Eletrónica 17.ª Parte
18. TRANSÍSTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR (BJT)
robótica
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Símbolo A
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A
H Paulo Peixoto paulo.peixoto@atec.pt ATEC – Academia de Formação
ELETRÓNICA INDUSTRIAL
18.1. Introdução As pesquisas que levaram à descoberta do transístor procuravam um substituto para as válvulas eletrónicas. Numa comparação simples, o transístor apresenta inúmeras vantagens quando comparado com as válvulas, nomeadamente, o facto de ser mais eficiente, ser mais barato, apresentar uma menor dimensão e consumir muito menos energia. Faremos um breve enquadramento do percurso entre a utilização das válvulas e a sua substituição pelo Transístor de Junção Bipolar (BJT), antes de avançarmos para o estudo das suas caraterísticas e circuitos de aplicação. 18.1.1 Os desafios No fim do século XIX, começaram as primeiras pesquisas com transmissão de ondas de rádio. Os cientistas conseguiam codificar sons numa onda eletromagnética e transmitir essa onda, no entanto para fazer a sua deteção à distância existam dois problemas principais. Por um lado, a dificuldade em retirar a informação da onda eletromagnética, por outro, a onda chegada à fonte recetora com um sinal muito fraco. A solução para o primeiro problema seria ultrapassada com a transformação do sinal alternada recebido em corrente contínua, que poderia ser processado através de um altifalante. O problema foi inicialmente solucionado por cristais. O físico alemão Ferdinand Braun descobriu, em 1874, que cristais, sob certas condições, conduziam corrente elétrica apenas num sentido. Esse fenómeno, chamado de retificação, era capaz de separar a informação da onda recebida. O segundo problema constituiu um desafio acrescido. As primeiras experiências apenas conseguiam restituir o som original em fones de ouvidos, no entanto com um sinal extremamente fraco. O desafio era então aumentar o volume do som recebido, ou seja, era necessário amplificar o sinal recebido. 18.1.2 As válvulas eletrónicas As válvulas substituíram os cristais resultado numa solução mais eficiente e prática. A válvula díodo, criada pelo inglês John Ambrose Fleming, retificava a onda e entregava a informação de volta. O americano Lee De Forest criou a válvula tríodo, que amplificava a informação, gerando o som novamente em volume suficiente para ser utilizado em aplicações práticas. Começava a era da eletrónica. A partir das válvulas surgiram o rádio, a televisão e os computadores. O ENIAC - Electronic Numerical Integrator And Computer, o pai de todos os computadores, possuía 17 468 válvulas, além de 6000 chaves manuais, através das quais era programado, e media cerca de 50 metros. O transístor permitiu um salto tecnológico semelhante ao causado pelas válvulas, mas com um desempenho muito mais eficiente.
Figura 142. Válvula díodo ou Válvula de Fleming. Fonte: Ciência e Tecnologia: um Diálogo Permanente. Francisco Caruso. 2011
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Figura 143. Esquema de um amplificador de audiofrequência. Fonte: Ciência e Tecnologia: um Diálogo Permanente. Francisco Caruso. 2011
Às conhecidas desvantagens das válvulas, nomeadamente o seu elevado tamanho e consumo de energia, juntou-se a sua incapacidade de operar com altas frequências. As pesquisas ligadas às missões de guerra exigiam equipamentos menores e que operassem a frequências mais elevadas. Três cientistas dos laboratórios Bell (John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley) resolveram “regressar ao passado”, mais concretamente, à época dos antigos rádios a cristal. Ao contrário dos equipamentos que eram constituídos com válvulas, os velhos rádios experimentais a cristal conseguiam detetar as altas frequências. O interesse deslocou-se, então, para a descoberta de Ferdinand Braun, ou seja, a capacidade de os cristais transmitirem eletricidade num único sentido. Aí poderia estar um substituto para as válvulas. O caminho mostrou-se correto. A equipa conseguiu produzir o primeiro transístor em 1947, após 11 anos de pesquisas. Em poucos anos a invenção seria disseminada por todo o tecido industrial e permitiria uma onda de inovações tecnologias sem precedentes. Os rádios portáteis, então tornados