Quais são as características dos transistores?
Os transistores são componentes em dispositivos eletrônicos que controlam e ampliam o fluxo de eletricidade no dispositivo e são considerados uma das invenções mais importantes no desenvolvimento da eletrônica moderna. Características importantes do transistor que afetam como o transistor opera incluem ganho, estrutura e polaridade do transistor, além de materiais de construção. As características do transistor podem variar amplamente de acordo com a finalidade do transistor.
Os transistores são úteis porque podem usar uma pequena quantidade de eletricidade como sinal para controlar o fluxo de quantidades muito maiores. A capacidade do transistor para fazer isso é chamada de ganho do transistor, que é medido como a razão da saída que o transistor produz com a entrada necessária para produzir essa saída. Quanto maior a saída em relação à entrada, maior o ganho. Essa proporção pode ser medida em termos de energia, tensão ou corrente da eletricidade. O ganho diminui à medida que a frequência operacional aumenta.
As características do transistor variam de acordo com a composição do transistor. Os materiais comuns incluem os semicondutores de silício, germânio e arseneto de gálio (GaAs). O arseneto de gálio é frequentemente usado para transistores que operam em altas frequências porque sua mobilidade de elétrons, a velocidade na qual os elétrons se movem através do material semicondutor, é maior. Também pode operar com segurança a temperaturas mais altas em transistores de silício ou germânio. O silício possui menor mobilidade eletrônica dos outros materiais do transistor, mas é comumente usado porque o silicone é barato e pode operar em temperaturas mais altas que o germânio.
Uma das características mais importantes do transistor é o design do transistor. Um transistor de junção bipolar (BJT) possui três terminais chamados base, coletor e emissor, com a base entre o coletor e o emissor. Pequenas quantidades de eletricidade se movem da base para o emissor, e a pequena mudança na tensão causa mudanças muito maiores no fluxo de eletricidade entre as camadas do emissor e do coletor. Os BJTs são chamados bipolares porque usam elétrons carregados negativamente e orifícios de elétrons carregados positivamente como portadores de carga.
Em um transistor de efeito de campo (FET), apenas um tipo de portador de carga é usado. Todo FET possui três camadas de semicondutores chamadas gate, dreno e fonte, que são análogas à base, coletor e emissor dos BJTs, respectivamente. A maioria dos FETs também possui um quarto terminal conhecido como corpo, volume, base ou substrato. Se um FET usa elétrons ou furos de elétrons para carregar cargas depende da composição das diferentes camadas de semicondutores.
Cada terminal semicondutor de um transistor pode ter polaridade positiva ou negativa, dependendo de quais substâncias o principal material semicondutor do transistor foi dopado. Na dopagem do tipo N, são adicionadas pequenas impurezas de arsênico ou fósforo. Cada átomo do dopante possui cinco elétrons em sua camada externa. A camada externa de cada átomo de silício possui apenas quatro elétrons e, portanto, cada átomo de arsênico ou fósforo fornece um excesso de elétrons que podem se mover através do semicondutor, gerando uma carga negativa. No doping do tipo P, o gálio ou o boro, ambos com três elétrons em sua camada externa, são usados. Isso dá ao quarto elétron na camada externa dos átomos de silício nada a que se ligar, produzindo portadores de carga positiva correspondentes chamados orifícios de elétrons nos quais os elétrons podem se mover.
Os transistores também são classificados de acordo com a polaridade de seus componentes. Nos transistores NPN, o terminal do meio - a base nos BJTs, o portão nos FETs - possui polaridade positiva, enquanto as duas camadas de cada lado são negativas. Em um transistor PNP, o oposto é o caso.