TRANSISTOR (ELETRÔNICA)

TRANSISTORES
RESISTORES
COMPONENTES ELETRÔNICOS
DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS
COMPONENTES ELÉTRICOS
PEÇA ELETRÔNICA
DIODOS
CAPACITORES
VARISTORES
INDUTORES

INTRODUÇÃO

A expressão genérica componente eletrônico é utilizada para indicar, nomear, denominar ou especificar qualquer peça de natureza eletrônica, geralmente semicondutores, destinada a modificar de alguma forma uma corrente elétrica ou sinal elétrico, inclusive amplificando-o ou reduzindo sua tensão e/ou corrente. Conhecido também como dispositivo eletrônico ou peça eletrônica, ele é uma das partes integrantes de um aparelho eletrônico, geralmente como parte integrante de um circuito eletrônico, com uma função específica no contexto da Eletrônica.

De modo geral, os componentes eletrônicos mais conhecidos e mais utilizados em aparelhos eletrônicos são os transistores, os diodos, os capacitores, os indutores, os resistores, os LED’s, os sensores, os varistores e as antenas. A grande maioria dos circuitos eletrônicos modernos não utiliza mais as válvulas eletrônicas, mas para efeito didático elas também serão brevemente ou resumidamente abordadas neste artigo ou página.

O circuito integrado ou chip também é um componente eletrônico, mas neste caso uma combinação de muitos dispositivos eletrônicos, como transistores, por exemplo, chegando a ter milhares, milhões ou até mesmo bilhões de transistores de tamanho extremamente reduzido, todos juntos e protegidos, numa mesma base de silício, por exemplo, encapsulados em uma diminuta caixa de cerâmica ou plástico.

O chamado processador, por exemplo, é um tipo de circuito integrado cuja função é processar dados em formato digital. Conhecido também como microchip ou chip, ele é muito comum no mundo moderno atual, está disponível em notebooks, smartphones / celulares, PC’s – Personal Computers, servidores, smarTV’s, automóveis, tablets e até aviões, dentre outros aparelhos eletrônicos.

BASE TEÓRICA

Para entender os fenômenos físicos e químicos relacionados aos componentes eletrônicos é preciso entender antes o contexto no qual eles estão inseridos. Para isso é necessário um pouco de paciência, determinação e perseverança do internauta / leitor em aprender algumas noções básicas sobre a Engenharia Elétrica e seus ramos, principalmente sobre a Eletrônica e seus circuitos eletrônicos, incluindo os microprocessadores ou chips.

Por uma razão prática, é impossível abordar com profundidade aqui, neste despretensioso artigo ou página, de tamanho limitado e com compromisso com a simplicidade, todos os aspectos da Eletrônica e de seus componentes ou dispositivos, principalmente aqueles que fazem parte dos circuitos eletrônicos, porque ela é muito sofisticada.

Este blog não pretende substituir publicações acadêmicas ou materiais acadêmicos que tratam do assunto com profundidade e extrema riqueza de detalhes, por isso a abordagem desenvolvida aqui é limitada a prestar um conjunto de noções básicas ao leitor leigo, num formato semelhante ao de uma enciclopédia, por exemplo.

ELETRÔNICA

A Engenharia Elétrica é o estudo sobre o movimento dos elétrons, incluindo o estudo sobre os circuitos elétricos e os circuitos eletrônicos, geralmente, no primeiro caso, em corrente alternada, incluindo a sua geração, transmissão e distribuição, e, no segundo caso, geralmente em corrente contínua.

Já a Eletrônica é parte da Engenharia Elétrica, que, por sua vez, é parte da Física. Ela é a ciência que realiza estudos sobre os elétrons e suas propriedades para a fabricação de produtos eletrônicos em geral, como, por exemplo, uma TV ou aparelho de som. A Eletrônica estuda e utiliza variações de grandezas elétricas e cria aplicações para esses fenômenos. Ela é o estudo teórico do movimento de elétrons em circuitos eletrônicos e desenvolve a aplicação prática para esse fenômeno.

A partir dos resultados dos estudos da Eletrônica sobre esses fenômenos físicos, incluindo a corrente ou os elétrons nos circuitos eletrônicos e processadores ou chips, originou-se a Informática, que é a ciência dos métodos e modos de processamento e transmissão de informações. Por meio ou a partir da Informática se criam e se desenvolvem as técnicas e/ou métodos e modos de processamento e transmissão de informações e outras técnicas relacionadas a elas. A aplicação prática desse conjunto de técnicas, métodos e modos de processamento, principalmente em grandes e médias organizações, com e/ou sem fins lucrativos, é conhecida nos meios acadêmicos e empresariais como TI – Tecnologia da Informação.

ENERGIA ELÉTRICA

A energia elétrica ou eletricidade é o fenômeno físico capaz de realizar um trabalho por meio de um sistema de transformação, com a conversão da carga elétrica em uma grande variedade de utilidades, incluindo a tração, o impulso, o movimento, o processamento de dados, as ondas eletromagnéticas usadas em telecomunicações, a luz visível ao olho humano, as imagens, os sons, o aquecimento e refrigeração de ambientes, a refrigeração ou congelamento de produtos alimentícios, dentre muitas outras utilidades.

Ela não é a única forma de energia conhecida, mas é uma das principais. Ela é uma forma de energia baseada na geração de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter formas finais de uso direto, incluindo a luz, o movimento e o calor, por exemplo.

A eletricidade é uma das formas mais conhecidas de energia que a humanidade mais utiliza na atualidade, ao lado dos combustíveis em geral, por exemplo. Mas ela tem algumas vantagens em relação aos combustíveis, dentre elas a sua relativa facilidade de transmissão, inclusive com baixo índice de perda energética durante a sua transmissão, praticamente instantânea, a sua distribuição, também praticamente instantânea, e a sua conversão final para realização de trabalho.

Ela pode ser calculada pelo produto da potência do equipamento ou aparelho pelo seu tempo de funcionamento. Os sucessivos e gradativos avanços tecnológicos dos séculos XX e XXI são de extrema importância para a sociedade moderna. Equipamentos eletrodomésticos e eletroeletrônicos, como o refrigerador ou geladeira e freezer, o computador e a televisão, aparelhos de som, aquecedores e aparelhos de ar condicionado ou climatizadores, o telefone, dentre muitos outros, só existem graças à energia elétrica.

No Brasil, por exemplo, a eletricidade é obtida principalmente através de usinas hidrelétricas, usinas termoelétricas, usinas termonucleares e, nos anos mais recentes, por meio de sistemas geradores de energia eólica e de energia solar fotovoltaica.

O relâmpago ou o raio, por exemplo, é uma das manifestações naturais mais visíveis e imponentes da eletricidade.

De modo geral, energia é um termo de amplo emprego usado nos meios científicos, tecnológicos, acadêmicos, empresariais e na administração pública para designar um fenômeno, uma propriedade ou característica relacionado (a) a um sistema que lhe permite realizar trabalho. Existem várias formas de energia conhecidas: a potencial, a mecânica, a química, a eletromagnética, a elétrica, a calorífica, dentre outras. Essas várias formas de energia podem ser transformadas de uma para outra, podem ser convertidas de uma para outra. A energia elétrica é uma das formas mais conhecidas e comuns de energia, ela está relacionada com os fenômenos em que estão envolvidas as cargas elétricas.

Segundo o Dicionário Michaelis, a eletricidade é uma forma de energia natural e artificial relacionada aos elétrons, que se manifesta por atrações e repulsões, fenômenos luminosos, químicos e mecânicos. A energia elétrica existe em estado potencial, chamada de eletricidade estática, como tensão, ou em forma cinética, a chamada eletricidade dinâmica, como corrente.

A eletricidade é um termo geral que abrange uma variedade de fenômenos resultantes da presença e do fluxo de carga elétrica, incluindo muitos fenômenos facilmente reconhecíveis, tais como relâmpagos ou raios (natural), eletricidade estática (natural ou artificial), e correntes elétricas em fios elétricos (artificial). Além disso, a eletricidade abrange conceitos menos conhecidos ou mais difíceis de entender e/ou compreender, como o campo eletromagnético e a indução eletromagnética.

É bom que o internauta / leitor entenda a diferença entre voltagem e corrente. Apenas para efeito didático, para simplificar o máximo possível, para tornar inteligível esse conceito, a grosso modo podemos fazer uma analogia e/ou comparar a voltagem à pressão de água na torneira de casa. Se o reservatório ou a caixa d'água principal da empresa de saneamento estiver com nível baixo de água, a pressão de água nos canos de rua que levam água para os bairros também será baixa, e se a pressão de água nesses canos cair demais a população dos bairros de altitude mais elevada, os bairros mais altos, ficará sem água. A corrente de energia elétrica, por sua vez, pode ser comparada por simples analogia à velocidade ou volume de água que sai da torneira a cada segundo.

Ao contrário da água, a eletricidade disponível em cabos elétricos não sofre os efeitos do campo gravitacional do planeta Terra, mas para transmissão de energia elétrica a grandes distâncias a voltagem nos cabos de transmissão deve ser altíssima. Aqui no Brasil, é muito mais comum a transmissão de eletricidade por longas distâncias com o uso de energia elétrica alternada, mas já existem projetos de transmissão por corrente contínua.

CIRCUITO ELÉTRICO

Um circuito elétrico é uma interconexão de componentes elétricos de tal forma que a carga elétrica flui ao longo de um caminho fechado, ou seja, ao longo de um circuito, geralmente com o objetivo de transferir-se energia e executar alguma tarefa útil. A principal utilidade da eletricidade é originar outros tipos de energia, como a energia mecânica e a energia térmica, por exemplo.

Atenção: Quando se fala que o circuito elétrico e o circuito eletrônico estão fechados na verdade afirma-se que neles está circulando energia, geralmente alternada no primeiro caso e geralmente contínua no segundo caso, o que significa que ambos estão executando trabalho, estão ativos, estão funcionando. Parece contraditório, né? Mas é assim mesmo: Quando se diz que o circuito está fechado na verdade ele está produzindo um trabalho, ou seja, está funcionando.

Existem componentes elétricos dos mais variados tipos e utilidades, encontrando-se em um circuito elétrico não raro peças como resistores, capacitores, indutores, transformadores e interruptores. Os circuitos eletrônicos usualmente contêm componentes ativos, geralmente semicondutores, os quais caracterizam-se pelo funcionamento não-linear e demandam análise mais avançada. Os componentes elétricos mais simples são chamados componentes passivos ou lineares, embora possam armazenar temporariamente energia, eles não constituem fontes da mesma, e apresentam respostas lineares aos estímulos elétricos aos quais são aplicados.

O resistor elétrico, por exemplo, é o componente mais simples entre os passivos. Como o nome sugere, o resistor limita a corrente que pode fluir através do circuito, ele transforma toda ou parte da energia elétrica que recebe em energia térmica, essa transferida ao ambiente que o cerca via calor. Ao passo que o nome resistor designa geralmente o componente em si, a resistência elétrica é uma propriedade dos resistores que busca mensurar o efeito resistivo. Mostra-se diretamente relacionada à oposição e à forma como os portadores de carga elétrica se movem no interior de um condutor ou semicondutor. Nos metais, por exemplo, a resistência é principalmente atribuída às colisões entre os elétrons e os íons. Impurezas e imperfeições na estrutura contribuem em muito para o aumento da resistência a ponto de justificar o processo de purificação ou refinamento pelo qual os metais são submetidos antes da confecção de estruturas condutoras, como os fios, cabos e barramentos elétricos, por exemplo.

O capacitor elétrico, por exemplo, é um dispositivo capaz de armazenar carga elétrica bem como energia elétrica no campo elétrico resultante. Conceitualmente, ele é composto por duas placas condutoras paralelas separadas por uma fina camada isolante. Na prática, são compostos por duas lâminas finas de metal separadas por uma lâmina de material isolante, todas enroladas juntas de forma a aumentar a área de superfície por unidade de volume e, portanto, a capacitância.

Quando ligado a uma fonte de tensão constante ele permite inicialmente a presença de uma corrente intensa durante o processo inicial de acúmulo de carga, essa corrente entretanto decai gradualmente à medida que o capacitor acumula carga e a tensão elétrica em seus terminais aumenta, e eventualmente anula-se após o tempo necessário à carga completa do capacitor, situação onde a tensão em seus terminais iguala-se à da fonte de energia. Ele não permite em tais situações a existência de correntes estacionárias ou correntes constantes, ao contrário, as impede.

Já o indutor elétrico é um condutor, geralmente uma bobina ou enrolamento de fio encapado, que armazena energia no campo magnético que surge em resposta à corrente que flui através dele. Quando a corrente altera-se o campo magnético também altera-se, e há, nesse momento, em consequência da lei da indução de Faraday, a indução de uma tensão elétrica entre os terminais do indutor. Verifica-se que a tensão induzida é proporcional à taxa de variação da corrente, sendo tanto maior quanto mais rápido se der a mudança na corrente.

O comportamento elétrico do indutor é, em vários aspectos, inverso ao do capacitor. Ao passo que os capacitores opõem-se às mudanças repentinas na tensão entre seus terminais, mas em nada limitam as correntes neles, os indutores opõem-se às mudanças repentinas na corrente, mas em nada limitam as tensões entre seus terminais.

Dadas as características complementares, a união de um capacitor e de um indutor produz um circuito elétrico ressonante, o conhecido circuito LC, no qual observa-se a troca constante de energia entre o indutor e o capacitor e vice-versa. A tensão e a corrente no circuito alteram-se continuamente em um padrão senoidal cujo período depende dos valores da capacitância e da indutância dos componentes envolvidos. O acréscimo de uma parcela resistiva leva ao também bem estudado circuito RLC, no qual oscilações amortecidas são observadas.

COMPONENTES PASSIVOS E ATIVOS

De modo geral, os componentes passivos são aqueles que não aumentam a corrente ou tensão do circuito em questão, portanto eles são chamados de componentes elétricos. No entanto, para evitar confundir o leitor leigo do blog será utilizada aqui apenas a expressão componente eletrônico para definir todos os componentes utilizados em circuitos eletrônicos, incluindo resistores, capacitores e indutores.

Já os componentes ativos, são aqueles que alteram, de uma forma ou de outra, ou redirecionam a corrente, são conhecidos também como componentes eletrônicos e/ou componentes digitais, como, por exemplo, diodos, transistores e circuitos integrados ou chips.

SEMICONDUTORES

O termo genérico semicondutor é usado para indicar, nomear, especificar ou denominar qualquer componente eletrônico construído a partir de um material semicondutor, ou seja, um material com propriedade de condutividade de eletricidade abaixo da capacidade de transmissão dos condutores, como o cobre, por exemplo, mas acima da capacidade dos chamados materiais isolantes, como a borracha e plástico, por exemplo.

Os materiais semicondutores, como o silício e o germânio, por exemplo, fazem parte de uma classe intermediária de materiais que são melhores condutores de eletricidade que os isolantes, mas com menor capacidade de transmissão de energia elétrica que os metais em geral. Entre os exemplos de componentes eletrônicos fabricados a partir de materiais semicondutores como matéria prima estão os transistores e resistores, dentre outros.

De modo geral, os componentes semicondutores, também chamados de dispositivos semicondutores, são fabricados a partir de um material mais ou menos comum ou padrão, como o silício, por exemplo, mas de forma que recebem um segundo material, também chamado de impureza, para melhorar ou tornar mais adequadas sua característica ou propriedade de condutividade, no contexto específico do projeto a que se destina. Esse processo de acrescentar, misturar ou combinar um segundo material aos semicondutores é chamado de dopagem.

A partir de então, o componente eletrônico baseado em material semicondutor passa a ter várias ou algumas propriedades, como, por exemplo, permitir o fluxo de eletricidade em apenas uma direção, como no caso dos diodos, por exemplo.

ELÉTRONS

O elétron é uma das partículas elementares formadoras de todos os átomos conhecidos, que, por sua vez, são formados também por prótons, que possuem carga positiva, e nêutrons, que não possuem carga. O elétron possui carga negativa, ele é muito leve, com uma massa equivalente a apenas 0,05% da massa do próton, de forma que quase toda a massa de um átomo está concentrada no seu núcleo, onde estão o próton e o nêutron.

A movimentação dos elétrons nas chamadas camadas de valência (periferia) dos átomos, inclusive com a transferência do elétron de um átomo para outro átomo, dá origem ao que chamamos de energia elétrica ou corrente elétrica, ou seja, na prática a energia elétrica é o resultado da movimentação dos elétrons em um meio condutor, um cabo de energia, por exemplo.

Quase tudo o que existe no Universo é formado por átomos, eles estão por toda parte, na água, na terra, no ar, nas rochas, nos metais e até os corpos dos seres humanos, que são formados por átomos também. “Isso significa que o nosso corpo possui eletricidade também?” Sim, mas é uma carga elétrica ou tensão elétrica muito baixa. Por exemplo: A palavra em inglês backbone significa espinha dorsal. Para quem não sabe, a nossa espinha dorsal é composta por saliências ósseas que, juntas, formam uma estrutura alongada, uma série de apófises espinhosas que formam a nossa coluna vertebral, que, inclusive, protege em seu interior os tecidos orgânicos responsáveis pela transmissão de comandos elétricos do cérebro até os membros e demais órgãos do corpo, o coração, por exemplo.

COMPONENTES ELETRÔNICOS

Como a própria expressão diz, os componentes eletrônicos são peças de natureza eletrônica, geralmente semicondutores, destinadas a modificar, de alguma forma, inclusive amplificar ou atenuar, uma corrente elétrica ou sinal elétrico. Conhecidos também como dispositivos eletrônicos, eles são partes integrantes de um aparelho eletrônico, geralmente como partes integrantes dos circuitos eletrônicos, com uma função específica no contexto de Eletrônica.

De modo geral, os componentes eletrônicos mais conhecidos e mais utilizados em aparelhos eletrônicos são os transistores, os diodos, os capacitores, os indutores, os resistores, os LED’s, os indutores, os varistores, os sensores, as antenas e os circuitos integrados ou chips. Esses dispositivos citados são os mais modernos, utilizados em larga escala na fabricação de aparelhos eletrônicos e, em muitos casos, como partes integrantes, geralmente de controle, de aparelhos, máquinas e equipamentos eletromecânicos, eletrohidráulicos e eletropneumáticos, inclusive presentes em veículos. Mas existem também as válvulas eletrônicas, que caíram em desuso após o início da fabricação seriada dos transistores, embora ainda sejam utilizadas em alguns casos muito específicos.

O circuito integrado ou chip também pode ser considerado um componente eletrônico, mas neste caso uma combinação de muitos componentes ou dispositivos eletrônicos, como transistores, por exemplo. Eles são agrupados e protegidos em uma placa de silício, por exemplo, e são combinados de forma a executar um trabalho específico.

CIRCUITO ELETRÔNICO

Um circuito eletrônico ou circuito impresso é uma base física, geralmente formada por uma placa bem plana e razoavelmente resistente e/ou consistente de material composto, sobre a qual são montados uma variedade de dispositivos semicondutores, incluindo transistores, capacitores, resistores, diodos, LED’s (também conhecidos como diodos emissores de luz), indutores, sensores e circuitos integrados / processadores ou chips.

Ele é uma interligação física de componentes eletrônicos em arranjos específicos para desempenhar uma função específica do seu projeto. Em um circuito eletrônico os terminais positivos e negativos de uma bateria, por exemplo, estão conectados por um caminho condutor metálico. Para quem não têm experiência em Eletrônica, os termos positivo e negativo, neste caso, dão margem a uma interpretação ambígua, já que na prática são os elétrons que fluem num circuito para energizá-lo. A taxa de escoamento da carga elétrica por um circuito é chamada de corrente (I), medida em ampères (A), podendo ser medida com um amperímetro, enquanto a tensão elétrica no circuito é chamada de voltagem (V), medida em volts (V), podendo ser medida com o voltímetro. Já a resistência (R) oferecida por um componente eletrônico é a oposição que o material utilizado na sua fabricação apresenta ao escoamento da corrente elétrica, geralmente medida em ohms, com o símbolo Ω.

A expressão semicondutor é usada então para conceituar e definir um material que tem propriedades condutivas de eletricidade contínua de baixíssima tensão, abaixo das propriedades condutivas de outros importantes materiais usados na transmissão de eletricidade, alternada ou contínua, como o fio de cobre, por exemplo. Aliás, o cobre é um dos metais com a melhor relação custo benefício na transmissão de eletricidade em curtas distâncias, enquanto os cabos usados em linhas de transmissão de eletricidade alternada de alta tensão são compostos principalmente de alumínio e aço.

O silício, por exemplo, é um material semicondutor usado como uma base para a fabricação de componentes eletrônicos, incluindo os transistores e os circuitos integrados. A grosso modo, os circuitos integrados nada mais são que um grande número de componentes eletrônicos miniaturizados e combinados, muito próximos um do outro. Um dispositivo semicondutor, um resistor ou capacitor, por exemplo, é um dispositivo eletrônico montado sobre uma placa de material composto, formando um circuito eletrônico ou circuito impresso.

É importante que o internauta / leitor entenda o seguinte: Energia elétrica alternada é diferente de energia elétrica contínua. A primeira é usada geralmente e basicamente para transmissão de eletricidade a grandes, médias e curtas distâncias, em altas, médias e baixas tensões ou voltagens, enquanto a segunda é usada quase sempre já dentro de aparelhos, como um computador ou TV, por exemplo. O próprio aparelho, ou os dispositivos externos que pertencem a ele, tem condições de converter energia alternada em energia contínua, são as chamadas fontes.

O transistor, o resistor, o capacitor, o diodo, o LED, o indutor e os processadores ou chips são componentes eletrônicos, são peças, são dispositivos eletrônicos montados sobre uma placa de material composto. A combinação de todos eles dão ao aparelho ou equipamento uma certa capacidade para executar um trabalho ou trabalhos para os quais ele já foi projetado anteriormente, foi fabricado e pré-programado pelo fabricante.

Resumindo, o circuito impresso é um circuito eletrônico no qual todos os componentes ativos e passivos, vários deles relacionados aqui, são montados / fixados sobre uma base física, geralmente uma placa de material composto, através de processos químicos e físicos.

Um circuito eletrônico é uma conexão entre componentes eletrônicos para uma determinada função prevista antecipadamente no projeto.

O TRANSISTOR

Logo acima, imagem real de exemplos típicos de transistores utilizados em larga escala em circuitos eletrônicos de diversos tipos. Décadas atrás, principalmente após a Segunda Guerra Mundial, os transistores substituíram as válvulas eletrônicas. Logo abaixo, imagem esquemática simplificada usada frequentemente para explicar de forma didática o funcionamento de transistores bipolares.

Os transistores são modernos dispositivos semicondutores miniaturizados de controle de corrente de estado sólido, utilizados na fabricação de circuitos eletrônicos e produzidos em larga escala. O transistor é um dispositivo ou componente miniaturizado que controla a corrente elétrica. Dentro da Eletrônica, ele também é conhecido como fonte de corrente controlada por corrente, pois por meio da corrente aplicada na sua base é possível controlar a circulação de corrente do seu coletor para o seu emissor.

Ele também pode ser descrito como um componente eletrônico construído a partir de uma combinação de tipos diferentes de materiais semicondutores, com a função de amplificar um sinal ou interromper uma corrente elétrica, um comutador de alta velocidade, por exemplo. De modo geral, os transistores possuem três terminais, o coletor, a base e o emissor, que são os meios pelos quais o núcleo do transistor interage com o restante do circuito do qual faz parte. Numa linguagem mais popular, mais simples, mais fácil de entender, os terminais são as “perninhas metálicas” do transistor.

Segundo algumas fontes, o inventor do primeiro transistor que se tem conhecimento foi o físico judeu Julius Edgar Lilienfeld, com um transistor rudimentar do tipo efeito de campo, inclusive patenteado. Porém, o primeiro transistor de silício e germânio tecnicamente e economicamente viável, com aplicação prática, que se tem conhecimento, foi inventado em 1948 pelos projetistas americanos William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain, dentro da Bell Laboratories, uma empresa americana. Ele foi o substituto natural da válvula eletrônica de três polos, utilizada até então em larga escala nos computadores ou calculadoras, nos e nas rádios e nos sistemas de telecomunicações da época.

O transistor trouxe pelo menos seis grandes vantagens sobre a válvula eletrônica: Miniaturização, grande redução de custo de fabricação, aumento do ritmo de produção, baixo consumo de energia, durabilidade e confiabilidade. Quando foi colocado no mercado na década de 1950, o transistor de silício já era muito menor que a válvula eletrônica, apenas 3% do tamanho dela. Seu custo de produção em larga escala era de apenas 10% do custo da válvula. O passo seguinte da evolução da Eletrônica foi a criação do circuito integrado, em 1964, reunindo em uma placa de silício vários componentes, incluindo o diodo, o capacitor, o resistor, o indutor e o próprio transistor.

O transistor é o dispositivo eletrônico semicondutor que há muitos anos atrás, na década de 1950, substituiu definitivamente a antiga válvula eletrônica, ele pode controlar o fluxo de corrente de eletricidade em um circuito. O transistor é um amplificador composto de cristal, ele pode amplificar correntes elétricas, gerar oscilações elétricas intencionais, de acordo com as necessidades do projeto no qual está inserido, e assumir funções de modulação e detecção dentro de um contexto de circuito integrado ou circuito impresso.

Ele pode ser utilizado como parte integrante de um circuito impresso, de maior tamanho, ou ser utilizado com parte integrante de um circuito integrado, de menor tamanho.

O transistor pode ser considerado uma das maiores invenções da Eletrônica. Há quem diga que ele é uma das maiores invenções da humanidade e, pensando bem, essa afirmação faz sentido, pois, a partir da década de 1950, houve uma forte aceleração do desenvolvimento tecnológico da humanidade em praticamente todas as áreas do conhecimento, auxiliado por aparelhos e equipamentos com transistor e, posteriormente, com processadores.

Durante a década de 1940, quem diria que seria possível décadas depois fazer uma ligação telefônica com um pequeno aparelho, que coubesse no bolso da calça, com outra pessoa do outro lado do planeta? Quem diria que seria possível visualizar uma representação gráfica em um monitor de todos os órgãos humanos, por meio da ressonância, da tomografia e do ultrassom? Quem diria que, em apenas alguns dias, seria possível fazer cálculos complexos para uma estrutura de alvenaria de um grande edifício com auxílio de computadores? Entre outros exemplos de avanço tecnológico.

LÓGICA DE FUNCIONAMENTO

De modo geral, existem dois tipos de transistores, o transistor de efeito de campo e o transistor bipolar, este subdividido em dois subtipos, conhecidos também como transistor pnp e transistor npn. O transistor bipolar é formado por um núcleo composto por três partes menores, por sua vez cada uma delas ligadas ao circuito eletrônico por meio de três conexões metálicas, o coletor, a base e o emissor. Essas partes do núcleo do transistor podem ter duas combinações possíveis, a positiva-negativa-positiva e a negativa-positiva-negativa. Um transistor pnp é diferente de um transistor npn, pois a combinação de polaridades do seu núcleo é inversa à combinação do núcleo do seu transistor irmão.

As conexões emissor e coletor estão ligadas ao circuito eletrônico no qual flui uma corrente elétrica, enquanto a base e o emissor formam um subcircuito no qual pode fluir uma corrente menor ou mais baixa. Não há corrente no subcircuito emissor-coletor quando o subcircuito base-emissor está desligado. Por outro lado, quando se introduz uma pequena, menor ou baixa corrente na base aciona-se o transistor, o que, por sua vez, dá origem a uma corrente muito maior no trecho emissor-coletor.

Um dos exemplos mais didáticos e fáceis de entender sobre o funcionamento dos transistores é o seu uso em microfones. Um som ambiente qualquer e a voz humana, captados pelo microfone, produzem uma corrente elétrica de baixa intensidade, na sequência essa corrente chega ao transistor, que, por sua vez, produz um sinal elétrico mais intenso, enviado para os alto-falantes, por exemplo.

Os transistores possuem a capacidade de operar como interruptores, ligando ou desligando a corrente elétrica em um circuito. Eles podem amplificar a corrente elétrica, interrompê-la ou reduzir a sua intensidade. E mais ainda, o processo de ligar e desligar pode ocorrer em uma velocidade altíssima, chegando a bilhões de vezes por segundo, o que os torna adequados para uso em microprocessadores ou chips, lembrando que os microprocessadores trabalham em códigos binários. Quando o transistor aciona a corrente, o computador interpreta como 0 e quando o transistor interrompe a corrente o computador interpreta como 1.

RESISTOR

O resistor é um componente eletrônico que fornece ao circuito eletrônico uma resistência conhecida, ou seja, ele deixa entrar em si toda a eletricidade contínua, mas bloqueia ou deixa sair apenas uma parte da eletricidade que recebe, ou seja, ele reduz a tensão elétrica. Em outras palavras, o resistor manifesta uma oposição à passagem de corrente em si mesmo, ou seja, a corrente elétrica que sai do resistor é menor que a corrente que entra, portanto a tensão da eletricidade que sai é menor que a tensão na entrada.

Conhecido também como resistência, no português europeu, ele é um dispositivo eletrônico muito utilizado em Eletrônica, ora com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito Joule ou efeito joule, principalmente com a finalidade de limitar a corrente elétrica e a tensão elétrica em um circuito.

Ele é um componente que tem por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, causando uma diminuição da tensão. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica ou impedância, que possui como unidade o ohm, cujo símbolo é Ω. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados.

Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Os tipos de resistores variáveis são chamados de potenciômetros ou reóstatos. O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar uma alavanca. Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circula pelo dispositivo. O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente identificado de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou então usando um ohmímetro.

Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao centro, e um terminal de metal ligado em cada extremidade. Este tipo de encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. Resistores usados em computadores e outros aparelhos eletrônicos são tipicamente muito menores, frequentemente são utilizadas tecnologia de montagem superficial. Este tipo de resistor não tem terminal de metal, ou seja, ele não tem aquelas “perninhas” que o liga ao circuito. Resistores de maiores potências são mais robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, mas eles seguem basicamente a mesma estrutura.

LÓGICA DE FUNCIONAMENTO

Conceitualmente, o termo resistência, quando usado no contexto de eletricidade, significa a razão entre a diferença de potencial ou voltagem na extremidade de um condutor ou semicondutor e a corrente que ela produz. A unidade de medida utilizada neste caso é o ohm, com o símbolo Ω, que é a resistência oferecida por um condutor para uma diferença de potencial de 1 volt entre suas duas extremidades, produzindo uma corrente de 1 ampère.

Um detalhe importante sobre a resistência elétrica é que os condutores metálicos, como o cobre, por exemplo, oferecem mais resistência quando submetidos às temperaturas mais altas. Isso significa, por exemplo, que se a espessura dos cabos da instalação elétrica interna de um imóvel qualquer não forem adequadamente dimensionada o fluxo de energia elétrica neles pode provocar aquecimento, que, por sua vez, provocará mais resistência à passagem de corrente e, assim por diante, provocando um círculo vicioso de aquecimento e resistência até o colapso da instalação, com rompimento dos cabos, na melhor das hipóteses, ou fogo, na pior das hipóteses.

O melhor a fazer então é respeitar o que está no projeto de engenharia do imóvel, evitando fazer a popular “gambiarra” e não “economizando” no dimensionamento dos cabos e no sistema de proteção contra surtos. Contrate um bom eletricista para fazer os trabalhos de implantação e manutenção de sua instalação elétrica interna.

CAPACITOR

O capacitor é um componente eletrônico que acumula ou armazena temporariamente carga de eletricidade. De modo geral, um capacitor possui duas placas metálicas paralelas, conhecidas como eletrodos, separadas por um isolante ou dielétrico. A capacitância, neste caso, é a capacidade desse componente eletrônico de armazenar eletricidade, de forma análoga a um botijão de gás, por exemplo, que consegue armazenar gás sob pressão, até um certo limite, é claro. A voltagem do capacitor, no caso, é análoga à capacidade do botijão de suportar a pressão do gás em seu interior. Essa capacidade é medida em Farads ou farads, uma unidade do sistema internacional, com o símbolo F.

Esse componente apresenta resistência à passagem de corrente elétrica contínua em seu núcleo, o que significa que, conceitualmente, ele também é um semicondutor. No entanto, ele não apresenta resistência à passagem de corrente alternada, principalmente as correntes alternadas de alta frequência, o que lhe dá as características necessárias para que seja utilizado em projetos eletrônicos como uma fonte de potência ou filtro.

Os capacitores podem ser fabricados em cerâmica, como componente em circuitos de radiofrequência, por exemplo, ou fabricados em plásticos carbonados e poliéster, como componente em uma grande variedade de projetos eletrônicos. Os capacitores eletrolíticos são utilizados também para eliminar interferências nas fontes de potência.

Conceitualmente, o capacitor não é uma bateria ou pilha, embora lembre ambas, pois sua função é análoga. Os capacitores de cerâmica e poliéster não possuem polaridade, mas os capacitores eletrolíticos sim.

DIODO

O diodo é um componente eletrônico semicondutor com dois terminais que pode ser usado em projetos de Eletrônica como um retificador de corrente simples. Ele é um dispositivo eletrônico que permite a direção de uma corrente elétrica em um sentido de sua estrutura e dificulta ou impede outra corrente no sentido contrário, em geral ele é composto de dois eletrodos, o ânodo e o cátodo. Basicamente, ele é composto de silício do tipo n (negativo) e do tipo p (positivo).

O silício do tipo n é dopado (misturado) com fósforo para que tenha grande quantidade de elétrons negativos para condução, enquanto o silício do tipo p é dopado com boro ou índio para que tenha insuficiência de elétrons. Essa insuficiência de elétrons é chamada dentro da Eletrônica de buracos positivos, que servem para condução de eletricidade.

Quando o diodo é submetido a uma voltagem positiva os buracos movem-se para a camada negativa ou terminal negativo de silício e, simultaneamente, há um fluxo de elétrons para a camada positiva. Quando o diodo é submetido a uma voltagem reversa ou inversa, os elétrons negativos e os buracos positivos se atraem para formar moléculas neutras, o que por sua vez dá origem a uma camada de depleção, no centro do componente, para impedir que a corrente elétrica flua em um dos sentidos.

O diodo é um componente eletrônico que funciona como uma chave de acionamento automático, ou seja, ele está fechada quando o diodo está diretamente polarizado e aberta quando o diodo está inversamente polarizado. Ele é utilizado principalmente em circuitos retificadores, ceifadores e multiplicadores, dentre outros.

LED

O LED – Light Emitting Diode, ou diodo emissor de luz, é, como o próprio nome diz, um diodo que emite luz quando uma corrente de energia elétrica contínua é aplicada nele. A cor emitida depende do cristal e/ou da impureza de dopagem realizada no momento da fabricação do dispositivo. Aliás, a tecnologia LED é extremamente eficiente na emissão de luz, ele é compacto, consome pouquíssima energia elétrica e produz ótima intensidade de luz. Ele esquenta menos, gera menos calor que a lâmpada comum incandescente.

De modo geral, o diodo emissor de luz é usado para a emissão de luz em imóveis, instalações, veículos, equipamentos e aparelhos eletrônicos em que se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada convencional, seja ela fluorescente, fluorescente compacta ou incandescente. Aliás, as lâmpadas incandescentes já caíram em desuso e são utilizadas atualmente somente em casos muito específicos. Por outro lado, as lâmpadas LED’s são muito mais vantajosas que as lâmpadas incandescentes, tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de vista econômico.

Especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, o LED também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semáforos. Também é muito utilizado em automóveis, painéis de LED, cortinas de LED, pistas de LED e postes de iluminação pública, permitindo uma redução significativa no consumo de eletricidade.

Em 2014, os inventores dos diodos emissores de luz, Nick Holonyack, Oleg Losev e Shuji Nakamura, receberam o Prêmio Nobel de Física.

O LED – Light Emitting Diode é um diodo semicondutor, com junção P-N, que quando é energizado emite luz visível, por isso o termo em inglês LED – Light Emitting Diode, traduzindo Diodo Emissor de Luz. A luz dele consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interações energéticas do elétron. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência.

Em qualquer junção P-N polarizada diretamente ocorrem recombinações de buracos e elétrons dentro do núcleo do componente eletrônico. Essa recombinação exige que a energia possuída pelos elétrons seja liberada, o que ocorre na forma de calor ou fótons de luz .

No silício e no germânio, que são os elementos básicos dos diodos e transistores convencionais, entre outros componentes eletrônicos, uma parte da energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida, principalmente por causa da opacidade desses materiais, e os componentes que trabalham com maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor, como dissipadores, por exemplo, para manter o controle dessa temperatura em um patamar tolerável. Já em outros materiais, como o arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), a quantidade de fótons de luz emitida é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes.

A forma simplificada de uma junção P-N de um LED demonstra seu processo de eletroluminescência. O material dopante de uma área do semicondutor contém átomos com um elétron a menos na banda de valência em relação ao material semicondutor. Na ligação, os íons desse material dopante removem elétrons de valência do semicondutor, deixando buracos ou lacunas, fazendo com que o semicondutor torne-se do tipo P. Na outra área do semicondutor, o material dopante contém átomos com um elétron a mais do que o semicondutor puro em sua faixa de valência. Portanto, na ligação esse elétron fica disponível sob a forma de elétron livre, formando o semicondutor do tipo N.

VARISTOR

Um varistor é um componente eletrônico cujo valor de resistência elétrica é inversamente proporcional ao valor da tensão aplicada aos seus terminais, ou seja, na medida em que a diferença de potencial elétrico ou voltagem sobre o varistor aumenta a sua resistência diminui. Conhecido também como VDR – Voltage Dependent Resistor, ele é um dispositivo eletrônico geralmente utilizado para proteger circuitos eletrônicos de eventuais sobrecargas.

Ele é geralmente utilizado como elemento de proteção contra transientes de tensão em circuitos, como, por exemplo, em filtros de linha. Ele é, geralmente, montados em paralelo com o circuito que se deseja proteger, impedindo que surtos de pequena duração os atinjam, por apresentarem uma característica semelhante a um limitador de tensão.

No caso de picos de tensão de maior duração, a alta corrente que circula pelo componente faz com que o dispositivo de proteção, disjuntor ou fusível, desarme, desconectando o circuito da fonte de alimentação. Ele protege o circuito desviando o excesso de tensão, ou sobrecorrente, para o terra.

CIRCUITO INTEGRADO

De modo geral, o circuito integrado é uma pequena base plástica achatada ou bloco plástico, miniaturizada (o) na forma retangular ou quadrada, produzida (o) em silício ou outro material semicondutor, que possui um circuito eletrônico completo, produzido como se fosse um único componente eletrônico. Na verdade, o circuito integrado, como o próprio nome diz, é um conjunto de componentes eletrônicos miniaturizados, todos reunidos em uma pequena caixa plástica ou bloco plástico ou de cerâmica. Cada unidade de circuito integrado possui uma combinação realmente muito grande de transistores, diodos, capacitores e resistores, de forma que desempenham em conjunto um trabalho previsto em seu projeto.

O exemplo mais comum dos circuitos integrados são os processadores. Olhe à sua volta, eles estão no seu telefone celular / smartphone, roteador de Internet, notebook, smarTV, automóvel, avião, receptor de TV por assinatura, drone, videogame, tablet, nos aparelhos hospitalares e usados em clínicas médicas, nas câmeras fotográficas digitais e de vídeo, nas máquinas e equipamentos usados em indústrias, agroindústrias, mineradoras, em foguetes e satélites, nas empresas de telecomunicações, nas plataformas de petróleo, nas agências bancárias e caixas eletrônicos, nas usinas geradoras de energia elétrica, dentre outros.

As bases teóricas ou primeiros conceitos do circuito integrado foram lançadas (os) na Inglaterra e nos Estados Unidos, durante a década de 1950, pelos projetistas inglês Geoffrey Dummer e americano Jack Kilby, mas os primeiros exemplos práticos e seriados (fabricados em massa) dos circuitos integrados foram lançados pela fabricante americana Texas Instruments, mais precisamente em 1959. A rigor, ainda não era o que costumamos chamar de microprocessador ou chip, mas já estava bem perto, faltava pouco para alcançar esse patamar.

Em seguida veio o primeiro microprocessador ou chip, isto é, a primeira unidade de processamento central compacta que se tem conhecimento, a chamada CPU – Central Processing Unit, em 1971, inventada por Robert Noyce, o fundador da gigante norte-americana Intel, atualmente a segunda maior fabricante de microprocessadores do mundo.

PRODUÇÃO EM SÉRIE

A fabricação seriada de um circuito integrado é um processo complexo que envolve cerca de 50 etapas fabris com alto grau de precisão. Quase todas essas etapas têm algum grau, maior ou menor, de automatização, que é necessária para evitar o máximo possível, reduzir o máximo possível, os erros de manufatura, que são comuns quando, neste caso, especificamente, os processos envolvem mão de obra humana qualificada em etapas extremamente delicadas e que exigem um altíssimo grau de precisão. Pelo que se sabe, não existe, no mundo, um processo produtivo mais preciso e delicado que a fabricação de microprocessadores ou chips.

Os microprocessadores ou chips de silício são fabricados a partir de cristais com alto grau de pureza, prensados para se tornarem planos, cortados em placas de médio tamanho, geralmente no formado quadrado ou retangular, em alguns casos com formato redondo, mas não esférico. Depois disso, as chamadas impurezas (lembrando que esse é apenas um termo técnico usado dentro do processo produtivo) são acrescentadas ao silício, o que dá origem a um material mais adequado para condução de eletricidade na medida especificada pelo projeto.

A partir de então a placa é cortada em pedaços pequenos, já na medida especificada pelo projeto do microprocessador ou chip, e então encapsulado, ou seja, protegido (fechado) com algum material de proteção, como o plástico, por exemplo. O produto final, já considerado um microprocessador ou chip, possui a capacidade de realizar operações aritméticas e de realizar o controle de outros circuitos, pode armazenar bilhões de dados em memória RAM, pode executar uma variedade de programas ou aplicativos de computador ou smartphones, dentre outras funções específicas.

VÁLVULA ELETRÔNICA

A válvula eletrônica, conhecida também como triodo, é um componente eletrônico formado por um tubo de vidro à vácuo com vários elementos metálicos em seu interior, dentre eles o filamento, o cátodo, o ânodo e a grade de controle. Ela foi inventada pelo projetista americano Lee de Forest, em 1906, patenteada e fabricada a partir de então. A partir dela surgiram várias invenções importantes, incluindo as telecomunicações sem fio, o rádio, a televisão e os primeiros computadores, estes na época grandes e pesados, usados apenas por grandes corporações, institutos de pesquisa, governos e forças armadas.

Conhecida também como triode, em inglês americano, e thermionic valve, em inglês britânico, ela também pode ser considerada uma das mais importantes invenções da humanidade, utilizada principalmente para aplicação em aparelhos de TV e rádio, principalmente em telecomunicações, embora seu sucesso tenha sido curto, pois foi inventada em 1906 mas substituída a partir de 1947 pelo transistor, este muito mais moderno.

De modo geral, a válvula eletrônica, conhecida também como tubo de vácuo, é um amplificador de sinal. Ela é composta por um cátodo, um ânodo e uma grade de controle, esses três elementos fechados em um tubo de vácuo. A função principal da grade de controle é controlar o fluxo de elétrons entre o ânodo e o cátodo.

Ela ainda é usada em alguns segmentos muito específicos das telecomunicações, como, por exemplo, a emissão de sinais de rádio em geral.

VEJA TAMBÉM