Transístor

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Transistores com diferentes encapsulamentos. À esquerda um transistor de sinal em encapsulamento TO-92. À direita um transistor de alta potência em encapsulamento metálico TO-3

Transístor (pt) ou transistor (pt-BR) é um dispositivo semicondutor usado para amplificar ou trocar sinais eletrônicos e potência elétrica. É composto de material semicondutor com pelo menos três terminais para conexão a um circuito externo. Uma tensão ou corrente aplicada a um par de terminais do transistor controla a corrente através de outro par de terminais. Como a potência controlada (saída) pode ser maior que a potência de controle (entrada), um transistor pode amplificar um sinal. Hoje, alguns transistores são embalados individualmente, mas muitos outros são encontrados embutidos em circuitos integrados. O termo provém do inglês transfer resistor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores.[1]

O transistor é o bloco de construção fundamental dos dispositivos eletrônicos modernos e é onipresente nos sistemas modernos. Julius Edgar Lilienfeld patenteou um transistor de efeito de campo em 1926,[2] mas não foi possível construir um dispositivo de trabalho naquele momento. O primeiro dispositivo praticamente implementado foi um transistor de contato pontual inventado em 1947 pelos físicos estadunidenses John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley. O transistor revolucionou o campo da eletrônica e abriu caminho para rádios, calculadoras e computadores menores e mais baratos, entre outras coisas. O transistor está na lista de marcos do IEEE em eletrônica,[3] e Bardeen, Brattain e Shockley dividiram o Prêmio Nobel de Física em 1956 por sua conquista.[4]

A maioria dos transistores é feita de silício puro ou germânio, mas alguns outros materiais semicondutores também podem ser usados. Um transistor pode ter apenas um tipo de portador de carga, em um transistor de efeito de campo, ou pode ter dois tipos de portadores de carga em dispositivos de transistor de junção bipolar. Comparado com válvula termiônica, os transistores são geralmente menores e requerem menos energia para operar. Certos tubos de vácuo têm vantagens sobre os transistores em frequências de operação muito altas ou altas tensões operacionais. Muitos tipos de transistores são feitos para especificações padronizadas por vários fabricantes.

História[editar | editar código-fonte]

Uma réplica do primeiro transistor

O triodo termiônico, um tubo a vácuo inventado em 1907, possibilitou a amplificação da tecnologia de rádio e a telefonia de longa distância. O triodo, no entanto, era um dispositivo frágil que consumia uma quantidade substancial de energia. Em 1909, o físico William Eccles descobriu o oscilador de diodo de cristal.[5] O físico Julius Edgar Lilienfeld depositou uma patente para um transistor de efeito de campo (FET) no Canadá em 1925,[6] que foi planejado para ser um substituto de estado sólido para o triodo.[7][8] Lilienfeld também apresentou patentes idênticas nos Estados Unidos em 1926[9] e 1928.[10][11] No entanto, Lilienfeld não publicou nenhum artigo de pesquisa sobre seus dispositivos, nem suas patentes citam exemplos específicos de um protótipo funcional. Como a produção de materiais semicondutores de alta qualidade ainda estava a décadas de distância, as idéias de amplificadores de estado sólido de Lilienfeld não teriam encontrado utilidade prática nas décadas de 1920 e 1930, mesmo se tal dispositivo tivesse sido construído.[12] Em 1934, o inventor alemão Oskar Heil patenteou um dispositivo similar na Europa.[13]

De 17 de novembro de 1947 a 23 de dezembro de 1947, John Bardeen e Walter Brattain da Bell Labs da AT&T em Murray Hill, Nova Jersey, nos Estados Unidos, realizaram experimentos e observaram que quando dois pontos de ouro eram aplicados a um cristal de germânio, sinal foi produzido com a potência de saída maior que a entrada.[14] O líder do Grupo de Física do Estado Sólido, William Shockley, viu o potencial nisso, e nos próximos meses trabalhou para ampliar o conhecimento sobre semicondutores. O termo transistor foi cunhado por John R. Pierce como uma contração do termo transresistência.[15][16][17] De acordo com Lillian Hoddeson e Vicki Daitch, autores de uma biografia de John Bardeen, Shockley propôs que a primeira patente do Bell Labs para um transistor deveria ser baseada no efeito de campo e que ele fosse nomeado como o inventor. Tendo desenterrado as patentes de Lilienfeld que entraram na obscuridade anos antes, os advogados da Bell Labs desaconselharam a proposta de Shockley porque a ideia de um transistor de efeito de campo que usasse um campo elétrico como uma "grade" não era nova. Em vez disso, o que Bardeen, Brattain e Shockley inventaram em 1947 foi o primeiro transistor de contato pontual.[12] Em reconhecimento a essa conquista, Shockley, Bardeen e Brattain receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Física de 1956 "por suas pesquisas sobre semicondutores e sua descoberta do efeito do transistor".[18][19]

Herbert F. Mataré (1950)

Em 1948, o transistor de ponto de contato foi inventado independentemente pelos físicos alemães Herbert Mataré e Heinrich Welker enquanto trabalhavam na Compagnie des Freins et Signaux, uma subsidiária da Westinghouse localizada em Paris. Mataré tinha experiência anterior no desenvolvimento de retificadores de cristal de silício e germânio no esforço de radar alemão durante a Segunda Guerra Mundial. Usando esse conhecimento, ele começou a pesquisar o fenômeno da "interferência" em 1947. Em junho de 1948, testemunhando correntes fluindo através de pontos de contato, Mataré produziu resultados consistentes usando amostras de germânio produzidas por Welker, semelhante ao que Bardeen e Brattain haviam realizado antes, em dezembro de 1947. Percebendo que os cientistas da Bell Labs já haviam inventado o transistor antes deles, a empresa se apressou em colocar seu "transistron" em produção para uso amplificado na rede de telefonia da França.[20]

Os primeiros transistores de junção bipolar foram inventados por William Shockley, da Bell Labs, que solicitou a patente (2.569.347) em 26 de junho de 1948. Em 12 de abril de 1950, os químicos Gordon Teal e Morgan Sparks, da Bell Labs, produziram com sucesso uma junção NPN bipolar que amplificava o transistor de germânio. A Bell Labs anunciou a descoberta deste novo transistor "sanduíche" em um comunicado de imprensa em 4 de julho de 1951.[21][22]

Transistor superfície-barreira desenvolvido e produzido pela Philco em 1953

O primeiro transistor de alta frequência foi o transistor de germânio de superfície-barreira desenvolvido pela Philco em 1953, capaz de operar até 60 MHz.[23] Estas foram feitas por gravura de depressões em uma base de germânio do tipo N de ambos os lados com jatos de sulfato de índio (III) até que ele tivesse alguns dez milésimos de uma polegada de espessura. O índio galvanizado nas depressões formava o coletor e o emissor.[24][25]

O primeiro rádio transistor tipo "protótipo" foi apresentado pela INTERMETALL (empresa fundada por Herbert Mataré em 1952) na Internationale Funkausstellung Düsseldorf entre 29 de agosto de 1953 e 9 de setembro de 1953.[26]

O primeiro rádio transistorizado de bolso de "produção" foi o Regency TR-1, lançado em outubro de 1954.[19] Produzido como uma joint venture entre a Divisão de Regência da Industrial Development Engineering Associates, I.D.E.A. e Texas Instruments de Dallas, Texas, o TR-1 foi fabricado em Indianapolis, Indiana. Era um rádio quase de bolso com 4 transistores e um diodo de germânio. O desenho industrial foi terceirizado para a firma de Chicago Painter, Teague e Petertil. Foi lançado inicialmente em uma das quatro cores diferentes: preto, branco, vermelho e cinza. Outras cores deveriam seguir em breve.[27][28][29]

O primeiro auto-rádio de produção "transistor" foi desenvolvido pelas corporações Chrysler e Philco e foi anunciado na edição de 28 de abril de 1955 do Wall Street Journal. A Chrysler havia fabricado o rádio para todos os transistores, o Mopar modelo 914HR, disponível como opção a partir do outono de 1955 para sua nova linha de carros Chrysler e Imperial de 1956, que atingiu os andares da concessionária em 21 de outubro de 1955.[30][31][32]

O primeiro transistor de silício em funcionamento foi desenvolvido na Bell Labs em 26 de janeiro de 1954 por Morris Tanenbaum. O primeiro transistor de silício comercial foi produzido pela Texas Instruments em 1954. Este foi o trabalho de Gordon Teal, um especialista no cultivo de cristais de alta pureza, que já havia trabalhado no Bell Labs.[33][34][35] O primeiro MOSFET efetivamente construído foi de Kahng e Atalla no Bell Labs em 1960.[36]

Importância[editar | editar código-fonte]

Um transistor Darlington aberto para que o chip transistorizado (o pequeno quadrado) possa ser visto dentro dele. Um transistor Darlington é efetivamente dois transistores no mesmo chip. Um transistor é muito maior do que o outro, mas ambos são grandes em comparação com os transistores na integração em grande escala, porque esse exemplo específico é destinado a aplicações de energia.

O transistor é o componente ativo chave em praticamente todos os eletrônicos modernos. Muitos consideram ser uma das maiores invenções do século XX.[37] Sua importância na sociedade atual depende de sua capacidade de ser produzida em massa usando um processo altamente automatizado (fabricação de dispositivos semicondutores) que alcança custos surpreendentemente baixos por transistor. A invenção do primeiro transistor na Bell Labs foi nomeada como um marco na IEEE em 2009.[38]

Embora várias empresas produzam mais de um bilhão de transistores embalados individualmente (conhecidos como "discretos") a cada ano,[39] a grande maioria dos transistores agora é produzida em circuitos integrados (muitas vezes encurtados para IC, microchips ou simplesmente chips), junto com diodos, resistores, capacitores e outros componentes eletrônicos, para produzir circuitos eletrônicos completos. Uma porta lógica consiste em até cerca de vinte transistores, enquanto um microprocessador avançado, a partir de 2009, pode usar até 3 bilhões de transistores (MOSFETs).[40] "Cerca de 60 milhões de transistores foram construídos em 2002 ... para [cada] homem, mulher e criança na Terra."[41]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Morimoto, Carlos E. (26 de junho de 2005). «Transístor». Guia do Hardware. Consultado em 13 de fevereiro de 2012 
  2. «1926 – Field Effect Semiconductor Device Concepts Patented». Computer History Museum. Consultado em 31 de maio de 2019. Cópia arquivada em 22 de março de 2016 
  3. «Milestones:Invention of the First Transistor at Bell Telephone Laboratories, Inc., 1947». IEEE Global History Network. IEEE. Consultado em 31 de maio de 2019. Cópia arquivada em 21 de novembro de 2014 
  4. «The Nobel Prize in Physics 1956». Nobelprize.org. Nobel Media AB. Consultado em 31 de maio de 2019. Cópia arquivada em 16 de dezembro de 2014 
  5. Moavenzadeh, Fred (1990). Concise Encyclopedia of Building and Construction Materials. [S.l.: s.n.] ISBN 9780262132480 
  6. Lilienfeld, Julius Edgar (1927). Specification of electric current control mechanism patent application. [S.l.: s.n.] 
  7. Vardalas, John (May 2003) Twists and Turns in the Development of the Transistor Arquivado em 2015-01-08 no Wayback Machine. IEEE-USA Today's Engineer.
  8. Lilienfeld, Julius Edgar, "Method and apparatus for controlling electric current" Patente E.U.A. 1 745 175 January 28, 1930 (filed in Canada 1925-10-22, in US October 8, 1926).
  9. «Method And Apparatus For Controlling Electric Currents». United States Patent and Trademark Office 
  10. «Amplifier For Electric Currents». United States Patent and Trademark Office 
  11. «Device For Controlling Electric Current». United States Patent and Trademark Office 
  12. a b «Twists and Turns in the Development of the Transistor». Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. Arquivado do original em 8 de janeiro de 2015 
  13. Heil, Oskar, "Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices", Patent No. GB439457, European Patent Office, filed in Great Britain 1934-03-02, published December 6, 1935 (originally filed in Germany March 2, 1934).
  14. «November 17 – December 23, 1947: Invention of the First Transistor». American Physical Society. Cópia arquivada em 20 de janeiro de 2013 
  15. Millman, S., ed. (1983). A History of Engineering and Science in the Bell System, Physical Science (1925–1980). [S.l.]: AT&T Bell Laboratories  Parâmetro desconhecido |  página= ignorado (ajuda)
  16. Bodanis, David (2005). Electric Universe. [S.l.]: Crown Publishers, New York. ISBN 978-0-7394-5670-5 
  17. «transistor». American Heritage Dictionary 3rd ed. Boston: Houghton Mifflin. 1992 
  18. «The Nobel Prize in Physics 1956». nobelprize.org. Cópia arquivada em 12 de março de 2007 
  19. a b Guarnieri, M. (2017). «Seventy Years of Getting Transistorized». IEEE Industrial Electronics Magazine. 11 (4). pp. 33–37. doi:10.1109/MIE.2017.2757775 
  20. «1948, The European Transistor Invention». Computer History Museum. Cópia arquivada em 29 de setembro de 2012 
  21. 1951: First Grown-Junction Transistors Fabricated Arquivado em 2017-04-04 no Wayback Machine.
  22. «Archived copy». Consultado em 30 de maio de 2019 
  23. Bradley, W.E. (dezembro de 1953). «The Surface-Barrier Transistor: Part I-Principles of the Surface-Barrier Transistor». Proceedings of the IRE. 41 (12). pp. 1702–1706. doi:10.1109/JRPROC.1953.274351 
  24. Wall Street Journal, December 4, 1953, page 4, Article "Philco Claims Its Transistor Outperforms Others Now In Use"
  25. Electronics magazine, January 1954, Article "Electroplated Transistors Announced"
  26. «Der deutsche Erfinder des Transistors – Nachrichten Welt Print – DIE WELT». Welt.de. 23 de novembro de 2011. Consultado em 30 de maio de 2019. Cópia arquivada em 15 de maio de 2016 
  27. «Archived copy». Consultado em 30 de maio de 2019. Cópia arquivada em 21 de outubro de 2004 
  28. «Archived copy». Consultado em 30 de maio de 2019. Cópia arquivada em 27 de abril de 2017 
  29. «Archived copy». Consultado em 30 de maio de 2019. Cópia arquivada em 10 de abril de 2017 
  30. Wall Street Journal, "Chrysler Promises Car Radio With Transistors Instead of Tubes in '56", April 28th 1955, page 1
  31. Hirsh, Rick. «Philco's All-Transistor Mopar Car Radio». Allpar.com. Consultado em 30 de maio de 2019 
  32. «FCA North America - Historical Timeline 1950-1959». www.fcanorthamerica.com 
  33. Riordan, Michael (Maio de 2004). «The Lost History of the Transistor». IEEE Spectrum. pp. 48–49 
  34. Chelikowski, J. (2004) "Introduction: Silicon in all its Forms", p. 1 in Silicon: evolution and future of a technology. P. Siffert and E. F. Krimmel (eds.). Springer, ISBN 3-540-40546-1.
  35. McFarland, Grant (2006) Microprocessor design: a practical guide from design planning to manufacturing. McGraw-Hill Professional. p. 10. ISBN 0-07-145951-0.
  36. Heywang, W. and Zaininger, K. H. (2004) "Silicon: The Semiconductor Material", p. 36 in Silicon: evolution and future of a technology. P. Siffert and E. F. Krimmel (eds.). Springer, 2004 ISBN 3-540-40546-1.
  37. Price, Robert W. (2004). Roadmap to Entrepreneurial Success. [S.l.]: AMACOM Div American Mgmt Assn. p. 42. ISBN 978-0-8144-7190-6 
  38. «Milestones:Invention of the First Transistor at Bell Telephone Laboratories, Inc., 1947». IEEE Global History Network. IEEE. Consultado em 23 de abril de 2019. Cópia arquivada em 8 de outubro de 2011 
  39. FETs/MOSFETs: Smaller apps push up surface-mount supply
  40. ATI and Nvidia face off Arquivado em 23 de maio de 2013 no Wayback Machine.
  41. The Two Percent Solution Arquivado em 4 de março de 2016 no Wayback Machine.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]