O que me proponho a fazer nesta
coluna é explicar o que são e como funcionam os transistores usando um
vocabulário tanto quanto possível despido de termos técnicos e recorrendo a
conceitos ao alcance da compreensão do leitor não especialista seja em eletrônica,
seja em informática.
Figura
1: réplica do primeiro transistor fabricado em
1948
Então
vamos lá: o que é um transistor?
A forma mais simples de responder
esta pergunta seria afirmar que o transistor é o substituto da válvula
eletrônica. Mas, neste caso, será necessário explicar o que são (sim, o verbo
está no presente porque ainda existem, embora raras) válvulas eletrônicas.
Menos mal, porque o termo “válvula” tem um significado amplamente conhecido que
pode ajudar a esclarecer a coisa.
Senão, vejamos: uma válvula
eletrônica regula o fluxo de elétrons (ou corrente elétrica) em um condutor
elétrico da mesma forma que uma válvula hidráulica regula o fluxo de água (ou
vazão) em um cano – que, usando a mesma analogia, pode ser considerado um
“condutor hidráulico”.
E
como funciona uma válvula hidráulica?
Bem, isso sabemos todos: totalmente
aberta, deixa passar toda a corrente de água. Totalmente fechada, interrompe
inteiramente esta corrente. E mantida em qualquer posição intermediária, regula
a vazão (ou volume de água que flui na unidade de tempo) entre estes dois
limites.
Válvulas eletrônicas fazem
essencialmente a mesma coisa com a corrente elétrica, análoga à vazão no
exemplo acima. Por isto, nos circuitos eletrônicos usados nos antigos aparelhos
de rádio, válvulas eram empregadas como amplificadores de corrente, pois
permitiam reproduzir as oscilações da débil corrente elétrica do sinal captado
pela antena, ampliando-as até a corrente de maior intensidade exigida pelo alto-falante
para reproduzir o som. Os rádios modernos empregam transistores para
desempenhar exatamente a mesma função em aparelhos de menores dimensões que
consomem muito menos potência (quem desejar mais detalhes sobre o funcionamento
interno de válvulas e transistores pode encontrá-los na coluna “Válvulas e transistores”).
Mas, no que toca aos computadores,
não nos interessa o papel de amplificador de corrente que o transistor pode
desempenhar. Isto porque os computadores – ou pelo menos seus principais
componentes, como o microprocessador ou Unidade Central de Processamento e
circuitos auxiliares – usam a chamada “lógica binária” ou “lógica digital” para
executarem suas operações internas.
A lógica digital é um ramo peculiar
da lógica matemática que por sua vez é um ramo da lógica formal. A
peculiaridade consiste no fato de que suas variáveis podem assumir apenas dois
valores mutuamente exclusivos: verdadeiro ou falso, jamais um valor intermediário.
Estes dois valores são usados para
representar os algarismos “um” e “zero” empregados nas operações internas dos
computadores. Desta forma podemos afirmar que “Verdadeiro = 1” e “Falso = 0” e,
apenas com estes dois algarismos, representar todos os números no sistema
numérico binário, ou de base 2 (quer saber mais sobre ele? Consulte a coluna “Bits e Bytes”).
E
que têm os transistores a ver com isto?
Muito. Porque além de amplificar uma
corrente elétrica eles podem ser usados em circuitos onde assumem apenas as
duas posições extremas: totalmente “fechados” ou totalmente “abertos”.
Explicando melhor: podem ser ajustados apenas para interromper inteiramente uma
corrente elétrica (se “fechado”) ou para deixá-la passar integralmente (quando
“aberto”), em uma função idêntica à dos interruptores comuns, destes usados
para acender lâmpadas.
Sendo assim, o transistor pode ser
concebido como se estivesse permanentemente respondendo à pergunta: “uma
corrente elétrica escoa pelo condutor?”
Se o transistor está aberto, a
resposta é “Verdadeiro” e representa o algarismo “um”. Se, ao contrário,
estiver fechado, a resposta é “Falso” e representa o algarismo “zero”.
Resumindo: o transistor é o mais
importante componente dos circuitos eletrônicos digitais que formam as
entranhas de nossos computadores onde sua única função é atuar de forma análoga
a um interruptor de corrente controlado eletricamente.
Mas o que isto quer dizer exatamente?
E como ele funciona na prática (ou seja, como fazê-lo “abrir” e “fechar” usando
apenas a eletricidade)? Vejamos.
O transistor foi criado em 1948 como
resultado das pesquisas conjuntas de três físicos, John Bardeen,Walter Brattain e William Shockley e foi
considerado tão importante que levou o trio a ser laureado com o Nobel de
Física pelo seu feito apenas oito anos depois, em 1956. Ele consiste de uma
partícula de material semicondutor como o silício (ou seja, cuja capacidade de
conduzir corrente elétrica se situa entre as dos materiais condutores e
isolantes) à qual foi agregada uma pequena porção de um tipo determinado de
impureza, como o germânio (ao pessoal com formação técnica e aos críticos de
plantão: sim, a explicação é altamente simplificada, mas se presta à finalidade
desta coluna que, convém lembrar, é dirigida a leigos). Esta impureza faz com que
o material passe ou a conduzir corrente de forma semelhante a um condutor
verdadeiro, com baixíssima resistência elétrica, ou a impedir completamente sua
passagem, como um isolante, dependendo das circunstâncias.
Figura 2: Transistores
A este pequeno dispositivo são
ligados três terminais que recebem o nome de “emissor”, “coletor” e “base”.
Alguns exemplares são vistos na Figura 2, obtida na Wikipedia. Para que se
tenha uma ideia de suas dimensões: a parte central circular do maior deles mede
menos de 2 cm de diâmetro. O menor, embaixo, mede não mais que alguns
milímetros. Ainda assim, estas dimensões devem-se quase que exclusivamente ao
invólucro, ou “encapsulamento”, posto que o transistor propriamente dito pode
ser microscópico (os usados nos processadores modernos, como veremos nas
colunas seguintes, medem apenas alguns bilionésimos de milímetro). Ora, como
uma válvula comum é mais ou menos do tamanho de uma lâmpada incandescente de
tamanho médio, é fácil entender porque praticamente desapareceram, substituídas
pelos transistores que cumprem as mesmas funções. Nos circuitos eletrônicos o
transistor costuma ser representado pelo símbolo exibido na Figura 3.
Figura 3: Símbolo do transistor
Nos circuitos digitais seu
funcionamento é muito simples. Emissor e coletor são conectados em série a um
circuito elétrico que pode ou não ser alimentado por uma corrente. A base é
ligada a outro ponto do circuito cuja finalidade é controlar o estado do
transistor. Quando uma tensão elétrica é aplicada à base, o transistor “abre”,
ou seja, funciona como condutor, permitindo que uma corrente elétrica flua
entre emissor e coletor e alimente o circuito ao qual está ligado. Quando a
tensão aplicada à base é nula, o transistor “fecha” e se comporta como um
isolante, impedindo o fluxo da corrente e cortando a alimentação do circuito.
Nenhum comentário:
Postar um comentário