Índice do curso aquiVotação sobre "Curso básico de electrónica – por José Flor"Sondagem sobre o seu conhecimento em electrónicaIntrodução á electrónica básica
Parte 5
Transistor
A primeira versão do que veio a ser o transistor foi criada em 1945 por uma equipe do Bell Labs, composta por John Bardeen, Walter Brattain e chefiada por Willian Shockley. Este transistor primordial era feito com um cristal de germânio prensado entre duas folhas de ouro. Três anos depois, a custo de um milhão de dólares em pesquisas, a Bell possuía o seu primeiro amplificador de semicondutor. Esta versão inicial era conhecida como transistor de contato de ponta.
O transistor possui três eletrodos; portanto, é também um tríodo. Um dos eletrodos é chamado de base, outro de emissor e, o terceiro de coletor. Os transistores substituem as válvulas a vácuo em todas as suas funções. Ver figura 1.
Figura 1
Numa lição anterior vimos que os corpos, quanto à facilidade com que eles podem conduzir a corrente, costumam ser classificados em condutores, semicondutores e isolantes. Para o estudo do transistor, o mais importante é o semicondutor. Os materiais mais importantes, atualmente, na fabricação de transistores e diodos são: germânio, silício, índio, arsênio, fósforo, gálio, etc. O semicondutor, é um mau condutor. Está mais perto dos isolantes do que dos condutores. Entretanto, quando se adiciona alguma substancia a um semicondutor, como o germânio e o silício, suas propriedades elétricas sofrem profundas modificações. A substancia que se adiciona ao semicondutor puro é chamada de impureza e chama-se de dopagem ao ato de adicionar tais impurezas.
Tipos de impurezasExistem dois tipos de impurezas. A doadora e a aceitadora. Consideremos o semicondutor germânio, figura 2.
Figura 2
Ele, é formado por átomos de germânio. Cada átomo está ligado aos seus vizinhos através de quatro elétrons. Suponhamos agora que ao germânio puro, como vemos na figura 3, seja dopado com fósforo, que é uma substancia que tem cinco elétrons rodeando o átomo.
Figura 3
Essa substancia adicional ao germânio constitui uma imporeza. Essa impureza tem cinco elétrons e o germânio somente quantro. Ora, quando se misturam germânio e fósforo, quatro elétrons do fósforo se unirão ao germânio e um de cada átomo ficará livre, porque não pode juntar-se à estrutura do germânio, uma vez que lê só aceita quatro. Como o fósforo cedeu um elétron ao germânio, ele, fósforo, é chamado de impureza doadora. Se ligarmos uma bateria a esse material, o elétron livre se moverá através do material para o pólo positivo da bateria. Há, então, passagem de corrente elétrica constituída por elétrons . o semicondutor formado é chamado de semicondutor do tipo N (negativo), já que os portadores de carga são os elétrons. Existe outra possibilidade. Ao invés de dopar o germânio com fósforo, vamos adicionar a ele uma substancia que tenha somente três elétrons na última camada, como o boro, por exemplo. Então, haverá um elétron a menos na ligação. Dizemos que há um buraco ou vazio (figura 4).
Figura 4
Quando um elétron da estrutura se dirige à lacuna para completar a ligação, o átomo de onde veio fica carregado positivamente, porque era neutro e perdeu uma carga negativa. Isto equivale a dizer que o átomo que cedeu o elétron ganhou uma lacuna. Se outro elétron vem preencher a lacuna e restabelecer o equilíbrio do átomo, deixará, no átomo de onde partiu, outro buraco positivo (lacuna). Deste modo, as lacunas se movem no semicondutor e com a particularidade de o movimento das lacunas acontecer em sentido contrário ao dos elétrons. A impureza do boro é chamada de aceitadora. O germânio dopado com boro é chamado de semicondutor P, porque a maioria dos portadores de carga é lacunas. Convém observar que os semicondutores do tipo P ou N, no estado natural, permanecem eletricamente neutros, porque a carga de cada elétron fica equilibrada pela carga positiva que existe no núcleo. Alem disso, se às extremidades de uma barra de qualquer desses semicondutores for ligada uma bateria, haverá passagem de corrente normalmente, ou seja, do pólo negativo para o positivo da bateria. Ainda mais, se os pólos da bateria forem invertidos, inverter-se-á também o sentido da corrente mas a intensidade permanecerá a mesma. Materiais do tipo P ou do tipo N podem ser dopados de maneira a apresentarem valores exatos de resistividade na construção de resistores internos a circuitos integrados.
Junção PNVamos justapor uma barra de semicondutor P e outro N. Formamos, o que se chama de junção PN. Quando isso acontece, na superfície da junção sucede o seguinte: os elétrons do semicondutor N passam rapidamente através da superfície da união e vão preencher os buracos do semicondutor do tipo P. Essa transferência não dura indefinidamente, porque cada elétron que sai do semicondutor N deixa uma carga positiva e cada lacuna que é preenchida pelo elétron deixa uma carga negativa, já que, os dois semicondutores são eletricamente neutros. Então, logo se forma uma camada de cargas positivas no semicondutor N e outra negativa no P. Essas duas camadas impedem o prosseguimento da difusão, isto é, da passagem dos elétrons para a região P e das lacunas para a região N. Essas duas camadas formam um obstáculo ao movimento das cargas majoritárias, que é chamada de barreira de potencial. Ela é equivalente a uma pilha imaginária, como ilustra a figura 5.
Figura 5
Feita a junção da maneira explicada, vamos ligar aos seus extremos uma bateria e verificar o que acontece. Inicialmente, liguemos o pólo positivo da bateria à região P e o negativo à região N, como mostra a figura 6. Nesta situação, as lacunas da região P são empurradas para a região de contato, e os elétrons da região N também são empurrados para a região de contato. O pólo positivo atrai os elétrons e o negativo atrai as lacunas. Assim, no semicondutor, a corrente é formada pelo movimento dos elétrons e das lacunas. Quando a bateria é ligada da maneira descrita, o pólo positivo ao semicondutor P e o negativo ao N, diz-se que a junção está polarizada no sentido direto, que corresponde ao sentido em que há passagem de corrente. Se a bateria estiver ligada como mostra a figura 6, o terminal negativo atrai as lacunas e o positivo os elétrons. Tanto elétrons como lacunas ficam concentrados nos extremos dos semicondutores, e não ha passagem de corrente. Isto é a mesma coisa que aumentar a barreira de potencial. Dizemos que a junção está polarizada no sentido inverso. Uma junção deste tipo, PN, é chamada de diodo. Por essa razão, os diodos formados pelas junções PN de semicondutores, como o germânio e o silício, são largamente utilizados em eletrônica. Na figura ao lado vemos a simbologia do diodo. O A é o ânodo, este é o lado por onde entra a corrente e o K, é o cátodo por onde sai a corrente (sentido convencional).
Figura 6
Dois semicondutores do tipo N, tendo entre si um semicondutor do tipo P, ou dois semicondutores do tipo P, tendo no meio um semicondutor do tipo N, formam o componente que recebe o nome de transistor. No primeiro caso, o transistor é do tipo NPN e, no segundo PNP. Na figura 7, mostramos as representações de um transistor tipo NPN e outro PNP. Cada semicondutor é unido a um terminal metálico para ligá-lo ao circuito externo. A fatia do meio, recebe o nome de base e as laterais de emissor e coletor, respectivamente. Na figura 8, mostramos a simbologia dos dois tipos de transistores.
Consideremos um transistor NPN e polarizemos a junção emissor-base no sentido direto, e a junção coletor-base, no sentido inverso como mostra a figura 7. 1- Na junção NP emissor-base, os elétrons são empurrados pelo pólo negativo da bateria, até à base. Ai, uma pequena parte deles se recombina com as lacunas, que são poucas, já que a base é muito fina. 2- A bateria que alimenta o coletor está em série com a bateria que alimenta o emissor; portanto, ela reforça o efeito desta última e atrai os elétrons que passam pela base. Assim, praticamente todos os elétrons que partiram do emissor atingem o coletor, e a corrente do coletor é quase a mesma do emissor. 3- O outro transistor PNP, está com as ligações invertidas em relação ao NPN. Os portadores de corrente, agora, são as lacunas. As explicações que demos para o funcionamento do transistor NPN valem para o PNP, com a diferença de que agora, o fluxo é de lacuna. 4- Nas duas polarizações da figura 8, o sentido da corrente é o real. 5- Tanto o emissor como o coletor são feitos do mesmo tipo de semicondutor. Entretanto, o coletor é mais volumoso que o emissor, como mostra a figura 9.
Medir um transistor BJT com multimetro digital na posição diodo
Uma forma de medir o transistor com o multimetro digital é usando a escala do diodo.
EX de um BJT PNP BC538 em bom estado:
1 - Positivo no C e negativo na B = 0,704
2 - Positivo no E e negativo no E = 0,707
3 - Negativo no C e positivo na B = 1
4 - Negativo no E e positivo no E = 1
5 - Negativo no C e positivo na E = 1
6 - Negativo no E e positivo na C = 1
Como pode ver a leitura mais baixa é 0,704, logo estamos a medir entre BC. O positivo vai no C, logo P (positivo). Esta medição não nos dá o valor do ganho mas é muito útil para saber se o transistor está bom. Com a medição anterior podemos dizer que o ganho está bom.
José António Flor de Sousa
