O que é e para que serve um transistor?

Você sabe o que é um transistor? Este dispositivo é utilizado na maioria dos circuitos eletrônicos, sendo o principal componente dos equipamentos eletrônicos modernos. Suas características são de grande importância no estudo da eletrônica, e serão vistas a seguir.

O que é um transistor?

O transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas, muito utilizado na construção de chips eletrônicos para as mais variadas aplicações. Composto principalmente de silício ou germânio, o transistor é empregado em processos de amplificação e produção de sinais e em operações de chaveamento.

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Um transistor pode ser criado pela união de três materiais semicondutores obtidos pela adição de impurezas, alternando entre os do tipo P (que apresentam a polaridade positiva) e do tipo N (que apresentam a polaridade negativa). Desta forma são originados os dois tipos principais de transistores usados na eletrônica, que são o transistor PNP e o transistor NPN.

Quando foi descoberto?

O primeiro transistor foi desenvolvido em 16 de dezembro de 1947 por William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain nos laboratórios da Bell Telephone. Pouco tempo depois de anunciado e aperfeiçoado, os transistores substituíram as válvulas nas aplicações eletrônicas, por serem mais compactos, robustos e eficientes.

Quais os principais tipos de transistores?

Os transistores podem ser divididos em função do seu tipo e da sua aplicação. Entre os diversos tipos de transistores existentes no mercado, os transistores bipolares de junção e os transistores de efeito de campo são os mais utilizados.

O Transistor Bipolar de Junção – TBJ

Essa categoria de transistor recebe essa denominação por possuir duas junções PN combinadas e por envolver tanto cargas positivas, quanto cargas negativas no processo de condução. Os dois tipos de TBJ mais comuns são os NPN e os PNP. Nos transistores PNP, a corrente é composta majoritariamente de cargas positivas (lacunas), enquanto que nos NPN a corrente é composta majoritariamente de elétrons. Em ambos os casos há também um fluxo de cargas minoritárias.

Simbologia adotada para os transistores de tipo NPN e PNP.

Os três terminais do transistor bipolar de junção são denominados base, coletor e emissor. O terminal da base é responsável por controlar o processo de condução, enquanto que o emissor e o coletor são os terminais de entrada e saída da corrente principal de condução. A ordem dos terminais em cada transistor pode alternar entre modelos, tipos e fabricantes diferentes, fazendo necessária a consulta de seu datasheet para saber a ordem correta.

Por ser um dispositivo que possui três camadas de semicondutor alternadas, é possível trata-lo como duas junções de materiais semicondutores do tipo P e do tipo N. Tem-se então as junções base-emissor e a junção base-coletor. Quando polarizado de maneira correta, essas junções PN podem ser consideradas como dois diodos, com a junção base-emissor equivalendo a um diodo polarizado diretamente e a junção base-coletor a um diodo polarizado inversamente.

Por apresentar esse comportamento entre suas junções, o transistor bipolar de junção possui três regiões de operação diferentes, dependentes do tipo de polarização aplicada entre seus terminais. A região ativa de operação ocorre quando a junção base-emissor esta polarizada diretamente e a base-coletor esta polarizada inversamente. A região de saturação ocorre quando ambas as junções estão polarizadas diretamente. Já a região de corte ocorre quando ambas as junções estão inversamente polarizadas, não havendo a circulação de corrente entre coletor e emissor.

O Transistor de Efeito de Campo – FET

Outro tipo de transistor muito utilizado é o FET, que diferente do TBJ, é controlado de acordo com a tensão no seu terminal de controle (gate). Esse dispositivo possui três terminais: o gate, que é análogo a base; o source, que possui a mesma função do emissor; e o drain que possui a mesma função do coletor.

O FET é um dispositivo unipolar, ou seja, sua condução envolve apenas um tipo de carga por vez. Não há junções PN definindo o tipo de carga conduzida, apenas um canal semicondutor de ligação entre source e drain. Essa característica origina os dois principais tipos de FET, os de canal N (conduzem elétrons) e os de canal P (conduzem lacunas).

Há dois tipos principais de transistores de efeito de campo: o JFET (Junction Field Effect Transistor), que traduzindo é Transistor de Junção de Efeito de Campo; e o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) que traduzindo é Transistor de Efeito de Campo de Metal Oxido Semicondutor. Ambos os transistores são mais compactos que o TBJ e possuem como característica predominante nas aplicações uma alta impedância de entrada, que é o motivo pelo qual não atuam em função da corrente.

Quais os principais usos dos transistores?

Os dois principais usos do TBJ são em operações de amplificação e de chaveamento em circuitos. O primeiro ocorre porque quando uma corrente é aplicada na base do transistor, surge uma corrente de coletor proporcional a corrente de base multiplicada pelo seu ganho. Nos datasheets, esse ganho é chamado hFE, que é o ganho de corrente no coletor do transistor, quando este opera na região ativa. O vídeo abaixo mostra o exemplo de como medir esse ganho com um multímetro digital.

O segundo uso do transistor, e o principal em operações de controle, é o chaveamento de circuitos. Nesta função, o transistor opera nas regiões de corte e saturação. Quando a corrente aplicada na base é igual a zero, o transistor opera como uma chave aberta, na região de corte. Quando a base é alimentada com uma corrente de modo a obter-se a corrente de coletor máxima (especificada nos datasheets), o dispositivo passa do estado de corte para saturação, atuando assim como uma chave fechada ao mínimo acréscimo de corrente acima do limite.

Exemplo de aplicação do transistor como chave. O LED acende quando o transistor estiver em saturação.

Qual o transistor mais utilizado?

Os transistores possuem as mais diversas aplicações e função de suas características. Exemplos de transistores mais utilizados em circuitos eletrônicos são os transistores NPN e PNP BC548 e BC558, juntamente com outros similares da mesma família. A diferença entre eles está apenas nas características nominais expostas nos datasheets. Os transistores BCs são dispositivos de uso geral utilizados em circuitos como, por exemplo, osciladores, amplificadores de áudio, excitador de LEDs, entre outros, estando presentes em boa parte dos circuitos eletrônicos.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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