O transístor é um dos blocos de construção de toda a eletrónica moderna e está presente em todos os circuitos integrados. É um dispositivo semicondutor que torna possível a amplificação de sinais. Com ele é possível construir circuitos que amplificam sinais de tensão e/ou corrente.
Existem vários tipos de transístores, onde destacamos os transístores bipolares e os transístores de efeito de campo (FET – Field Effect Transistor). Dentro deste grupo incluem-se os FET de junção (JFET) e os transístores MOS (Metal Oxide Semiconductor), conhecidos como FET de porta isolada e MOSFET.
Os transístores bipolares são componentes semicondutores constituídos pela união de três cristais de silício (algumas vezes germânio) contaminados por determinada impureza. A ordem de colocação dos cristais, NPN ou PNP, dá o nome aos tipos de transístores existentes. Tanto os transístores PNP ou NPN são elementos semicondutores básicos com três terminais, ligados internamente a cada um dos três cristais que os constituem, conhecidos por emissor, base e coletor. Na figura seguinte mostram-se os símbolos utilizados para representar os dois tipos de transístor:
O emissor recebe este nome porque é ele que se encarrega de emitir as cargas móveis (eletrões ou lacunas, segundo o tipo) que atravessam o transístor. O coletor recebe a maior parte das cargas que partem do emissor.
A base encontra-se entre o emissor e o coletor e recebeu este nome porque constituía o suporte de ambos quando os transístores se fabricavam pelo processo de liga. Na atualidade, o processo mais utilizado e o de difusão. O transístor é o único cristal (P ou N) onde se efetuam duas difusões para obter 3 camadas diferentes.
Podemos fazer uma analogia com uma simples torneira:
Os transístores são caracterizados por vários parâmetros e existem em diferentes caixas. Os fabricantes disponibilizam esta informação através de folhas técnicas (datasheet). Devemos ter sempre presente os valores limites (absolute maximum ratings) como a tensão coletor-emissor, tensão coletor-base, corrente continua de coletor, corrente de pico, potência dissipável e também muito importante a temperatura da junção. Um exemplo de um transístor muito vulgar e conhecido:
Como polarizar um transístor
Para que o transístor bipolar possa funcionar é necessário polarizar cada um dos seus terminais, tal como mostra a figura acima, seja qual for o tipo de montagem que realizemos.
No tipo NPN a base e o coletor devem ser sempre positivos em relação ao emissor, ao passo que no tipo PNP a base e o coletor deverão ser negativos relativamente ao emissor. Quando o transístor está corretamente polarizado, existem três correntes diferentes, a corrente de base IB, a de coletor IC e a de emissor IE, de modo que em todos os casos (tipos e montagens) verifica-se a seguinte igualdade:
Como referimos, a corrente de base é pequena relativamente à de coletor, portanto, a corrente de coletor é muito parecida com a de emissor. Seguidamente, indicamos duas relações entre correntes de um transístor, que são de grande importância:
As grandezas α e β são conhecidas como os ganhos de corrente em montagens de base comum e emissor comum. Respetivamente. Estes valores variam de uns transístores para outros, em função da potência, entre outras características, para podermos comparar, se α = 0,98 então β=50, já que se combinarmos as equações poderemos comprovar que ambas se encontram relacionadas pela seguinte expressão:
A base e o emissor constituem uma junção PN, de maneira que quando polarizada diretamente produz a mesma queda de tensão que um díodo, 0,7V a 1V aproximadamente. VBE representa a diferença de potencial e VCE a tensão continua entre o emissor o coletor. O seu valor depende de muitas variáveis e pode oscilar desde aproximadamente 0,2V até ao valor da tensão de alimentação. A tensão coletor-base em funcionamento normal, é praticamente igual a VCE, já que a queda de tensão entre a base e o emissor é muito pequena.
O transístor não se emprega exclusivamente como elemento amplificador, mas também pode ser utilizado em circuitos de comutação, fazendo-o trabalhar nas zonas extremas das suas características.
Os estados possíveis do transístor são corte e condução, e dentro deste estado pode estar funcionando na zona ativa ou em saturação. Em amplificação trabalha na zona ativa, quer dizer, na parte linear da característica de saída, e quando se utiliza como comutador opera alternativamente em corte e em saturação.
Uma aplicação usual deste tipo de funcionamento passa por utilizar o transístor como comutador:
Esta aplicação permite ao microcontrolador Arduino que trabalha com lógica de 5V controlar cargas de maior tensão e corrente que o microcontrolador não poderia controlar diretamente.
Outras montagens genéricas para comutação:
No próximo capítulo, continuaremos o estudo do transístor.
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