Transístor Explicado - Como funcionam os transístores

isso é um transistor um dos dispositivos mais importantes já inventados por isso vamos aprender como funcionam em detalhes Neste vídeo os transistores apresentam-se em muitas formas e tamanhos existem dois tipos principais o efeito bipolar e o efeito de Campo Neste vídeo vamos nos concentrar sobretudo na versão bipolar os transistores são pequenos componentes eletrônicos com duas funções principais eles podem funcionar como um interruptor para controlar circuitos e também podem amplificar sinais pequenos transistores de baixa potência são acondicionados numa caixa de resina para ajudar a proteger as partes internas mas os transistores de maior potência terão uma caixa parcialmente metálica que é utilizada para ajudar a remover o calor gerado já que isso irá danificar os componentes ao longo do tempo geralmente encontramos esses transistores de corpo metálico presos a um dissipador de calor que ajuda a remover o calor indesejado por exemplo no interior desta fonte de corrente contínua temos Alguns transistores mosfet que estão ligados a grande dissipadores de calor sem o dissipador de calor os componentes atingem rapidamente 45 graus Celsius ou 113 graus Fahrenheit com uma corrente de apenas 1. 20 se tornarão muito mais quentes à medida que a corrente aumenta no entanto para circuitos eletrônicos com pequenas correntes podemos utilizar apenas os transistores de corpo de resina que não necessitam de um dissipador de calor no corpo do transistor encontramos algum texto o qual nos dirá o número da peça que podemos utilizar para encontrar a ficha de dados do fabricante cada transistor é classificado para lidar com uma certa voltagem e corrente pelo que é importante verificar essas folhas de dados com um transistor temos três pinos etiquetados [Música] isso representa o emissor a base e o coletor tipicamente Com estes transistores tipo corpo de resina com a borda plana o pino esquerdo é o emissor o meio é a base e o lado direito é o coletor porém nem todos os transistores utilizam esta configuração por isso Verifique a folha de dados do fabricante sabemos que se ligarmos uma lâmpada a uma bateria ela acenderá podemos instalar um interruptor no circuito e controlar a luz ao interromper a fonte de alimentação mas isso requer um humano para controlar manualmente o interruptor Como podemos então automatizar isso para tal utilizamos um transistor este transistor está bloqueando o fluxo de corrente pelo que a Luz está desligada mas se fornecemos uma pequena voltagem ao pino de base no meio faz com que o transistor comece a permitir o fluxo de corrente no circuito principal assim a luz acende podemos então colocar um interruptor no pino de controle para o operar remotamente ou podemos colocar um sensor sobre este para automatizar o controle tipicamente precisamos aplicar pelo menos 0. 6 a 0.

7 volts ao pino base para que o transistor se ligue por exemplo este circuito de transistor simples tem um LED vermelho como uma fonte de alimentação de 9 volts ao longo do circuito principal o pino de Base é ligado à fonte de alimentação CC da bancada o diagrama do circuito tem este aspecto quando a tensão de alimentação do pino de base é de 0. 5 volts o transistor está desligado pelo que o LED também está desligado a 0. 6 volts o transistor está ligado mas não completamente o LED está apagado porque o transistor ainda não está deixando fluir a corrente completa através do circuito principal assim a 0.

7 volts o LED é mais brilhante porque o transistor está deixando passar quase toda a corrente e a 0. 8 volts o LED está totalmente Iluminado o transistor está completamente aberto Então o que está acontecendo é que estamos usando uma pequena voltagem e corrente para controlar uma voltagem e corrente maiores Vimos que uma pequena alteração da voltagem no pino de base causa uma grande alteração no circuito principal consequentemente se introduzirmos um sinal no pino de base o transistor atua como um amplificador podemos ligar um microfone que varia o sinal de voltagem no pino de base e isso amplificará um alto-falante no circuito principal para formar um amplificador bem básico tipicamente há uma corrente muito pequena no pino base Possivelmente apenas um miliamperes ou até menos o coletor tem uma corrente muito mais elevada por exemplo 100 Mah a razão entre estes dois é conhecida como ganho de corrente e usa o símbolo Beta podemos encontrar a razão na ficha técnica do fabricante neste exemplo a corrente de coletor é 100 Mah e a corrente de Base é 1. 000 amperes pelo que a razão é 100 dividida por um o que nos dá 100 podemos reorganizar esta fórmula para encontrar também as correntes temos dois tipos principais de transistores bipolares o tipo npn e o tipo PNP os dois transistores parecem quase idênticos pelo que precisamos verificar o número da peça para saber qual é qual como transistor npn temos o circuito principal e o circuito de controle ambos estão ligados ao positivo da bateria até carregarmos no interruptor do circuito de controle o circuito principal está desligado podemos ver que a corrente está fluindo através dos dois fios para o transistor podemos remover o circuito principal e o LED do circuito de controle Continuará a acender quando o interruptor for acionado uma vez que a corrente está regressando a bateria através do transistor neste exemplo simplificado quando o interruptor é pressionado a 5 miliamperes fluindo para o pino de base há 20 miliamperes fluindo para o pino conector e 25 Mah fluindo para fora do emissor consequentemente a corrente combina no transistor com um transistor PNP temos novamente o circuito principal e o circuito de controle mas agora o emissor está ligado ao positivo da bateria o circuito principal está desligado até pressionarmos o interruptor no circuito de controle com este tipo podemos ver que parte da corrente flui para fora do pino de base e regressa a bateria o resto da corrente flui através do transistor e através do Led principal e de volta à bateria se retirarmos o circuito principal o LED do circuito de controle ainda se ligará neste exemplo quando o interruptor é pressionado a 25 miliamperes fluindo para o emissor 20 Mah fluindo para fora do coletor e 5 Mah fluindo para fora da base assim a corrente se divide no transistor vou colocar os lado a lado para que se possa ver como se comparam os transistores são mostrados em desenhos elétricos com símbolos como estes a seta é colocada sobre o condutor emissor a seta aponta na direção da corrente convencional para que saibamos como ligá-los aos nossos circuitos para compreender como funciona um transistor quero que primeiro Imaginem a água fluindo através de um tubo a água flui livremente através da tubulação até a bloquearmos com um disco se ligarmos um tubo mais pequeno ao principal e colocarmos uma porta basculante dentro deste pequeno tubo podemos mover o disco usando uma Roldana quanto mais longe a porta basculante se abrir maior é o caudal de água no cano principal a porta basculante é um pouco pesada pelo que uma pequena quantidade de água não será suficiente para abrir É necessário uma certa quantidade de água para forçar a porta abrir quanto mais água tivermos fluindo neste pequeno tubo mas a válvula se abre e permite que cada vez mais água flua no tubo principal é essencialmente assim que funciona um transistor npn talvez já saiba que quando desenhamos circuitos eletrônicos utilizamos corrente convencional assim neste circuito transistor npn Assumimos que a corrente flui das Baterias positivamente tanto para o coletor como para os pinos de base e depois para fora do Pino emissor usamos sempre esta direção para desenhar nosso circuitos porém não é isso que está realmente acontecendo na realidade os elétrons estão fluindo do negativo para o positivo de uma bateria isso foi provado por Joseph Thompson que realizou algumas experiências para descobrir o elétron e também provar que este fluía na direção oposta assim na realidade os elétrons fluem do negativo para o emissor e depois para fora do coletor e dos Pinos de Base a isso chamamos fluxo de elétrons vou colocá-las lado a lado para que se possa ver a diferença nas duas teorias lembre-se desenhamos sempre circuitos usando o método convencional de corrente mas os cientistas e Engenheiros sabem que é assim que funciona realmente o fluxo de elétrons já abordamos em detalhes o funcionamento de uma bateria no nosso vídeo anterior dê uma olhada links na descrição do vídeo muito bem então sabemos que a eletricidade é o fluxo de elétrons através de um fio o fio de cobre é o condutor e a borracha é o isolante os elétrons podem fluir facilmente através do cobre mas não podem fluir através do isolador de borracha se olharmos para o modelo básico de um átomo para um condutor metálico temos um núcleo no centro e este está rodeado por uma série de invólucros orbitais que seguram os elétrons cada invólucro contém um número máximo de elétrons e um elétron precisa ter uma certa quantidade de energia para ser aceito em cada invólucro os elétrons mais afastados do núcleo são os que detém mais energia o invólucro mais exterior é conhecido como invólucro da Valência um condutor tem entre um e três elétrons no seu invólucro da Valência os elétrons são mantidos no lugar pelo núcleo mas existe um outro invólucro conhecido como a banda condutora se um elétron pode alcançar esta Então pode se libertar do átomo e se mover para outros átomos com um átomo metálico como cobre o invólucro da Valência e a banda condutora se sobrepõe de modo que é muito fácil para os elétrons se moverem com um isolador o invólucro mais externo é muito ar condicionado há muito pouco ou Nenhum espaço para que um elétron se junte o núcleo tem um aparato firme nos elétrons e a banda de condução está longe pelo que os elétrons não podem chegar a isso para escapar portanto a eletricidade não pode fluir através deste material no entanto a outro material conhecido como semicondutor o silício é um exemplo de um semicondutor com este material Há muitos elétrons no invólucro da Valência para que seja um condutor pelo que atua como isolador mas como a banda de condução está bastante próxima se fornecermos algum energia externa alguns elétrons irão ganhar energia suficiente para darem o salto para a banda de condução E ficarem livres portanto este material pode atuar tanto como isolante como condutor o silício puro não tem quase nenhum elétron livre por isso O que os engenheiros fazem é dopar o silício com uma pequena quantidade de outro material o que altera as suas propriedades elétricas chamamos isso de doping de tipo p e n conjugamos estes materiais para formar a junção PN podemos intercalá-los para formar um transistor npn ou PNP no interior do transistor temos o pino coletor e o pino emissor entre estes num transistor npn temos duas camadas de material do tipo n e uma camada de material do tipo P o fio de base está ligado a camada do tipo P num transistor npn isso é configurado de forma oposta tudo isso está envolto numa resina para proteger os materiais internos imaginemos que o silêncio ainda não foi dopado portanto é apenas puro silício no seu interior cada átomo do Silício é rodeado por quatro outros átomos de silicone cada átomo quer oito elétrons no seu invólucro de Valência mas os átomos de silício só tem quatro elétrons no seu invólucro de Valência desta forma eles partilham suateiramente um elétron com seu átomo vizinho para obterem os oito Que desejam isso é conhecido como ligação covalente quando adicionamos no material do tipo N como fósforo este tomará a posição de alguns dos átomos de silício os átomos de fósforo tem cinco elétrons no seu invólucro de Valência assim como os átomos de silício partilham elétrons para obterem os oito desejados não precisam deste Extra O que significa que agora a elétrons extra no material e estes são livres para se mover com doping do tipo P adicionamos num material como alumínio ou a luminon este átomo tem apenas três elétrons no seu invólucro de Valência Por conseguinte não pode fornecer aos seus quatro vizinhos Um elétron para partilhar pelo que um deles terá que passar sem ele Isso significa que foi criado um buraco onde um elétron pode permanecer e ocupar temos agora dois pedaços de silício dopado um com muitos elétrons e outros sem elétrons suficientes os dois materiais se juntam para formar uma junção PN nesta junção obtemos O que é conhecido como uma região de esgotamento nesta região alguns dos elétrons em excesso do lado tipo N deslocam-se para ocupar o buraco do lado tipo P esta migração irá formar uma barreira com a acumulação de elétrons e buracos em lados opostos os elétrons são carregados negativamente e os buracos São portanto considerados positivamente carregados esta causa uma região com carga ligeiramente negativa e uma região com carga ligeiramente positiva isso cria um campo elétrico e impede a passagem de mais elétrons a diferença potencial através desta região é tipicamente de cerca de 0,7 volts quando ligamos uma fonte de tensão através das duas extremidades com o positivo ligado ao material do tipo P isso criará uma polarização para frente e os elétrons começaram a fluir a fonte de tensão tem que ser maior que a barreira de 0.

7 volts caso contrário os elétrons não conseguem fazer o salto quando invertemos a fonte de alimentação de modo a que o positivo seja ligado ao material do tipo N os elétrons retidos na barreira serão puxados de volta para o terminal positivo e os buracos serão puxados de volta para o terminal negativo isso provocou uma polarização inversa num transistor npn temos duas camadas de material do tipo N pelo que temos duas junções e Por conseguinte duas Barreiras deste modo nenhuma corrente pode fluir através dele normalmente o material do tipo N emissor é fortemente dopado pelo que aqui um grande excesso de elétrons o tipo P de Base é ligeiramente dopado pelo que existem aqui alguns buracos o coletor do tipo N está moderadamente dopado por isso há aqui um pequeno excesso de elétrons se ligarmos uma bateria através da base e do emissor com o positivo ligado à camada do tipo P isso criará uma polarização para frente a polarização para frente provoca o colapso da barreira desde que a voltagem seja de pelo menos 0.