Um elemento rádio-electrónico feito de material semicondutor cria, amplifica e modifica impulsos em circuitos e sistemas integrados para armazenamento, processamento e transmissão de informação utilizando um sinal de entrada. Um transistor é uma resistência cuja função é regulada pela tensão entre o emissor e a base ou fonte e o portão, dependendo do tipo de módulo.
Conteúdos
Tipos de transístores
Os transístores são amplamente utilizados no fabrico de circuitos digitais e analógicos para zerar a corrente estática de consumo e obter uma linearidade melhorada. Os tipos de transístores diferem no facto de alguns serem controlados por uma mudança de voltagem, enquanto outros são controlados por uma variação de corrente.
Os transístores de efeito de campo operam a uma resistência DC mais elevada, transformando-se a uma frequência elevada não aumenta o custo da energia. Em termos simples, o que é um transístor, é um módulo com um elevado ganho de vantagem. Esta característica é maior para os tipos de campo do que para os tipos bipolares. Os primeiros não têm dissipação de portador de carga, o que acelera a operação.
Os semicondutores de campo são utilizados mais frequentemente devido às vantagens sobre os tipos bipolares:
- Forte impedância de entrada em corrente contínua e alta frequência, o que reduz a perda de potência para controlo;
- Sem acumulação de electrões não essenciais, o que acelera o funcionamento dos transístores;
- transporte de partículas móveis;
- estabilidade durante as flutuações de temperatura;
- Baixo ruído devido à falta de injecção;
- Baixo consumo de energia durante o funcionamento.
Os tipos de transístores e as suas propriedades definem o objectivo. O aquecimento de um transístor do tipo bipolar aumenta a corrente no trajecto desde o colector até ao emissor. Têm um coeficiente de resistência negativo e os portadores móveis fluem para o colector a partir do emissor. A base fina é separada por junções p-n e a corrente só surge quando partículas em movimento se acumulam e injectam-nas na base. Alguns dos carregadores são capturados pela junção p-n vizinha e acelerados, que é a forma como os transístores são concebidos.
Os transístores de efeito de campo têm outro tipo de vantagem que precisa de ser mencionada para os manequins. Estão ligados em paralelo sem qualquer equalização de resistência. As resistências não são utilizadas para este fim, pois o valor sobe automaticamente à medida que a carga muda. Para obter um alto valor de corrente de comutação, é recrutado um complexo de módulos, que é utilizado em inversores ou outros dispositivos.
Um transistor bipolar não deve ser ligado em paralelo, a determinação dos parâmetros funcionais leva à detecção de uma ruptura térmica de natureza irreversível. Estas propriedades estão relacionadas com as qualidades técnicas dos canais p-n simples. Os módulos são ligados em paralelo utilizando resistências para igualizar a corrente nos circuitos emissores. Dependendo das características funcionais e das especificidades individuais, uma classificação de transístores é composta de tipos bipolares e de efeitos de campo.
Transístores bipolares
Os desenhos bipolares são fabricados como dispositivos semicondutores com três condutores. Em cada um dos eléctrodos, existem camadas com p-condutividade de furo ou impureza n-condutividade. A escolha da disposição das camadas determina a libertação dos tipos de dispositivos p-n-p ou n-p-n. Quando o dispositivo é ligado, diferentes tipos de cargas são transportados por furos e electrões ao mesmo tempo, estão envolvidos 2 tipos de partículas.
Os transportadores são transportados por um mecanismo de difusão. Os átomos e as moléculas de uma substância penetram na rede intermolecular do material adjacente e os seus níveis de concentração desligam-se ao longo de todo o volume. A transferência tem lugar a partir de áreas de alta densidade para áreas de baixa densidade.
Os electrões também se propagam sob a acção do campo de forças em torno das partículas quando os aditivos da liga são incorporados de forma desigual na massa de base. A fim de acelerar a acção do dispositivo, o eléctrodo ligado à camada intermédia é tornado fino. Os condutores de bordo são chamados emissores e colectores. A característica de tensão inversa da junção não é importante.
Transístores de efeito de campo
Um transistor de efeito de campo controla uma resistência por meio de um campo transversal eléctrico resultante de uma tensão aplicada. O local de onde os electrões entram no canal chama-se fonte e o dreno parece ser o ponto de entrada final das cargas. A tensão de controlo flui através de um condutor chamado portão. Os dispositivos estão divididos em 2 tipos:
- junção p-n;
- Transístores TIR com portão isolado.
O primeiro tipo contém uma bolacha semicondutora que é ligada ao circuito controlado por eléctrodos em lados opostos (dreno e fonte). Um tipo diferente de condutividade ocorre após a placa ser ligada ao portão. Uma fonte de polarização DC inserida no circuito de entrada produz uma tensão de bloqueio na junção.
A fonte do pulso amplificado está também no circuito de entrada. Após as alterações da tensão de entrada, o número correspondente na junção p-n é transformado. A espessura da camada e a área da secção transversal da junção do canal no cristal que permite o fluxo de electrões carregados é modificada. A largura do canal depende do espaço entre a região de depleção (por baixo da porta) e o substrato. A corrente de controlo nos pontos inicial e final é controlada alterando a largura da região de depleção.
O transistor TIR caracteriza-se pelo facto de a sua porta estar separada da camada do canal por um isolador. No cristal semicondutor, chamado substrato, são criados locais dopados com sinal oposto. Os condutores - o dreno e a fonte - são montados sobre eles, com um dieléctrico entre eles a uma distância inferior a um mícron. Um eléctrodo metálico - o portão - é colocado sobre o isolador. Devido à estrutura resultante contendo metal, camada dieléctrica e semicondutor, aos transístores é atribuída a abreviatura TIR.
Concepção e funcionamento para principiantes
A tecnologia funciona não só com uma carga de electricidade, mas também com um campo magnético, quanta de luz e fótons. O princípio de funcionamento de um transistor reside nos estados entre os quais o dispositivo muda. Em oposição ao sinal pequeno e grande, estado aberto e fechado - este é o duplo funcionamento dos dispositivos.
Juntamente com o material semicondutor na sua composição, utilizado sob a forma de um único cristal dopado em alguns locais, o transístor tem na sua construção
- cabos metálicos;
- isoladores dieléctricos;
- Caixa de transístor feita de vidro, metal, plástico, metal cerâmico.
Antes da invenção dos dispositivos bipolares ou polares, os tubos de vácuo electrónicos eram utilizados como elementos activos. Os circuitos desenvolvidos para eles são, após modificação, utilizados no fabrico de dispositivos semicondutores. Podem ser ligados como um transístor e aplicados, porque muitas características funcionais dos tubos de vácuo são adequadas quando se descreve o funcionamento dos dispositivos de campo.
Vantagens e desvantagens da substituição de tubos por transístores
A invenção dos transístores tem sido uma força motriz por detrás da introdução de tecnologia inovadora na electrónica. Os elementos semicondutores modernos são utilizados na rede e, em comparação com os circuitos de tubos mais antigos, tais desenvolvimentos têm vantagens:
- Tamanho pequeno e baixo peso, o que é importante para a electrónica em miniatura;
- a possibilidade de aplicar processos automáticos à produção de dispositivos e agrupar as etapas, o que reduz o custo de produção;
- Utilização de pequenas fontes de corrente devido ao requisito de baixa tensão;
- activação instantânea, não há necessidade de aquecer o cátodo;
- Aumento da eficiência energética devido a uma menor dissipação de energia;
- robustez e fiabilidade;
- interacção suave com elementos adicionais da rede;
- resistência à vibração e ao choque.
As desvantagens manifestam-se nas seguintes disposições:
- Os transístores de silício não funcionam a tensões superiores a 1 kW; as lâmpadas são eficazes a tensões superiores a 1 a 2 kW;
- Ao utilizar transístores em transmissores de alta potência ou transmissores UHF, os amplificadores de baixa potência ligados em paralelo devem ser combinados;
- Vulnerabilidade dos elementos semicondutores ao sinal electromagnético;
- Resposta sensível aos raios cósmicos e à radiação, exigindo o desenvolvimento de microcircuitos resistentes à radiação a este respeito.
Diagramas de comutação
Para funcionar num único circuito, um transistor requer 2 ligações de entrada e saída. Quase todos os dispositivos semicondutores têm apenas 3 pontos de ligação. Para sair da situação difícil, um dos extremos é designado como comum. Assim, existem 3 diagramas de ligação comuns:
- para um transístor bipolar;
- dispositivo polar;
- com drenagem aberta (colector).
Uma unidade bipolar é ligada com um emissor comum para amplificação de tensão e corrente (EO). Noutros casos, harmoniza os pinos de um chip digital quando existe uma alta tensão entre o circuito externo e o plano de ligação interno. É assim que funciona a ligação de colectores comuns, e há apenas um aumento da corrente (OK). Se for necessário um aumento de tensão, o elemento é introduzido com uma base comum (CB). A opção funciona bem em circuitos compostos em cascata, mas é raramente utilizada em projectos de um único transistor.
Os dispositivos semicondutores de campo das variedades TIR e p-n de junção estão incluídos no circuito:
- emissor comum (JE) - uma ligação semelhante ao JE de um módulo bipolar
- com saída comum (OC) - uma ligação semelhante ao tipo OC
- com porta partilhada (SW) - semelhante ao equipamento original.
Em planos de drenagem aberta, o transistor é incluído com um emissor comum como parte do chip. O pino colector não está ligado a nenhuma outra parte do módulo e a carga vai para o conector externo. A escolha das tensões e correntes colectoras é feita após a montagem do projecto. Os dispositivos de drenagem aberta funcionam em circuitos com potentes estágios de saída, condutores de autocarro, e circuitos lógicos TTL.
Para que servem os transístores?
A aplicação é diferenciada consoante o dispositivo seja um módulo bipolar ou um dispositivo de campo. Porque são necessários transístores? Se forem necessárias correntes baixas, por exemplo, em planos digitais, são utilizados os tipos de campo. Os circuitos analógicos atingem uma elevada linearidade de ganho numa vasta gama de tensões de alimentação e parâmetros de saída.
As aplicações para transístores bipolares incluem amplificadores, combinações, detectores, moduladores, circuitos lógicos de transístores e inversores lógicos.
As áreas de aplicação dos transístores dependem das suas características. Funcionam em 2 modos:
- Na regulação do amplificador, alterando o pulso de saída com pequenos desvios no sinal de controlo;
- Por ordem de chaveamento, controlando a potência das cargas quando a corrente de entrada é baixa, o transístor é totalmente fechado ou totalmente aberto.
O tipo de módulo semicondutor não altera as suas condições de funcionamento. A fonte é ligada a uma carga, por exemplo, um interruptor, um amplificador de som, uma luminária, pode ser um sensor electrónico ou um poderoso transístor vizinho. A corrente inicia o funcionamento da unidade de carga e o transistor é ligado no circuito entre a unidade e a fonte. O módulo semicondutor limita a entrada de energia à unidade.
A resistência à saída do transístor é transformada de acordo com as tensões no condutor de controlo. A corrente e voltagem no início e no fim do circuito mudam e aumentam ou diminuem e dependem do tipo de transístor e da forma como está ligado. O controlo da alimentação eléctrica controlada leva a um aumento da corrente, a um impulso de potência ou a um aumento da tensão.
Os dois tipos de transístores são utilizados nas seguintes aplicações:
- Na regulação digital. Foram desenvolvidos desenhos experimentais para circuitos amplificadores digitais baseados em conversores digital-para-analógico (DACs).
- Em geradores de impulsos. Dependendo do tipo de unidade, o transístor opera em ordem chaveada ou linear para reproduzir sinais rectangulares ou arbitrários, respectivamente.
- Em dispositivos electrónicos de hardware. Para proteger informações e programas contra roubo, adulteração e utilização ilegais. O funcionamento é em modo chave, a corrente é controlada em forma analógica e regulada pela largura do impulso. Os transístores são colocados em accionamentos de motores eléctricos, reguladores de voltagem de pulso.
Os semicondutores monocristalinos e os módulos para abertura e fecho de circuitos aumentam a potência, mas funcionam apenas como interruptores. Os transístores de efeito de campo são utilizados em dispositivos digitais como módulos rentáveis. As técnicas de fabrico no conceito de experiências integradas envolvem a produção de transístores num único chip de silício.
A miniaturização dos cristais leva a computadores mais rápidos, menos energia e menos geração de calor.
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