Como funciona um transistor?

O transistor é uma das duas invenções mais importantes do século passado. O outro é, é claro, a poltrona reclinada. O advento do transistor estimulou o que agora é chamado de revolução eletrônica. Sem a invenção do transistor, a maioria dos dispositivos eletrônicos em que você está tão desesperadamente dependente não existiria.

As maravilhas tecnológicas mais indispensáveis ​​da era moderna dependem do transistor – computadores pessoais, televisores, smartphones, tablets, phablets, laptops, roteadores e massageadores de pés. Suffused com bilhões deles, os transistores são para dispositivos eletrônicos que células são para nossos corpos. Mas como um instrumento mais fino do que um cabelo humano consegue levantar indústrias inteiras em seus ombros fracos?

Semicondutores

Primeiro, devemos aprender do que os transistores são feitos. O conhecimento de sua anatomia nos permitirá entender seu funcionamento com maior facilidade. Os semicondutores são basicamente os ambientes do mundo material. Eles não são demasiado gregários quando se trata de se fazer amigos de elétrons, como condutores, nem são reticentes e não respondem a eles como isoladores introvertidos. A sua condutividade situa-se entre os condutores e isoladores. Os semicondutores mais utilizados são Silicon e Germanium.

Os semicondutores são conduzidos somente quando são aquecidos a altas temperaturas. A energia térmica supera a fraca energia que liga vagamente seus elétrons aos seus átomos, libertando-os e, ao fazê-lo, tornando o material condutor. No entanto, uma alternativa mais conveniente é alterar a estrutura atômica do material e aumentar a sua condutividade, injetando-o com impurezas, um processo conhecido como doping. Esses materiais são apenas semi-condutores porque o volume de elétrons liberados é muito menor do que o volume de elétrons livres que pululam na superfície dos condutores.

A condutividade parcial, no entanto, torna a sua corrente de saída suscetível a manipulação ou sendo “controlada”. Onde os elétrons jorram para fora de um condutor em volumes enormes, como a água flui para baixo de uma barragem, os elétrons em um semicondutor se comportam mais como a água sendo extraída de uma faucet. A torneira pode ser apertada ou afrouxada para regular a quantidade de água que flui através dela. Este é precisamente o princípio de funcionamento de um transistor.

O Transistor

Vamos seguir adiante com nossa analogia de faucet. O funcionamento de uma faucet compreende três partes: um reservatório de água, o tubo através do qual a água sai e uma alça que nos permite controlar o volume que sai. Da mesma forma, um transistor é formado pela aderência de três semicondutores: um reservatório de elétrons, preenchido por doping excessivo, um tubo moderadamente dopado, e um identificador que tem – um pode razoavelmente concluir – nenhum elétron. A corrente do reservatório flui através do tubo quando a alça é girada. A extensão da rotação determina a quantidade de corrente que flui através do tubo. Aqui, girar significaria fornecer a alça com uma pequena tensão ou corrente.

Os transistores podem basicamente ser agrupados em duas categorias: transistores de junção e transistores de efeito de campo. O reservatório, tubo e alça nos transistores de junção são chamados de emissor, coletor e base, respectivamente. O coletor é denotado por “n +”, destacando um excesso de partículas carregadas negativamente (elétrons). Da mesma forma, o emissor é denotado por “n”, destacando uma densidade moderada de elétrons, enquanto que a base é denotada por “p”, destacando a ausência de elétrons ou um excedente de partículas carregadas positivamente , chamadas furos. O termo junção refere-se às junções formadas entre esses três blocos.

On the other hand, field effect transistors are configured quite differently. It consists of not three, but two layers sandwiched on top of the other. The electrons flow through the viscera of one layer, called the channel, while the other layer, called the gate, performs the function of the handle. The gate’s voltage controls the strength of current that flows through the channel. The different architecture gives it quite different resistive properties, but the basic function of the two categories of transistors are essentially the same – control a strong current with a weak voltage.

Existem duas funções básicas que um transistor pode executar. Pode atuar como um interruptor ou como um amplificador. Ao atuar como um interruptor, a torneira permite que uma corrente flua através de seu tubo somente quando seu punho é fornecido com uma certa quantidade de tensão. Quando for fornecida uma tensão menor do que este limiar, a torneira sufoca qualquer corrente que possa fluir através dela. É assim que os números binários são gerados. Cada bit “1” ou “0” é uma torneira aberta cuja magnitude de corrente é padronizada como “1”, ou uma torneira fechada, que se traduz em “0”. A sequência de bits é então manipulada por microprocessadores para implementar uma miríade de operações.

De acordo com a lei de Moore, o número de transistores que povoam um microprocessador deve duplicar todos os anos. O início dos processadores inicialmente viu um milhão de transistores presos neles, um número que agora, de acordo com a lei de Moore, aumentou em trilhões! Essa façanha inacreditável não teria sido possível se os semicondutores não tivessem mostrado uma propensão a ser tão fácil de dimensionar. Sua tremenda escalabilidade nos permitiu encolher um computador, um telefone, um rádio, um GPS, um console de jogos e tantas outras coisas em um único dispositivo – o dispositivo no qual você provavelmente está lendo isso agora.

Ao operar como um amplificador, desenha uma grande corrente do reservatório à medida que o punho é liberado progressivamente, de modo que uma pequena quantidade de corrente controla uma grande quantidade de corrente – a corrente de saída é diretamente proporcional à corrente de entrada. Os amplificadores são freqüentemente usados ​​em salas onde os microfones aumentam a voz de um falante. Os amplificadores são onipresentes nas tecnologias de comunicação, onde os sinais adulterados devido a longas distâncias de viagem são constantemente capturados e amplificados para garantir sua integridade. Clique aqui para saber mais sobre semicondutores e transistores em detalhes, enquanto aprecio uma massagem nos pés caído na minha poltrona reclinável, passando a mão por meio de  Como parar de ser preguiçoso. 

Referências:

1. Universidade de Pittsburgh
2. Physlink.com
3. Georgia State University
4. Universidade Estadual de San Jose