Transistor, o que é? Tipos e como funciona!

Em Dicionário técnico por André M. Coelho

O transistor é uma das revoluções do século 20. Sua invenção possibilitou a criação de dispositivos eletrônicos cada vez mais avançados, como os computadores, e está relacionado a praticamente uma revolução no modo de vida das pessoas. Seu funcionamento e os tipos de transistor que existem são um ótimo conhecimento para quem se interessa por eletrônica ou história da tecnologia.

Transistor: o que é?

Os transistores podem ser considerados como um tipo de interruptor. Eles são usados em uma variedade de circuitos. Eles são centrais para a eletrônica e existem dois tipos principais; NPN e PNP. A maioria dos circuitos tendem a usar NPN. Existem centenas de transistores que trabalham em tensões diferentes, mas todos eles se enquadram nestas duas categorias.

Tipos de transistores e suas aplicações

Existem muitos tipos diferentes de transistores e cada um deles varia em suas características, vantagens e desvantagens. Alguns tipos de transistores são usados principalmente na comutação. Outros podem ser usados tanto como interruptores quanto para a amplificação. Ainda outros transistores estão em um grupo especializado próprio, tais como fototransistores, que respondem à quantidade de luz que brilha sobre ele para produzir fluxo de corrente. Vamos mostrar uma lista dos vários tipos de transistores; examinando as características e aplicações de cada um.

Este é um transistor simples, que funciona como um interruptor na construção de um circuito. (Foto: Photostack)

Transistor bipolar de junção

São constituídos por 3 regiões: a base, o coletor e o emissor. São dispositivos controlados pela corrente. Uma pequena corrente que entra na região de base do transistor provoca um fluxo de corrente muito maior do emissor para a região do coletor.

Transistores bipolar de junção vem em dois tipos principais, NPN e PNP. Um transistor NPN é aquele em que a maioria dos elementos transportados são elétrons. O elétron que flui do emissor para o coletor forma a base da maioria do fluxo de corrente através do transistor. O outro tipo de carga, os buracos, são uma minoria. Os transistores PNP são o oposto. Em transistores PNP, a maioria de cargas transportadas são os buracos

Em geral, esses transistores são o único tipo de transistor que é ativado pela entrada de corrente (entrada na base). Isso ocorre porque eles têm a menor impedância de entrada de todos os transistores. A baixa impedância (ou resistência) permite que a corrente flua através da base do transistor. Devido a esta baixa impedância também estes transistores tem a maior amplificação de todos. A desvantagem deles é porque eles tem baixa impedância de entrada, e podem extrair corrente significativa de um circuito, perturbando assim a fonte de alimentação do mesmo..

Transistor de efeito de campo

São constituídos por 3 regiões, uma porta, uma fonte e um dreno. Ao contrário dos transistores bipolares, os FETs são dispositivos controlados por tensão. Uma tensão colocada na porta controla o fluxo de corrente da fonte para o dreno do transistor.

Os transistores de efeito de campo tem impedância de entrada muito alta, resistência a valores muito maiores. Esta impedância de entrada alta faz com que eles tenham muito pouca corrente correndo através deles. Assim esses tipos de transistores buscam muito pouca corrente da fonte de alimentação de um circuito. Isto é ideal porque não perturbam os elementos de potência do circuito original aos quais estão ligados. Eles não irão sobrecarregar a fonte de alimentação. A desvantagem dos FETs é que eles não fornecerão a mesma amplificação que poderia ser obtida a partir de transistores bipolares. Transistores bipolares são superiores porque eles fornecem maior amplificação, mas FETs são melhores por causar menos sobrecarga, são mais baratos e mais fáceis de fabricar.

Os Transistores de Efeito de Campo vêm em 2 tipos principais: JFETs e MOSFETs. JFETs e MOSFETs são muito semelhantes, mas MOSFETs tem valores de impedância de entrada ainda mais elevados do que JFETs. Isso provoca ainda menos sobrecarga em um circuito.

Tipos de transistor por função

Vamos examinar os tipos de transistores por função, ou seja, o que eles fazem ou são projetados para fazer. Alguns transistores são usados principalmente como interruptores. Outros mais para amplificação.

Transistores de pequenos sinais

São transistores usados principalmente para amplificar sinais de baixo nível, mas também podem funcionar bem como interruptores. Os transistores vem com um valor, que denota como um transistor pode amplificar os sinais de entrada. Os valores típicos de hFE para transistores de sinal pequeno variam de 10 a 500, com valores máximos de Ic (corrente de coletor) de cerca de 80 a 600 mA. Eles vem em com construção NPN e PNP. As frequências operacionais máximas variam entre 1 e 300 MHz.

Estes transistores são usados principalmente quando amplificando sinais pequenos, como alguns volts e somente quando se usam miliamperes como corrente. Quando se utiliza maior tensão e corrente (maior potência), usando muitos volts ou amperes de corrente, um transistor de potência deve ser usado.

Transistores de comutação pequenos

Pequenos transistores de comutação são transistores que são usados principalmente como comutadores, mas que também podem ser usados como amplificadores. Os valores típicos de hFE para pequenos transistores de comutação variam de 10 a 200, com valores de Ic máximos de cerca de 10 a 1000 mA. Eles são fabricados tanto como NPN quanto PNP.

Para um projeto, eles são usados principalmente como interruptores. Embora possam ser utilizados como amplificadores, o seu valor de hFE varia apenas cerca de 200, o que significa que não são capazes de amplificar sinais o que significa que eles não são capazes de uma amplificação de um transistor de pequenos sinais, capazes de amplificar um sinal até 500. Isto torna os pequenos transistores de comutação mais úteis para a comutação, embora possam ser utilizados como amplificadores básicos para proporcionar ganhos. Quando você precisar de mais ganho, outros modelos funcionam melhor como amplificadores.

Transistores de força

São adequados para aplicações onde muita energia está sendo usada (corrente e tensão). O coletor do transistor é conectado a uma base de metal que atua como um dissipador de calor para dissipar o excesso de potência. As potências típicas variam de cerca de 10 a 300 W, com frequências entre 1 a 100 MHz. Os valores máximos de Ic variam entre 1 a 100 A. Os transistores de potência vem em estruturas NPN, PNP e Darlington (NPN ou PNP).

Transistores de alta frequência

São usados para sinais pequenos que funcionam em altas frequências para aplicações de comutação de alta velocidade. Devem ser capazes de ligar e desligar em velocidades muito altas. Transistores de alta frequência são usados em amplificadores HF, VHF, UHF, CATV e MATV e aplicações de oscilação. Tem uma frequência máxima de cerca de 2000 MHz e correntes Ic máximas de 10 a 600 mA. Eles estão disponíveis tanto como NPN quanto PNP.

Fototransistores

São transistores sensíveis à luz. Um tipo comum de fototransistor assemelha-se a um transistor bipolar com o seu chumbo da base removido e substituído por uma área sensível à luz. É por isso que um fototransístor tem apenas 2 terminais em vez dos habituais 3. Quando esta superfície é mantida escura, o dispositivo está desligado. Praticamente nenhuma corrente flui do coletor para a região do emissor. No entanto, quando a região sensível à luz é exposta à luz, é gerada uma pequena corrente de base que controla uma corrente de colector para o emissor muito maior.

Assim como os transístores regulares, os fototransístores podem ser transístores bipolares ou de efeito de campo. Ao contrário dos transistores fotobipolares, os fototransistores de efeito de campo usam luz para gerar uma tensão de porta que é usada para controlar uma corrente do dreno-fonte. são extremamente sensíveis a variações na luz e são mais frágeis, eletricamente falando, do que fototransistores bipolares.

Transistor de unijunção

São transistores de três derivações, que atuam exclusivamente como comutadores eletricamente controlados; Eles não são usados como amplificadores. Difere de outros modelos que fornecem a capacidade de agir como um interruptor e também como um amplificador. Um transistor de unijunção não fornece qualquer tipo decente de amplificação por causa da forma como ele é construído. Ele simplesmente não é projetado para fornecer uma tensão suficiente ou impulso de corrente.

As três derivações de um transistor unijuncional são B1, B2 e um cabo emissor, que é o condutor que recebe a corrente de entrada. A operação básica desse transistor é relativamente simples. Quando não existe diferença de potencial (tensão) entre o seu emissor e qualquer um dos seus condutores de base (B1 ou B2), apenas uma corrente muito pequena flui de B2 para B1. No entanto, se uma tensão de disparo positiva suficientemente grande em relação à sua base é aplicada ao emissor, uma corrente maior flui do emissor e combina com a pequena corrente de B2 para B1, dando origem a uma grande corrente de saída B1. Ao contrário de outros transistores, onde os fios de controle fornecem pouca corrente adicional, esse tipo de transistor é exatamente o oposto. Sua corrente de emissor é a fonte primária de corrente para o transistor. A corrente B2 para B1 é apenas uma quantidade muito pequena da corrente combinada total. Isto significa que os transístores unijuncionais não são adequados para fins de amplificação, apenas para comutação.

Onde os transistores são usados?

Vamos usar o exemplo de um microfone. Ondas sonoras são recebidas no diafragma do microfone. Esse diafragma vibra, e a frequência elétrica do microfone muda de acordo com essas ondas sonoras. Como resultado, a corrente base está variando por causa da voltagem alternada que o microfone gera. Uma pequena mudança na corrente base causa uma grande alteração no coletor da corrente. Essa variação vai até a caixa de som, onde ela é traduzida para a onda sonora correspondente a onda original. As frequências de ambas as ondas são equivalentes, mas a amplitude da onda sonora da caixa de som é maior do que as ondas sonoras que alimentaram o microfone.

Outro exemplo são circuitos de luz que dependem da escuridão para acender. O circuito é designado para manter um resistor dependente da luz na posição de escuridão, mantendo um transistor ligado. Quando esse resistor é atingido por luz, a resistência, a resistência aumenta, desligando o transistor e apagando a luz, consequentemente.

E no microchip de um computador, como os transistores funcionam?

Tudo que você precisa saber é que um transistor funciona como um amplificador ou um interruptor, usando uma pequena corrente para ligar um maior. Mas há uma outra coisa que vale a pena saber: como tudo isso ajuda os computadores a armazenar informações e tomar decisões?

Podemos colocar alguns transistores comutadores juntos para fazer algo chamado uma porta lógica, que compara várias correntes de entrada e dá uma saída diferente como resultado. As portas lógicas permitem que os computadores tomem decisões muito simples usando uma técnica matemática chamada álgebra booleana. Seu cérebro toma decisões da mesma maneira. Por exemplo, usando “entradas” (coisas que você sabe) sobre o tempo e o que você tem em sua casa, você pode tomar uma decisão como esta: “Se está chovendo E eu tenho um guarda-chuva, vou fazer compras”. Esse é um exemplo de álgebra booleana usando o que é chamado do operador AND. Você pode tomar decisões semelhantes com outros operadores. “Se está ventando OU está nevando, então eu vou colocar um casaco” é um exemplo de usar um operador OR. Ou “Se está chovendo E eu tenho um guarda-chuva OU eu tenho um casaco, então posso sair”. Usando AND, OR e outros operadores chamados NOR, XOR, NOT e NAND, computadores podem adicionar ou comparar números binários. Essa ideia é a pedra fundamental dos programas de computador: a série lógica de instruções que fazem os computadores fazerem as coisas.

Normalmente, um transistor de junção está “desligado” quando não há corrente de base e passa para “ligado” quando a corrente de base flui. Isso significa que é preciso uma corrente elétrica para ligar ou desligar o transistor. Mas transistores como este podem ser conectados com portas lógicas para que suas conexões de saída retornem para suas entradas. O transistor permanece ligado mesmo quando a corrente de base é removida. Cada vez que uma nova corrente de base flui, o transistor liga ou desliga. Ele permanece em um desses estados estáveis ??(ligado ou desligado) até que outra corrente apareça para mudar seu estado. Este tipo de arranjo é conhecido como flip-flop e transforma um transistor em um dispositivo de memória simples que armazena um zero (quando está desligado) ou um (quando está ligado). Flip-flops são a tecnologia básica por trás chips de memória do computador. Analisando esses milhões de zeros e uns contidos em um chip é que um computador é capaz de executar certas ações. Por exemplo, uma certa combinações de zeros e uns que saem do chip pode significar um “A” aparecendo na sua tela. Simples, não? Uma beleza da engenharia moderna!

Você ainda tem dúvidas sobre o uso de transistores e suas funções? Esquecemos de algum tipo de transistor? Deixe nos comentários suas dúvidas e complementos!

Sobre o autor

No final da década de 90, André começou a lidar diretamente com tecnologia ao comprar seu primeiro computador. Foi um dos primeiros a ter acesso à internet em sua escola. Desde então, passou a usar a internet e a tecnologia para estudar, jogar, e se informar, desde 2012 compartilhando neste site tudo o que aprendeu.

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