Por volta de 1926, o comportamento dos elétrons
nos sólidos já havia sido quantificado pelo físico austríaco Schrodinger,
permitindo, assim unificar todos os enigmáticos fenômenos do estado
sólido observados até então.
Assim, enquanto os teóricos se preocupavam em explicar matematicamente
conceitos sobre o elétron, teoria de bandas, valências, etc, cientistas
mais práticos - Mevil F. Mott, na Inglaterra, Alexander Davydov, na
União Soviética e, como já visto Walter Schottky, na Alemanha - empregando
os mais diversos tipos de cristais tentavam experimentalmente explicar
o mecanismo da retificação.
|
Ilustração do circuito denominado de base
aterrada comparado com aquele de grade aterrada em um triôdo
termiônico. |
|
Ilustração do circuito denominado emissor
aterrado, comparado com aquele de catodo aterrado em um triôdo
termiônico. |
De uma forma geral todos concordavam que
a retificação ocorria:
Quando o material condutor tornava-se vacuidade de cargas na junção,
que criava uma barreira para o equilíbrio
do fluxo de elétrons através da mesma. A aplicação de um campo elétrico
reduzindo a ação da barreira permitiria o fluxo de elétrons, enquanto
que, de forma inversa ocorreria menor depleção de cargas no material
semicondutor e, assim, aumentando a barreira ao fluxo dos elétrons.
Como visto, desde o final do século
XIX, os esforços para se conseguir um dispositivo amplificador
estado sólido exeqüível, foi a saga de muitos inventores, engenheiros
e cientistas.
Entretanto, foi somente em 1948 que uma equipe de físicos, trabalhando
nos laboratórios Bell, EUA, William Shockley, John Bardeen e Walter
H. Brattain, definiram numa base teórica que em tal tipo de dispositivo
|
Esquemático ilustrando a reversão das polaridades
encontradas em um transistor N-P-N e P-N-P. |
semicondutor, o fluxo da corrente enviada
através de dois contatos podia ser controlada por meio de uma corrente,
enviada por um terceiro contato semelhante ao comportamento encontrado
numa válvula termiônica ou triodo.
|
Ilustração do amplificador estado sólido,
mostrando os seus três pontos de contato: Emissor (e), Coletor
(c) e base (b). |
Este dispositivo foi denominado de TRANSISTOR,
um acrossemia para: TRANSFERÊNCIA e RESISTÊNCIA.
Em termos de um circuito elétrico, o TRANSISTOR consiste num conjunto
de dois diodos operando em oposição, de forma que a estrutura cristalina
N-P-N é provida com três pontos de contatos ou eletrodos denominados
de EMISSOR, COLETOR, os quais, por sua vez estão ligados aos dois
cristais N, enquanto que o terceiro ou BASE esta ligada à parte
positiva ou cristal P.
Este dispositivo semicondutor é chamado de TRANSISTOR bipolar. Em
sua operação normal a junção base emissor é polarizada para frente
enquanto que a junção coletor base na direção oposta. O termo
transistor foi originalmente, proposto por John R. Pierce, considerando
a dualidade deste dispositivo com a válvula termiônica. Enquanto
que na válvula a transcondutância é um parâmetro sobremaneira importante,
no transistor o ganho é feito pela trans-resistência, daí o seu
nome.
|
Ilustração de um aparelho traçador de curvas
para transistor mostrando o comutador para conversão das polaridades
P-N-P e N-P-N. |
|
Ilustração do transistor ou dispositivo semicondutor
com três pontos de contato comparado com um primitivo diodo
de Germânio. |
Ambos os tipos de transistores N-P-N ou P-N-P operam de forma idêntica
diferenciando apenas que polaridades invertidas.
Desta forma, os elétrons fluem do emissor para o coletor,
e, do coletor para o emissor, respectivamente para a
junção do tipo N-P-N e P-N-P.
Apesar da sua enorme potencialidade, os primeiros TRANSISTORES
de germânio eram incapazes de manter estreitas tolerâncias com relação
as suas características elétricas. Através da melhoria das técnicas
de fabricação esta situação foi logo contornada e, desta forma,
o TRANSISTOR como um amplificador do estado sólido logo atingiu
o desempenho de uma válvula termiônica.
Assim, por volta de 1958, para combater a evolução do estado
sólido a companhia RCA lançou no mercado um dispositivo termiônico
miniaturizado o NUVISTOR.
|
Ilustração do princípio de operação do Transistor N-P-N em função
do arranjo inter cristalino do cristal usado na sua fabricação.
Na realidade consiste de uma camada N ligada ao emissor E;
a camada P a qual esta ligada à base B e, por fim uma segunda
camada N ligada ao coletor C. Em termos de circuito tem-se assim
dois diodos em oposição (b). Em repouso, o sistema tem falta de
elétrons na junção à esquerda ou E-B, enquanto que falta de vacâncias,
na junção à direita.
Se uma tensão positiva em relação a E for aplicada em B, a
diferença de potencial será suplantada de forma que o diodo E-B
torna-se condutivo pelo fluxo de elétrons para a Base, havendo um
aumento de corrente com a tensão.
Por outro lado, como a camada P tem menor quantidade de impureza
que a camada N, faz com que os elétrons não consigam encontrar vacâncias
suficientes para serem neutralizados na Base acumulando-se na mesma.
Se uma tensão positiva em relação a E for aplicada a C, o diodo
B-C impedira o fluxo de corrente. Como E-B é condutivo fornecendo
uma tensão relativamente alta os elétrons cumulados em B serão atraídos
por esta tensão externa. Desta forma uma pequena parte dos elétrons
aplicados em E fluirão para B: sua maior parte para C, porém a quantidade
de elétrons fornecidos por E dependerá da tensão existente entre
B e C. Tendo-se assim a amplificação, a corrente em relação
ao coletor é muito maior que aquela da base, porém depende da tensão
ou corrente através da base respectivamente.(70 Years of Electronic
Components - Philips)
|