a base, atraídos pelo pólo positivo da bateria. Mas agora o coletor, que é bem maior e está com energia extra vinda do pólo negativo da bateria, exerce uma atração muito maior sobre esses elétrons. Como a base é muito fina, os elétrons tendem muito mais a atravessar a base e ir para o coletor do que fluir pela base para o pólo positivo da bateria. Desta forma, uma pequena parte da corrente fluirá pela base; a maior parte da corrente fluirá para o coletor.
A "mágica" da amplificação já está acontecendo. Só nos falta entender o porquê:
se aumentarmos a corrente que flui pela base (emissor-base), haverá um aumento na corrente que flui pelo coletor. Ou seja, podemos controlar a corrente vinda do emissor para o coletor agindo sobre a corrente da base. Noutras palavras: a corrente da base controla a corrente entre o emissor e o coletor.
como a corrente da base é muito pequena, basta aplicarmos uma pequena variação na corrente da base para obtermos uma grande variação na corrente do coletor. Pronto: entramos com uma pequena corrente (via base) e saímos com uma grande corrente (via coletor).
Última observação
Analisamos um transístor do tipo PNP. Caso invertamos nosso sanduíche, criaremos um transístor NPN. O funcionamento é exatamente o mesmo, apenas invertendo-se o fluxo da corrente.
Nos esquemas eletrônicos, que são os "mapas" de como um circuito eletrônico é desenhado, os transístores são representados pelos seguintes símbolos:
Esta é toda a mágica do transístor. Dê uma olhada à sua volta e com certeza você encontrará uma série de dispositivos que lhe dão conforto que funcionam baseados justamente nesse princípio. São os elétrons fluindo, permitindo tudo o que conhecemos como eletrônico. Esse foi o princípio da nossa Era Digital.
Amplificação. (Inspirado em desenho da Lucent)
Como funciona um diodo
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Como vimos no início do texto, à válvula diodo seguiu-se a válvula triodo, que amplificava os sinais elétricos. Esse é o papel do transístor: ele é um amplificador. Da mesma forma que o diodo semicondutor substituiu a válvula diodo, o transístor substituiu a válvula triodo.
Uma camada a mais
Vimos que, quando polarizado diretamente, o diodo conduz eletricidade. O transístor introduz uma capacidade nova, que é a possibilidade de se controlar quanto de eletricidade é conduzida.
Tudo começa quando se acrescenta uma camada adicional a um diodo. Ao invés de duas porções, P e N, de silício, vamos verificar o que acontece quando juntamos três porções, fazendo um sanduíche de uma porção N.
Cada uma dessas camadas tem sua peculiaridade:
a primeira camada P (da esquerda) tem largura média e é fortemente dopada, ou seja, tem muitos átomos trivalentes. Isto torna essa camada um fornecedor de lacunas (cargas positivas). Por isso ela é chamada emissor.
a camada central N é muito fina e tem uma dopagem média. Como ela é fina, ela não representa um empecilho muito grande para as cargas que vêm do emissor. Esta camada é chamada base.
a camada da direita é bastante larga em relação às demais e é fracamente dopada. Por ser responsável por receber os elétrons que saem do emissor e atravessam a base, esta camada é chamada coletor.
Como se pode observar na figura, o transístor resulta da união de dois diodos. Apenas com a ressalva de que ambos os diodos compartilham a base, ou seja, o elemento N nesse caso. Há nele, portanto, duas junções. Como é de esperar, em cada uma das junções forma-se uma camada de depleção, em que os elétrons e lacunas se equilibram, gerando uma barreira de potencial.
O funcionamento do transístor
Primeiro, vamos colocar uma bateria entre o emissor e a base. Para fazer uma polarização direta, ligamos o terminal negativo (fluxo de elétrons) da bateria ao emissor (porção N - excesso de elétrons) e o terminal positivo (fluxo de lacunas) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, a região N, com excesso de elétrons, recebe ainda mais elétrons, e a porção P recebe ainda mais lacunas.
Polarização direta emissor-base
Como vimos no caso do diodo, a polarização direta faz com que a porção emissor-base se comporte exatamente como um condutor.
Ao mesmo tempo, vamos polarizar inversamente o conjunto base-coletor. Para isso, conectamos o terminal positivo (fluxo de lacunas) da bateria ao coletor (porção N - excesso de elétrons) e o terminal negativo (fluxo de elétrons) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, os elétrons do coletor serão atraídos pelas lacunas do pólo positivo da bateria e as lacunas da base serão completadas pelos elétrons do pólo negativo. Como também vimos no caso do diodo, essa polarização inversa faz com que a porção base-coletor não conduza corrente.
Mas agora veja a parte mais importante: dissemos que iríamos fazer as duas polarizações anteriores simultaneamente. Veja então o interessante efeito que obtemos:
Polarização simultãnea
na polarização emissor-base (a primeira que vimos), os elétrons se dirigiam para a base, atraídos pelo pólo positivo da bateria. Mas agora o coletor, que é bem maior e está com energia extra vinda do pólo negativo da bateria, exerce uma atração muito maior sobre esses elétrons. Como a base é muito fina, os elétrons tendem muito mais a atravessar a base e ir para o coletor do que fluir pela base para o pólo positivo da bateria. Desta forma, uma pequena parte da corrente fluirá pela base; a maior parte da corrente fluirá para o coletor.
A "mágica" da amplificação já está acontecendo. Só nos falta entender o porquê:
se aumentarmos a corrente que flui pela base (emissor-base), haverá um aumento na corrente que flui pelo coletor. Ou seja, podemos controlar a corrente vinda do emissor para o coletor agindo sobre a corrente da base. Noutras palavras: a corrente da base controla a corrente entre o emissor e o coletor.
como a corrente da base é muito pequena, basta aplicarmos uma pequena variação na corrente da base para obtermos uma grande variação na corrente do coletor. Pronto: entramos com uma pequena corrente (via base) e saímos com uma grande corrente (via coletor).
Última observação
Analisamos um transístor do tipo PNP. Caso invertamos nosso sanduíche, criaremos um transístor NPN. O funcionamento é exatamente o mesmo, apenas invertendo-se o fluxo da corrente.
Nos esquemas eletrônicos, que são os "mapas" de como um circuito eletrônico é desenhado, os transístores são representados pelos seguintes símbolos:
Esta é toda a mágica do transístor. Dê uma olhada à sua volta e com certeza você encontrará uma série de dispositivos que lhe dão conforto que funcionam baseados justamente nesse princípio. São os elétrons fluindo, permitindo tudo o que conhecemos como eletrônico. Esse foi o princípio da nossa Era Digital.
Como funciona um diodo
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