Internet

12/07/2012 11h06 - Atualizado em 12/07/2012 11h06

Transistores para principiantes

B. Piropo
por
Para o TechTudo

O que me proponho a fazer nesta coluna é explicar o que são e como funcionam os transistores usando um vocabulário tanto quanto possível despido de termos técnicos e recorrendo a conceitos ao alcance da compreensão do leitor não especialista seja em eletrônica, seja em informática.

Figura 1: réplica do primeiro transistor fabricado em 1948 (da Wikipedia)Figura 1: réplica do primeiro transistor fabricado em
1948 (Foto: Reprodução/Wikipedia)

Então vamos lá: o que é um transistor?

A forma mais simples de responder esta pergunta seria afirmar que o transistor é o substituto da válvula eletrônica. Mas, neste caso, será necessário explicar o que são (sim, o verbo está no presente porque ainda existem, embora raras) válvulas eletrônicas. Menos mal, porque o termo “válvula” tem um significado amplamente conhecido que pode ajudar a esclarecer a coisa.

Senão, vejamos: uma válvula eletrônica regula o fluxo de elétrons (ou corrente elétrica) em um condutor elétrico da mesma forma que uma válvula hidráulica regula o fluxo de água (ou vazão) em um cano – que, usando a mesma analogia, pode ser considerado um “condutor hidráulico”.

E como funciona uma válvula hidráulica?

Bem, isso sabemos todos: totalmente aberta, deixa passar toda a corrente de água. Totalmente fechada, interrompe inteiramente esta corrente. E mantida em qualquer posição intermediária, regula a vazão (ou volume de água que flui na unidade de tempo) entre estes dois limites.

Válvulas eletrônicas fazem essencialmente a mesma coisa com a corrente elétrica, análoga à vazão no exemplo acima. Por isto, nos circuitos eletrônicos usados nos antigos aparelhos de rádio, válvulas eram empregadas como amplificadores de corrente, pois permitiam reproduzir as oscilações da débil corrente elétrica do sinal captado pela antena, ampliando-as até a corrente de maior intensidade exigida pelo alto-falante para reproduzir o som. Os rádios modernos empregam transistores para desempenhar exatamente a mesma função em aparelhos de menores dimensões que consomem muito menos potência (quem desejar mais detalhes sobre o funcionamento interno de válvulas e transistores pode encontrá-los na coluna “Válvulas e transistores”).

Mas, no que toca aos computadores, não nos interessa o papel de amplificador de corrente que o transistor pode desempenhar. Isto porque os computadores – ou pelo menos seus principais componentes, como o microprocessador ou Unidade Central de Processamento e circuitos auxiliares – usam a chamada “lógica binária” ou “lógica digital” para executarem suas operações internas.

A lógica digital é um ramo peculiar da lógica matemática que por sua vez é um ramo da lógica formal. A peculiaridade consiste no fato de que suas variáveis podem assumir apenas dois valores mutuamente exclusivos: verdadeiro ou falso, jamais um valor intermediário.

Estes dois valores são usados para representar os algarismos “um” e “zero” empregados nas operações internas dos computadores. Desta forma podemos afirmar que “Verdadeiro = 1” e “Falso = 0” e, apenas com estes dois algarismos, representar todos os números no sistema numérico binário, ou de base 2 (quer saber mais sobre ele? Consulte a coluna “Bits e Bytes”).

E que têm os transistores a ver com isto?

Muito. Porque além de amplificar uma corrente elétrica eles podem ser usados em circuitos onde assumem apenas as duas posições extremas: totalmente “fechados” ou totalmente “abertos”. Explicando melhor: podem ser ajustados apenas para interromper inteiramente uma corrente elétrica (se “fechado”) ou para deixá-la passar integralmente (quando “aberto”), em uma função idêntica à dos interruptores comuns, destes usados para acender lâmpadas.

Sendo assim, o transistor pode ser concebido como se estivesse permanentemente respondendo à pergunta: “uma corrente elétrica escoa pelo condutor?”

Se o transistor está aberto, a resposta é “Verdadeiro” e representa o algarismo “um”. Se, ao contrário, estiver fechado, a resposta é “Falso” e representa o algarismo “zero”.

Resumindo: o transistor é o mais importante componente dos circuitos eletrônicos digitais que formam as entranhas de nossos computadores onde sua única função é atuar de forma análoga a um interruptor de corrente controlado eletricamente.

Mas o que isto quer dizer exatamente? E como ele funciona na prática (ou seja, como fazê-lo “abrir” e “fechar” usando apenas a eletricidade)? Vejamos.

O transistor foi criado em 1948 como resultado das pesquisas conjuntas de três físicos, John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley e foi considerado tão importante que levou o trio a ser laureado com o Nobel de Física pelo seu feito apenas oito anos depois, em 1956. Ele consiste de uma partícula de material semicondutor como o silício (ou seja, cuja capacidade de conduzir corrente elétrica se situa entre as dos materiais condutores e isolantes) à qual foi agregada uma pequena porção de um tipo determinado de impureza, como o germânio (ao pessoal com formação técnica e aos críticos de plantão: sim, a explicação é altamente simplificada, mas se presta à finalidade desta coluna que, convém lembrar, é dirigida a leigos). Esta impureza faz com que o material passe ou a conduzir corrente de forma semelhante a um condutor verdadeiro, com baixíssima resistência elétrica, ou a impedir completamente sua passagem, como um isolante, dependendo das circunstâncias.

Figura 2: Transistores (da Wikipedia)Figura 2: Transistores (Foto: Reprodução/Wikipedia)

A este pequeno dispositivo são ligados três terminais que recebem o nome de “emissor”, “coletor” e “base”. Alguns exemplares são vistos na Figura 2, obtida na Wikipedia. Para que se tenha uma ideia de suas dimensões: a parte central circular do maior deles mede menos de 2 cm de diâmetro. O menor, embaixo, mede não mais que alguns milímetros. Ainda assim, estas dimensões devem-se quase que exclusivamente ao invólucro, ou “encapsulamento”, posto que o transistor propriamente dito pode ser microscópico (os usados nos processadores modernos, como veremos nas colunas seguintes, medem apenas alguns bilionésimos de milímetro). Ora, como uma válvula comum é mais ou menos do tamanho de uma lâmpada incandescente de tamanho médio, é fácil entender porque praticamente desapareceram, substituídas pelos transistores que cumprem as mesmas funções. Nos circuitos eletrônicos o transistor costuma ser representado pelo símbolo exibido na Figura 3.

Figura 3: Símbolo do transistorFigura 3: Símbolo do transistor (Foto: Reprodução)
 

Nos circuitos digitais seu funcionamento é muito simples. Emissor e coletor são conectados em série a um circuito elétrico que pode ou não ser alimentado por uma corrente. A base é ligada a outro ponto do circuito cuja finalidade é controlar o estado do transistor. Quando uma tensão elétrica é aplicada à base, o transistor “abre”, ou seja, funciona como condutor, permitindo que uma corrente elétrica flua entre emissor e coletor e alimente o circuito ao qual está ligado. Quando a tensão aplicada à base é nula, o transistor “fecha” e se comporta como um isolante, impedindo o fluxo da corrente e cortando a alimentação do circuito.

Como é possível que uma coisa tão simples e tão pequena tenha se tornado importante a ponto de mudar o comportamento da sociedade em menos de meio século?

Bem, isto veremos nas próximas colunas. Assim como acompanharemos de forma muito simplificada sua evolução ao longo destas últimas décadas e os problemas cuja solução levou ao desenvolvimento do transistor “Trigate”, objeto final desta série de colunas.

Até lá.

B. Piropo

Seja o primeiro a comentar

Os comentários são de responsabilidade exclusiva de seus autores e não representam a opinião deste site. Se achar algo que viole os termos de uso, denuncie. Leia as perguntas mais frequentes para saber o que é impróprio ou ilegal.

recentes

populares

  • Murilo
    2017-09-22T09:53:12

    Bom dia. É a primeira vez que comento em um post. Muito bom o material, o conteúdo é de simples compreensão e direto. Parabéns e continue assim com mais matérias.

  • Diego Silva
    2012-07-12T16:31:49

    Otima matéria, Continue assim.

  • Antonio Filho
    2012-07-12T15:37:51

    Saudade de B. Piropo. Antonio Cordeiro Filho