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Departamento de Rádio Curso de Engenharia Electrónica e de Telecomunicações Electrónica Aplicada-I TRABALHO DE INVESTIGAÇÃO NO^01
Tema : DE VÁLVULAS AOS TRANSISTORES
Turma “2RA” 2ºAno Sala: 209 2º Semestre Discentes: Artur Júnior B. Marrima Caelon Calisto Zucula Ernesto Armando Sigauque Glória Luís da Silva João Paulo Antonio Macamo
Docente: Engº. Lucas Sábado Classificação (_______)
Escola Superior de Ciências Náuticas
Índice
- 12 de Agosto de
- Introdução..........................................................................................................................
- Objectivos do trabalho.......................................................................................................
- 1.1 Objectivo geral....................................................................................................
- 1.2 Objectivos específicos:.......................................................................................
- Metodologia de investigação.............................................................................................
- F 09 D Revisão bibliográfica...................................................................................
- Das Válvulas aos Transístores...........................................................................................
- História das válvulas.........................................................................................................
- História do transístor.........................................................................................................
- Motivo de Abandono das Válvulas....................................................................................
- Método de fabrico de transístores..................................................................................... - 1.3 Técnica de construção CMOS............................................................................ - 1.3.1 Etapa 1......................................................................................................... - 1.3.2 Etapas 2....................................................................................................... - 1.3.3 Etapas 3....................................................................................................... - 1.3.4 Etapas 4....................................................................................................... - 1.3.5 Etapa 5......................................................................................................... - 1.3.6 Etapa 6.......................................................................................................
- Diferenças entre transitor TBJ e FET................................................................................
- Tipos básicos de FET...................................................................................................... - 1.4 JFET.................................................................................................................. - 1.5 MOSFET........................................................................................................... - 1.6 MOSFET de Modo Depleção........................................................................... - 1.7 Diferença entre JFET E o MOSFET (resumo).....................................................
- Circuitos básicos com TBJs e FETs................................................................................ - 1.8 Transistores Bipolares....................................................................................... - 1.8.1 polarizacao por corrente de emissor constante.......................................... - 1.8.2 Polarizacao por Realimentação Negativa.................................................. - 1.8.3 Seguidor de Emissor.................................................................................. - 1.8.4 Polarização por divisor de tensão na base................................................. - 1.8.5 Auto polarização........................................................................................
- Polarização do transistor e FET.......................................................................................
depois da descoberta do transístor que criou grandes demandas na procura e sofisticação dos novos dispositivos electrónicos dando grandes avanços e vantagens adiante mostrados no nosso trabalho. E para garantir a qualidade do trabalho e a credibilidade dos conteúdos aqui abordados o nosso trabalho tem como base a consulta de bibliotecas virtuais em sintonia com os reais ou seja manuais físicos consultados de autores citados mais adiante (referencias bibliográficas) no que foi o nosso trabalho
MARRIMA, Artur; SIGAUQUE, Ernesto ; MACAMO, João ; DA SILVA, Gloria:
Objectivos do trabalho Objectivo geral
- Estudar as válvulas de modo que possamos entender a sua evolução até o transístor nos dias de hoje.
Objectivos específicos: De modo a se alcançar o objectivo geral o trabalho foi desenvolvido obedecendo a seguinte sequência de objectivos específicos:
- Falar do história das válvulas e os transístores;
- Definir os Tipos de transístores
- Mostrar as características;
- Mostrar o Principio de funcionamento
- Mostrar Aplicação e exemplos ilustrativos
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História das válvulas A válvula electrónica, também chamada de válvula termiónica, é um dispositivo que controla a passagem da corrente eléctrica através do vácuo dentro de um bulbo de vidro, que contém elementos metálicos. Foi um componente bastante usado entre os anos 30 e 60, eram usados em rádios, tv e outros. Após o desenvolvimento dos transístores essas deixaram de ser tão usadas, porém, hoje ainda podem ser encontradas em alguns produtos. Até 1873, quando a válvula electrónica foi inventada, conseguia suprir pequenas necessidades, mas com o passar do tempo a técnica começou a se mostrar pouco útil para as novas necessidades, dai houve a necessidade de procura de novas alternativas fáceis e sustentáveis.
A física dos semicondutores revolucionou a sociedade moderna ao possibilitar a construção de dispositivos e máquinas cada vez menores e mais potentes. Nas pesquisas iniciais com transmissão de ondas de rádio, no fim do século XIX, os cientistas conseguiram codificar e transmitir sons na forma de ondas electromagnéticas. No entanto, para detectá-las à distância, havia dois problemas: o primeiro, era retirar a informação da onda que a carregava. O segundo, era que a onda chegava com baixa intensidade. Em 1904, o �sico inglês John Ambrose Fleming criou a chamada válvula diodo, que rec�ficava a onda e entregava a informação de volta. Por sua vez, o americano Lee De Forest inventou, no ano de 1906, a válvula tríodo, que amplificava a informação, gerando o som novamente em volume suficiente para ser u�lizado em aplicações prá�cas.
História do transístor Trabalhando em 1947 nos lendários Laboratórios Bell, em Nova Jersey, o trio de engenheiros William Shockley (1910-1989), John Bardeen (1908-1991) e Walter Brattain (1902-1987) pesquisava o comportamento de cristais de germânio e de silício como semicondutores na tentativa de criar um substituto menor e mais confiável para as antigas válvulas a vácuo – aquelas que existiam no interior dos enormes rádios na sala de estar dos nossos avós e bisavós, nas décadas de 30 e 40.
Shockley, Bardeen e Brattain acabaram inventando o transístor, dispositivo composto por um material semicondutor, isto é, que podia tanto conduzir quanto isolar uma corrente eléctrica, dependendo do resultado de uma operação computacional. O invento,
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que valeu aos três engenheiros o Nobel de Química de 1956, foi a pedra fundamental da indústria de tecnologia.
Motivo de Abandono das Válvulas O foco da época foi reduzir o tamanho das válvulas e, além do aumento de sua eficiência e a redução do seu consumo. No final de 1947, cientistas do laboratório da Bell Telephone descobriram o transístor, a união de dois díodos, e verificaram que ao introduzir uma tensão em um dos terminais deste, o sinal que saía no outro terminal era ampliado. Com isso, o transístor tornou-se responsável pela amplificação de sinal, além de ser um controlador onde interrompe e libera a passagem de corrente eléctrica. Isso permite que o transístor seja bem mais rápido que a válvula, permitindo que a sua corrente eléctrica seja interrompida e restabelecida um bilhão de vezes em apenas um segundo. Vejamos as comparações:
VÁLVULA TRANSISTOR
- Maior consumo • Menor consumo
- Maior preço • Menor preço
- Maior tamanho • Menor tamanho
- Baixa durabilidade • Maior durabilidade
Método de fabrico de transístores Técnica de construção CMOS Etapa 1 O processo CMOS inicia com um substrato �po P e, então é crescido o “óxido de campo” (0,5um). A primeira máscara de litografia define a região �po N, onde átomos de fósforo são implantados através desta janela no óxido. Depois uma fina camada de óxido é crescida nas regiões ac�vas dos transístores. Este será o óxido de porta (Gate) com 2,5nm de espessura.
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Uma camada isolante (óxido de silício com 500nm) é depositada por CVD As regiões de contactos são corroídas, de forma a abrir janelas no óxido, expondo o silício dopado (regiões de fonte e dreno de cada transístor). Estas janelas de contacto são necessárias para a interconexão dos circuitos usando uma camada metálica (alumínio).
Figura3: Abertura de janelas para deposição de impurezas trivalentes ou pentavalentes. Etapa 5 Uma camada de metal (alumínio, >500nm) é depositada por evaporação e as linhas de interconexão são definidas por litografia e corrosão. Estas conexões são conhecidas como interconexões locais e as demais interconexões são feitas por mais de deposições de novas camadas isolantes e metálicas.
Etapa 6 A etapa final seria a deposição de uma camada de passivação (óxido de silício, >500nm) sobre toda a área do chip, excepto as áreas de contacto para o Wiring- bond (contactos externos).
Figura 4: Deposicao de oxido de aluminio para formacao de contactos externos
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Simbologia das válvulas e dos transistores (TBJ- “NPN e PNP”. e FET - canal N e P ). Valvulas.
Transistor
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Válvula electrónica Díodo
Válvula electrónica Duo díodo
Válvula electrónica Tríodo
Válvula electrónica Díodo
Assim como existem transistores npn e pnp, existem transistores de efeito de campo de canal n e canal p. Entretanto, é importante observar que o TBJ é um disposi�vo bipolar, enquanto que o JFET é um disposi�vo unipolar, dependendo somente da condução realizada por eletrons(canal n) ou lacunas (canal p). Uma das caracteris�cas mais importantes do FET é a alta impedancia de entrada, com valores maiores que 1M. Esta caracteris�ca é muito relevante no projecto de amplificadores lineares. Por outro lado o TBJ apresenta maior sensibilidade as variações de corrente de saida são �picamente maiores para os TBJ´S do que para os FET´S, para uma mesma variação do sinal de entrada, por isso que os ganhos de tensão dos amplificadores adquiridos com a u�lização dos TBJ´S são superiores que aos ganhos de tensão adquiridos com a u�lização de amplificadores com FET´S. Em geral os FET´S são mais estaveis com relação a temperatura do que os TBJ´S. Curva caracteris�ca do transistor BJT e FET
Figura6:curva do FET Figura7: Curva do TBJ
Tipos básicos de FET ; Os transístores bipolares, se baseiam em dois �pos de cargas: lacunas e electrões, e são u�lizados amplamente em circuitos lineares. No entanto existem aplicações nos quais os transístores unipolares com a sua alta impedância de entrada são uma
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alterna�va melhor. Este �po de transístor depende de um só �po de carga, daí o nome unipolar Há dois tipos básicos: os transístores de efeito de campo de junção (JFET - Junction Field Effect transístor) e os transístores de efeito de campo de óxido metálico (MOSFET).
JFET Na Figura abaixo, é mostrada a estrutura e símbolo de um transístor de efeito de campo de junção ou simplesmente JFET.
Figura8: Simbologia do transístor FET
A condução se dá pela passagem de portadores de carga da fonte (S - Source) para o dreno (D), através do canal entre os elementos da porta (G - Gate). O transístor pode ser um dispositivo com canal n (condução por electrões) ou com canal p (condução por
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Diferença entre JFET E o MOSFET (resumo)
Actualmente um transístor MOSFET é mais fácil de fabricar que um transístor JFET, não por causa do processo de fabricação mas sim pela sua polarização.
- Em um JFET a corrente é controlada mediante a polarização inversa do DRENO e SOURCE, em um MOSFET e mediante um campo que atrai os portadores minoritários através de uma capa dieléctrica.
- O Transístor MOSFET suporta maiores tensões·• devido o dieléctrico no substrato o MOSFET tem uma impedância de entrada maior que um JFET;
- O Transístor JFET tem menores níveis de ruídos;
Circuitos básicos com TBJs e FETs.
Transistores Bipolares polarizacao por corrente de emissor constante
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Polarizacao por Realimentação Negativa
Seguidor de Emissor
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Polarização do transistor e FET. Polarização do transistor FET O princípio do transístor é poder controlar a corrente. Ele é montado numa estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre as outras duas. Cada uma dessas camadas recebe um nome em relação à sua função na operação do transístor, As extremidades são chamadas de emissor e colector , e a camada central é chamada de base. Os aspectos construtivos simplificados e os símbolos eléctricos dos transístores são mostrados na figura abaixo.
Figura 1
O transístor NPN e PNP.
Fig Polarização do FET. O FET é conhecido como transístor unipolar porque a condução de corrente acontece por apenas um tipo de portador (electrão ou lacuna), dependendo do tipo do FET, de
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canal n ou de canal p. O nome “efeito de campo” decorre do fato que o mecanismo de controlo do componente é baseado no campo eléctrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de controlo. O Transístor JFET recebe este nome porque é um transístor FET de Junção.
Figura9: Simbologia do JFET.
Particularidades dos Transístores MOSFET Altíssima impedância de entrada (no JFET por causa da polarização reversa, no (MOSFET por causa da insolação promovida pelo óxido); Acumulam excessivamente cargas nas extremidades da finíssima camada de óxido de silício, estabelecendo uma ddp que pode danificá-la. É necessário manter os terminais do MOSFET em curto até o momento da inserção do componente no sistema. Temos ainda que ressaltar a sua alta sensibilidade a electricidade estática. Num MOSFET sem protecção, se tocarmos com os dedos nos seus terminais, iremos danificar a camada isolante de óxido metálico. Alguns tipos de transístores já possuem protecção interna.
Polarização do MOSFET O circuito der polarização do MOSFET de indução não deve ser o de popularização, pois ele impõe uma tensão nega�va na junção porta-fonte o que não pode ocorrer neste caso. Uma alterna�va é a polarização por repavimentação de dreno. O circuito de polarização do MOSFET de depleção pode ser o mesmo usado para o JFET, inclusive o de autopolarização. Como a tençãoVgs pode ser posi�va ou nega�va, o circuito mais comum é a polarização com Vgs=0.
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