Materiais Elétricos: Diodos e Transistores

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Trabalho Materiais Elétricos (Diodos, 
Transistores bipolares de junção, 
Fotodiodos e Fototransistores) 
Alunos: João Pedro Borges Albuquerque, Lucas Matsuoka Faria, Ricardo 
Vinícius Coelho Costa, Tiago Júlio da Costa. 
Materiais Elétricos - Prof. Rodrigo Mendonça de Carvalho 
 Instituto Federal de Goiás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Goiânia - Goiás 
07/12/2019 
0 
Sumário 
Introdução _________________________________________________________ 02 
Desenvolvimento ____________________________________________________ 03 
1 - Componentes denominados “diodos”_________________________________ 03 
A - Histórico da utilização desde seu surgimento até a atualidade:_____________ 03 
B - Tipos utilizados atualmente:________________________________________ 03 
C - Exercícios 5, 7, 10 e 16 da apostila ME-UFG (págs. 97 e 98): _______________ 11 
2 - Componentes denominados “transistores bipolares de junção” ____________ 14 
A - Histórico da utilização desde seu surgimento até a atualidade: ____________ 14 
B - Tipos utilizados atualmente: ________________________________________ 17 
C - Exercícios 12 e 13 da apostila ME-UFG (pág. 119). _______________________ 24 
3 - Fotodiodos x Fototransistores e suas aplicações _________________________ 26 
Referências _________________________________________________________ 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
Introdução 
 
Neste trabalho será desenvolvido as questões levantadas em tópicos pelo 
Prof. Rodrigo Mendonça de Carvalho, sendo o objetivo discorrer sobre os temas e 
as perguntas, respectivamente: 
 
1. ​ Em relação aos componentes denominados “diodos”: 
a. Pesquisar sobre o histórico da sua utilização, desde seu “surgimento” 
até a atualidade; 
b. Pesquisar sobre 05 (cinco) tipos utilizados atualmente, apresentando 
curvas características, aplicações específicas, modo de funcionamento e 
exemplificando através de circuitos e figuras. 
c. Resolver, apresentando os cálculos e justificativas, os exercícios 5, 7, 10 
e 16 propostos na apostila ME-UFG (págs. 97 e 98). 
2. ​ Em relação aos componentes denominados “transistores bipolares de junção”: 
a. Pesquisar sobre o histórico da sua utilização, desde seu “surgimento” 
até a atualidade; 
b. Pesquisar sobre 03 tipos diferentes de transistores existentes, além do 
TBJ, comparando suas estruturas, modo de funcionamento e aplicações. 
c. Resolver, apresentando os cálculos e justificativas, os exercícios 12 e 13 
propostos na apostila ME-UFG (pág. 119). 
3. Faça um comparativo entre fotodiodos e fototransistores, exemplificando com 
aplicações reais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
Desenvolvimento 
 
1 - Componentes denominados “diodos” 
 
A ​ ​- Histórico da utilização desde seu surgimento até a atualidade: 
 
 O diodo é o mais simples dos semicondutores, sendo fabricado a partir do silício ou 
germânio com uma junção de duas partes que dopadas de maneiras diferentes. Seu surgimento 
ocorreu em 1905, criado e desenvolvido pelo cientista J. Ambrose Fleming. Embora o equipamento 
tenha sido construído inicialmente com o intuito de detectar ondas hertzianas de alta frequência, foi 
utilizado desde o começo como retificador de corrente, transformando corrente elétrica alternada 
em corrente elétrica contínua. Os primeiros exemplos de utilização do diodo foram em pontes 
retificadoras, reguladores de tensão (diodo zener) e no ato de evitar correntes reversas que 
danificam componentes. Logo após um tempo, o diodo passou a ser utilizado em aparelhos 
eletrônicos, como televisão, aparelhos de som, computadores e outros. Atualmente, ainda são 
utilizados em aparelhos eletrônicos e principalmente em iluminação LED. 
 
B - Tipos utilizados atualmente: 
 
O​ ​Funcionamento 
 
Sabemos que a corrente distribuída pelas concessionárias é alternada, devido a várias 
questões aproveitamento e evitar perdas energéticas, sendo assim este tipo de corrente diferente a 
contínua, muda sua polaridade entre o positivo e o negativo a uma frequência de 60 Hz. Em 
contrapartida os equipamentos eletrônicos utilizam somente corrente contínua que por sua vez 
possui apenas uma polaridade. Dessa forma o diodo possui dois funcionamentos: Como chave 
fechada onde fornece resistência zero para uma polaridade da tensão permitindo a fluir e a de 
chave aberta e com resistência infinita para a outra polaridade oposta impedindo-a de fluir. 
 
Portanto, devido a essa realidade a função do diodo nos circuitos eletrônicos é deixar fluir 
apenas uma polaridade, conforme pode-se observar nos gráficos abaixo: 
 
Gráfico 1- O gráfico mostra a tensão de entrada do diodo Gráfico 2 - O gráfico mostra a tensão de saída do diodo. 
oscilando entre o positivo e o negativo. Agora ela tem apenas polaridade positiva. 
 
Fonte: Imagem da internet Fonte: Imagem da internet 
3 
O diodo é fabricado utilizando materiais semicondutores, como o silício ou o germânio, que 
são tratados de duas formas P e N que fundidos formam a junção PN que atribuem a ele suas 
característica, sendo então a parte P a positiva e N a Negativa. A polaridade P (Positiva) de um 
diodo é a parte que possui burraco de elétrons havendo a falta de elétrons. Já a parte N (Negativa) 
possui elétrons livres havendo assim excesso de elétrons. 
 
Principais Diodos 
 
É dificil de ser preciso em relação aos quais são os diodos mais utilizados, mas é facil notar 
qual destes equipamentos exercem funções primordias no nosso dia a dia e que muita vezes passa 
facilmente despercebido, apesar de serem parte intrínseca da circuitos e aparatos eletrônicos. 
 
Este semicondutores são chamados assim de forma generalizada, também podem ser 
chamados de forma especializada de acordo com suas funções e especificidades, são exemplos de 
funções: variação da capacidade em função da tensão(varicap), regulação de tensão(zener), 
emissão de luz (LED), oscilação local de frequências de microondas de 1Ghz a mais de 100Ghz 
(gunn), participação como um condensador(capacitor) em paralelo com a resistência (pin). Além de 
muitos outros menos utilizados que da mes forma possuem funções muito específicas. 
 
Tipos de Diodo Símbolo 
 
Diodo Varicap 
 
Diodo Zener 
 
 
Diodo Emissor de LUZ (LED) 
 
 
Diodo Gunn 
 
 
Diodo PIN 
Diodo Varicap 
O Varicap é um diodo de junção obtendo assim a camada P e N conforme na figura 1, os 
portadores de carga se afastam da junção, diminuindo a intensidade do fenômeno da 
recombinação pela condução, responsável pela condução do componente: não há corrente entre o 
anodo e o catodo e a região da junção aumenta de espessura. Além disso é inversamente 
polarizado permitindo-o funcionar como capacitor (condensador). 
 
 
 
4 
 
Figura 1 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Eles são basicamente construídos para exercerem a função de condensadores 
(capacitores), sua variáveis de capacitância estão em função da tensão aplicada, conforme bem 
exemplificado no gráfico 3. A máxima tensão que o diodo admite no sentido inverso determina a 
menor capacitância que podemos conseguir do diodo, conforme mostra o gráfico 4 típico de um 
diodo. 
 Gráfico 3 Gráfico 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Imagem da internetFonte: Imagem da internet 
 
Uma aplicação é o oscilador experimental que pode ser usado para ajustar os receptores de 
FM ou também pode ser usado como um transmissor experimental com o microfone de eletreto 
aplicando o sinal à base do transistor. Neste circuito, através de um potenciômetro, variamos a 
tensão aplicada a um varicap e com isso a frequência do sinal produzido. 
 
Figura 2 
 
Fonte: Imagem da internet 
5 
Diodo Zener 
 
O diodo zener, também conhecido como diodo regulador de tensão, recebe este nome em 
referência ao físico americano Clarence Melvin Zener, ele foi o primeiro a descrever que o 
mecanismo de ruptura de isoladores elétricos são um tipo de diodo, que diferentemente da maioria 
das aplicações para os diodos, que operam na região de condução, o zener opera sempre 
polarizado reversamente. 
 
Portanto, para que possamos compreender como funciona o diodo de zener, é preciso 
entendermos a sua curva característica, como podemos ver no gráfico abaixo: 
 
 Gráfico 5 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
A parte que nos interessa para entender o funcionamento do diodo Zener está localizada no 
quarto quadrante do gráfico acima, onde encontramos a região de corte e de avalanche de um 
diodo, que é onde o diodo está polarizado reversamente. 
 
Como podemos observar, enquanto a tensão reversa está menor do que a tensão de 
ruptura, nada de diferente acontece, caracterizando um diodo convencional, mas quando a tensão 
reversa se aproxima de um valor que depende do diodo que está sendo analisado, este diodo 
conduz e passa corrente elétrica por ele, sendo que esta corrente só é limitada pelo valor de 
resistências externas. 
 
Nesta situação, mesmo que se a tensão reversa no diodo tente ser elevada acima do valor 
da tensão zener, isto não será possível. Entretanto, se a corrente aumentar muito, a dissipação de 
potência no diodo aumentará, fazendo com que o dispositivo chegue ao seu ponto de destruição, 
principalmente devido ao efeito joule. 
 
6 
Uma das suas aplicações é a de proteção de carga como mostrado na figura abaixo, o 
diodo zener “D1”é de 5,5V, quanto a tensão passa dos 5,5V o diodo passará a conduzir fazendo D2 
entrar em curto, levando um corrente grande acima dos 20mA suportados pelo fusível “U1”, 
fazendo-o romper o que protegerá o circuitos de picos. 
 
Figura 3 
 
Fonte: Imagem da internet 
Diodo Emissor de LUZ (LED) 
 
Processo de funcionamento LEDs 
 
No processo do funcionamento do LED encontramos algo chamado diodo que nada mais é 
um tipo simples de semicondutor, lembrando que semicondutor é um material capaz de conduzir 
corrente elétrica. No caso dos LEDs normalmente encontramos um material condutor chamado 
arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs). 
 
Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a 
concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser 
verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar LEDs que 
emitem luz azul, violeta e até ultravioleta. Existem também os LEDs brancos, mas esses são 
geralmente LEDs emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo 
usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca. 
 
Tecnicamente falamos que o LED é um diodo semicondutor que quando energizado emite 
luz, mas não uma luz como estamos acostumados, ou luz a laser, é uma luz estreita que é 
produzida pelas interações energéticas do elétron. Tal processo é chamado de 
eletroluminescência. É muito importante para fixar a idéia de LED, entender o funcionamento da 
junção p-n de um semicondutor, que tem como atividade permitir a emissão de luz. Esta junção é 
responsável por permitir somente a passagem de corrente positiva; para entender melhor essa 
7 
passagem, um exemplo simples é: imagine uma onda senoidal entrando em um LED, ele cortará a 
parte negativa permitindo só a corrente positiva. 
 
A luz emitida 
 
A luz emitida é monocromática, sendo a cor, portanto, dependente do cristal e da impureza 
de dopagem com que o componente é fabricado. Com o barateamento do preço, seu alto 
rendimento e sua grande durabilidade, esses LEDs tornam-se ótimos substitutos para as lâmpadas 
comuns, e devem substituí-las a médio ou longo prazo. Existem também os LEDs brancos 
chamados RGB (mais caros), e que são formados por três "chips", um vermelho (R de red), um 
verde (G de Green) e um azul (B de blue). Uma variação dos LEDs RGB são LEDs com um 
microcontrolador integrado, o que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes utilizando 
apenas um LED. 
Figura 4 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Indicador de Interruptor 
 
O circuito mostrado na figura 5 indica quando um interruptor está aberto. 
Figura 5 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
8 
Diodo Gunn 
O diodo Gunn tem uma característica bastante particular: é construído apenas com 
semicondutor tipo N, ao contrário do par PN. Na realidade, é um oscilador de microondas. 
Denominado-se Diodo Gunn em homenagem a J Gunn que, em 1963, descobriu o efeito de 
produção de microondas por semicondutores N. O diodo GUNN é usado como oscilador local 
cobrindo as frequências de microondas de 1Ghz a mais de 100Ghz. 
 
Figura 6 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
São construídos com três camadas como mostrado na figura 7 . A camada central tem um 
nível de dopagem menor. O dispositivo exibe característica de resistência negativa. O material 
semicondutor pode ser arsenieto de gálio (GaAs) ou nitreto de gálio (GaN), este último para 
frequências mais elevadas. 
Figura 7 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Figura 8 - Curva de característica e circuito de utilização 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Diodo PIN 
 
O nome é deve-se à existência de uma camada I ("intrínseca" - silício sem dopagem) entre 
as camadas P e N. 
 
 
9 
Figura 9 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Quando diretamente polarizado, buracos e elétrons são injetados na camada intrínseca I e 
as cargas não se anulam de imediato, ficam ativas por um determinado período. O efeito resulta 
numa carga média na camada que possibilita a condução. Na polarização nula ou inversa, não há 
carga armazenada e o diodo comporta-se como um condensador(capacitor) em paralelo com a 
resistência própria do conjunto. 
 
Com tensão contínua ou de baixa frequência, o diodo PIN tem um comportamento próximo 
do diodo de junção PN. Em frequências mais altas, de períodos inferiores ao tempo de duração das 
cargas, a resistência apresenta uma variação característica com a corrente. Isso dá ao componente 
aplicações variadas em altas frequências (atenuadores, filtros, limitadores). 
Gráfico 06 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Figura 10 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
 
 
 
10 
C - Exercícios 5, 7, 10 e 16 da apostila ME-UFG (págs. 97 e 98): 
 
Problema 5: Montou-se o circuito fornecido e observou-se uma leitura de 5 V no voltímetro. 
Pergunta-se: há algum problema no circuito? Se sim, explique um possível causa. Se não, explique 
o funcionamento do circuito. 
 
Resposta: 
 
O diodo está em curto e permite a passagem de corrente no sentido contrário. 
 
E considerando: 
R1 = 10 Ω 
R2= 10 Ω 
 
Pela regra do divisorde tensão temos: 
 
V*R2 / R1+R2 
(10*10) / (10+10) = 5 V 
 
Problema 7: O circuito fornecido apresenta o comportamento de uma porta lógica OR. Pede-se: 
determine a tensão de saída Vo para as seguintes entradas V1 e V2: 
 
a) V1 = V2 = 5 V ; 
 
b) V1 = V2 = 0 V ; 
 
c) V1 = 5 V e V2 = 0 V. 
 
 
 
 
 
 
 Considere o modelo aproximado do real simplificado para os diodos D1 e D2 , onde: V = 0,7 V. 
 
 
11 
Resposta: 
 
a) Pela Regra do divisor de tensão temos: 
 
V*R2 / R1+R2 
[(5 – 0,7)] *4800 / 5000 = 4,128 V 
 
 
b) Aplicando a mesma regra obteremos 0 volts na saída. Além do mais, se o circuito é uma porta 
OR, aplicando 0 nas duas entradas, teremos 0 na saída. 
 
c) Em uma porta OR, basta um nível lógico 1 em uma das entradas para que a saída seja 1. Em 
eletrônica digital, normalmente se trabalha entre 0 e 5 volts, onde 0 é 0 mesmo e 5 é nível lógico 1. 
 
Um valor analógico entre 3 e 5 volts na saída é considerado nível lógico 1. Portanto, utilizando a 
regra do divisor de tensão, obteremos o mesmo valor de 4,128 volts . 
 
Problema 10: ​O circuito fornecido é um indicador visual de luminosidade através do brilho de um 
LED, que emprega um LDR como sensor de luz. Explique a relação entre a intensidade de luz no 
LDR e o brilho do LED. 
 
 
 
Resposta: ​O LDR ​(light dependent resistor) é uma resistor fotossensível, que como o próprio nome 
diz, depende da luz. Quando a incidência de luz aumenta sobre o dispositivo, sua resistividade 
diminui. Quando não há luz ambiente incidindo, o mesmo apresenta um alto valor de resistividade, 
ou seja, ele varia sua resistividade inversamente à intensidade da luz incidente. A resistência do 
circuito pode variar gradativamente ou abruptamente, dependendo da incidência luminosa. Dito 
isso, podemos concluir que o LED estará ligado e seu brilho aumentará à medida que a luz 
ambiente diminuir e o oposto também é verdadeiro: Quando houver luz incidindo sobre o LDR, sua 
resistividade diminuirá, fazendo com que a resistência do dispositivo diminua à medida que a 
luminosidade aumenta. Quando a luz ambiente for suficiente, o LDR passará a ser enxergado 
como um fio pela fonte de tensão. Ora, se há uma curto no LDR, a tensão sobre ele é zero e como 
o LED está em paralelo com o LDR, a tensão sobre o LED também é zero. Portanto, nesse instante 
o LED estará apagado. Esse tipo de configuração é usada em relés fotoelétricos ou dimmers para 
controle de luminosidade. 
 
12 
Problema 16: O circuito dado trata-se de um indicador visual de luminosidade através do brilho de 
uma lâmpada L, que emprega um resistor tipo LDR como sensor de luz e um optoacoplador 
LED-fotodiodo para o acoplamento entre os circuitos. Explique a relação entre a luz incidente no 
LDR e a intensidade da luz emitida pela lâmpada L. 
 
 
 
Resposta: ​Este circuito é semelhante ao do problema 10, exceto que agora utiliza um 
optoacoplador para acionar uma lâmpada. Da mesma forma que o circuito anterior, se não houver 
luz incidindo sobre o LDR, a lâmpada estará ligada, pois, o LED do circuito de controle estará 
ligado e sua emissão de luz fará com que o LED receptor no circuito controlado conduza acionando 
a lâmpada. Se uma luminosidade incidir sobre o LDR o mesmo passará a conduzir, diminuindo o 
brilho do LED de controle, a condução de corrente no LED controlado e a tensão sobre a lâmpada, 
fazendo com o brilho da mesma também diminua. Quando a luminosidade sobre o LDR for 
máxima, o primeiro LED apagará, o segundo não conduzirá e consequentemente a lâmpada 
também se apagará. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
2 - Componentes denominados “transistores bipolares de 
junção” 
 
A - Histórico da utilização desde seu surgimento até a atualidade: 
Histórico de utilização 
 
Entre as invenções mais importantes do milênio, seguramente, o transistor ocupa um lugar 
de destaque. A relativa facilidade de que se tem acesso hoje a computadores, smartphones, e 
muitos outros equipamentos eletrônicos, certamente se deve à invenção desse componente. Isso 
porque quando falamos em eletrônica logo nos vem à mente os equipamentos mencionados acima, 
mas a funcionalidade dos transistores revolucionou a eletrônica em todos os setores da indústria. 
 
As antigas válvulas eletrônicas foram rapidamente substituídas pelos transistores, por vários 
motivos, e entre eles, podemos citar consumo, durabilidade, resistência, tamanho. As antigas 
válvulas consumiam muita energia devido ao funcionamento baseado na termiônica, ou mais 
especificamente, no processo de geração de elétrons por meio do aquecimento de um filamento ou 
eletrodo. A troca foi bastante vantajosa, afinal, os transistores, mesmo os primeiros, tinham 
tamanhos bem reduzidos, apresentaram melhor resistência e, talvez o mais importante para uma 
alta performance de desempenho: a velocidade de chaveamento ou comutação liga/desliga. 
 
“Diodos semicondutores de estado sólido (sem partes móveis ou mecânicas) como os de 
óxido de cobre já eram conhecidos antes mesmo de 1920”.[BRAGA, 2019, p. 1]. Os pesquisadores 
da época passaram então a direcionar seus esforços na busca por criar um dispositivo semelhante 
à válvula triodo, que desempenhasse a mesma função da “válvula”, mas que fosse, a exemplo do 
diodo, um componente de estado sólido, a partir de algum eletrodo colocado na sua estrutura. 
Entretanto, nenhum dos pesquisadores obteve êxito porque os materiais utilizados pelos diodos 
semicondutores à época não eram apropriados. Após a segunda guerra mundial, o germânio e o 
silício passaram a ser usados em diodos detectores de micro-ondas para radares. A partir daí foi 
possível desenvolver uma teoria completa dos semicondutores, que permitiria entender os estados 
quânticos dos portadores de carga nestes materiais. 
 
Vários pesquisadores e cientistas contribuíram para o desenvolvimento de dispositivos 
semicondutores capazes de realizar funções equivalentes às da válvula triodo. Podemos destacar 
nomes importantes como o de George Clarke Southworth ( 1890 – 1972), que em 1934 entrou para 
o laboratório das indústrias Bell e, trabalhando com guias de ondas para micro-ondas, verificou que 
as válvulas triodo não funcionavam com frequências muito altas como as usadas em aplicações de 
radares. Ele então teve de apelar para os diodos de cristal e conseguia estes componentes nas 
sucatas de rádios antigos das lojas de Manhattan. O seu trabalho com diodos semicondutores em 
circuitos de altas frequências, foram importantes para o desenvolvimento da tecnologia que levou 
ao transistor. 
 
Russel Shoemaker Ohl, (1898 -1987) foi treinado em eletroquímica e graduado na Penn 
State University . Em 1927 ele foi trabalhar nos laboratórios da Bell. Lá, com a ajuda de químicos 
14 
da Bell, Ohl descobriu o fotodetector de silício (e a junção PN) "acidentalmente". Este dispositivo foi 
mostrado a Brattain (outro pai do transistor) que admitiu que a retificação estava sendo feita numa 
superfície interna do dispositivo 
 
Também podemos destacar o trabalho Karl Lark Horovitz (1892 - 1958), um professor 
assistente da Universidade de Viena que se naturalizou americano em 1936, tornando-seprofessor 
de física na Universidade de Purdue. Em 1942, juntamente com sua equipe começou a trabalhar na 
extração de cristais purificados de germânio para serem usados em detectores de micro-ondas de 
radares. Os pesquisadores dessa universidade passaram as informações para os laboratórios da 
Bell, sem saber que eles também trabalhavam no mesmo projeto. Resultado: O laboratório das 
indústrias Bell levariam a fama do produto final chamado transistor, tendo como responsáveis três 
proeminentes cientistas que mais tarde, precisamente em 1956, ganharam o prêmio Nobel pela 
invenção deste dispositivo tão revolucionário: 
 
William Bradford Shockley (1910-1989), Walter H. Brattain (1902 - 1987) e John Bardeen 
(1908-1991) trabalharam nos laboratórios da Bell, os dois primeiros na década que antecedeu a 2° 
grande guerra e posteriormente os três juntos quando a guerra acabou. 
 
Bardeen, Brattain e Shockley, no Bell Labs, terminaram o primeiro transistor no ano de 
1947. A figuras 11 e 12 mostram respectivamente, seu diagrama esquemático e a réplica do 
primeiro exemplar: Um “transistor de ponto de contato”. Era constituído de uma pequena cunha 
plástica parcialmente revestida por uma fina folha de ouro pressionada por uma mola contra uma 
placa de germânio que repousa sobre uma base metálica. Diferentemente dos transistores 
bipolares de junção atuais, uma pequena corrente aplicada ao terminal do emissor é que controlava 
a corrente de maior intensidade que fluía entre o coletor e a base. 
 
 Figura 11 Figura 12 - Réplica primeiro transistor 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Imagem da internet Fonte: Imagem da internet 
 
A invenção de Bardeen, Brattain e Shockley foi patenteada em 1947 com o nome de 
transistor, termo cunhado por John R. Pierce como uma contração de “Transfer Resistor”. Foi o 
transistor de junção bipolar que deflagrou a revolução da eletrônica do estado sólido sobre a qual 
falamos na coluna anterior. 
 
Depois que entraram em massa no mercado, o aspecto e as dimensões não eram muito 
diferentes dos componentes discretos que vemos hoje nas placas de eletrônica. 
 
 
15 
Figura 13 
 
 Fonte: Imagem da internet 
A "Figura 13" exibe a imagem de alguns transistores dispostos sobre uma folha de papel 
milimetrado, o que possibilita ter uma ideia de suas reais dimensões. Esses transistores são 
classificados como componentes discretos por se tratar de um único componente encapsulado. 
Apesar de seu tamanho relativamente pequeno, não demorou muito para que uma nova concepção 
do dispositivo surgisse, reduzindo ainda mais suas dimensões, introduzindo um novo processo de 
fabricação denominado “Planar” no qual os materiais constituintes dos transistores eram dispostos 
em camadas. Isso revolucionou mais uma vez a eletrônica por permitir um grau de miniaturização 
até então impensável. 
 
Este novo processo de fabricação foi concebido pelo físico Jean Hoerni, da Fairchild 
Semiconductors, no ano de 1959, o que culminou com a fabricação dos chamados CI`s; circuitos 
integrados que atualmente podem conter em sua estrutura milhares de transistores, além de 
resistores e capacitores. 
 
Essa nova forma de transistor está ilustrada de maneira simplificada na figura 14: A parte 
cinza, externa, é um trecho de uma placa de semicondutor, normalmente de silício, tipo N. A parte 
azul é um pequeno bloco, com dimensões na ordem de micro ou nanômetros, de material 
semicondutor tipo P. A pequena parte cinza no centro da figura 14 é um minúsculo bloco de 
material tipo N. Em cada uma delas se vê conectado um terminal elétrico assinalados com as letras 
“E” para o emissor, “B”, para a base, e “C”, para o coletor. 
 
Figura 14 - Estrutura de um transistor planar 
 
Fonte: Imagem da internet 
 
Os blocos praticamente se tocam. Isto somente não ocorre (e esta foi a grande sacada) 
porque, no processo de fabricação, entre os blocos forma-se uma camada de óxido de silício, 
finíssima, mas suficiente para proteger e manter a funcionalidade de cada bloco. 
16 
São muitas as vantagens dos transistores do tipo “planar. Destaca-se o grau de 
miniaturização, pois, em uma mesma placa de silício, podem ser fabricados dezenas, centenas, 
milhares de transistores, tantos quantos se queiram (nos microprocessadores modernos o número 
chega a inacreditável casa dos bilhões). 
 
A estrutura de um circuito integrado é constituída de camadas superpostas, semelhante às 
de um biscoito wafer, onde as camadas se alternam entre uma de biscoito seco e uma de recheio 
cremoso. 
 
 Figura 15 Figura 16 - Conexão entre terminais 
 
Fonte: Imagem da internet Fonte: Imagem da internet 
 
A Figura 16 ilustra como os transistores integrados estão dispostos em camadas, onde se pode 
distinguir três destes componentes, designados na figura 16 como TR1, TR2 e TR3, cada um deles 
com seus três terminais. O corpo do CI é constituído por uma camada de silício na parte inferior 
para servir de base de sustentação, uma camada isolante de óxido de silício acima dela, na qual se 
assenta mais uma camada de material semicondutor onde são acrescentadas as impurezas para 
formar os transistores. 
 
Suas conexões são mostradas como linhas vermelhas acima da superfície do CI. Uma 
delas, a da esquerda, conectar o coletor de TR1 com o emissor de TR2 e a da direita conecta o 
coletor de TR2 com o emissor de TR3. Todo o processo de fabricação destes circuitos é feito 
através de avançados processos fotoquímicos. 
 
B - Tipos utilizados atualmente: 
 
O JFET 
 
O JFET ou FET de junção tem aspectos similares ao transistor bipolar de junção (TBJ), 
entretanto, sua construção é um pouco diferente. A princípio, duas áreas do material tipo P são 
difundidas no semicondutor tipo N. Cada região P é chamada de porta e na maioria dos JFETs, 
essas portas estão conectadas internamente, sempre no mesmo potencial, funcionando como uma 
única porta (Figura 17). 
 
 
 
 
17 
Figura 17 – Diagrama esquemático 
 
 Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
 
Por analogia ao TBJ a Fonte do JFET se assemelha ao ​Emissor ​, a Base à Porta ou Gate e 
o Dreno ao coletor. Sua construção interna remete a dois diodos, onde a região porta-fonte pode 
ser considerado um desses diodos e a região porta-dreno outro (Figura 18). Como os diodos de 
silício, precisam de apenas 0,7 V para conduzir. 
 
 ​ Figura 18 Figura 19 
 
 Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
Diferentemente do TBJ (diodo Base-Emissor polarizado diretamente), o JFET precisa ser 
reversamente polarizado entre ​a Porta e a Fonte (Figura 19). Devido à polarização reversa,existe 
apenas uma pequena corrente no terminal da Porta. Como a corrente se aproxima de zero, a 
resistência de entrada é muito alta na casa dos megaohms. Por isso este tipo de transistor é ideal 
para aplicações onde se almeja uma alta impedância de entrada. 
 
O termo “efeito de campo” está relacionado às camadas de depleção em torno de cada 
região P (Figura 18). Quando os elétrons circulam da Fonte para o Dreno, eles têm de passar 
através do canal N ou P, dependendo do tipo. Quanto mais negativa a tensão na Porta, maior será 
a camada de depleção e, consequentemente, mais estreito será o canal dificultando a passagem 
dos elétrons e menor será a corrente de trabalho. 
 
Diferentemente do TBJ que é controlado por corrente, o JFET é um dispositivo controlado 
por tensão na porta, um parâmetro conhecido por tensão porta-fonte ou do inglês, voltage 
gate-source (VGS). 
18 
A alta impedância de entrada desse dispositivo faz com que ele seja menos sensível às 
variações de tensão na entrada e consequentemente o JFET apresenta um ganho muito menor do 
que um transistor bipolar. 
 
Performance 
 
A corrente de dreno máxima quando a tensão porta-fonte for zero. Semelhante ao TBJ, o 
JFET funciona como uma fonte de corrente quando está operando ao longo da parte quase 
horizontal da curva de dreno. 
 
Na gráfico 7 é possível observar que quando a tensão porta-fonte VGS está em 0 V o JFET 
apresenta uma corrente de 10 mA, que seria seu valor máximo na região de operação ou 
semelhantemente a TBJ, na parte ativa. À medida que essa tensão VGS vai diminuindo, o canal vai 
estreitando e a corrente no dispositivo diminuindo até chegar à chamada tensão de constrição ou 
estrangulamento, onde o dispositivo não conduz mais. A tensão VDS é a tensão drain-source ou 
dreno-fonte. Para uma tensão acima de 30 V no gráfico da gráfico 7, ocorre a ruptura e o 
dispositivo entrará em curto-circuito. 
 
Gráfico 7 - Curvas de operação JFET 
 
Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
Algumas aplicações para o JFET 
 
Circuito de Amostragem e Retenção é muito utilizado em sistemas de aquisição de dados, 
pois ele faz a leitura do valor da grandeza que deve ser convertida para a forma analógica sob com 
comando de um pulso externo. 
Na configuração mostrada na figura 20, o transistor conduz com uma tensão positiva de 
comporta quando então o diodo fica polarizado inversamente e o resistor se encarrega de polarizar 
o transistor, carregando o capacitor com a tensão de pico do sinal de entrada. 
 
 
 
19 
Figura 20 
 
Fonte: Aplicações JFET N.C. Braga 
 
Controle de Tom 
 
Uma aplicação importante para um JFET é num controle de tom ativo, como o mostrado na 
figura 20. ​Nesse circuito são usadas duas redes de realimentação que determinam através dos 
potenciômetros os controles dos sinais graves ​e agudos. Trata-se de um circuito bastante 
tradicional encontrado na maioria dos amplificadores de áudio comerciais. O FET funciona como 
um casador de impedância, proporcionando ao circuito uma elevada impedância de entrada. 
 
O MOSFET de modo depleção 
Esse transistor de efeito de campo, tem sua porta ou gate isolada do canal, seja ele do tipo 
P ou tipo N. Por isso mesmo, também já foi denominado IGFET (insulated-gate field-effect 
transistor), ou transistor de efeito de campo de porta isolada, numa tradução livre. 
 
O diagrama esquemático está ilustrado na figura 21. Os elétrons podem fluir da fonte para o 
dreno através do material N. Existe uma fina camada de dióxido de silício (SiO2) depositada no 
lado esquerdo do canal e cumpre a função de isolante entre o canal e a porta que é metálica e esta 
é a razão do nome transistor MOSFET: Um FET com óxido de semicondutor e metal. 
 
A figura 22 mostra o MOSFET polarizado com uma tensões de porta negativa e positiva 
respectivamente. Quando a tensão de porta é negativa, o funcionamento do MOSFET é similar ao 
JFET, ou seja, quanto menor a tensão na porta, menor a corrente de dreno. Quando a tensão na 
porta se reduzir abaixo do valor nominal de estrangulamento a corrente será cortada. 
 
Quando uma tensão positiva é aplicada à porta, o fluxo de elétrons da fonte para o dreno 
aumentará. Quanto maior a tensão positiva na porta, maior será a condução de corrente. Isso é o 
que distingue o MOSFET do JFET. 
 
 
 
20 
 ​ Figura 21 Figura 22 
 
 ​ Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
A gráfico 8 mostra as curvas dreno de um MOSFET no modo depleção. O nome depleção é 
alusivo às camadas de depleção que se formam entre as regiões P e N e tendem a aumentar com 
o decremento da tensão negativa na porta até estrangular a corrente. Esse modo de operação é o 
mesmo descrito para o JFET. As curvas de dreno da gráfico 8 apresentam uma região ôhmica, 
(região de saturação nos TBJs) uma região de fonte de corrente (parte ativa) e uma região de 
corte. Quando Vgs está entre Vgs(off) e zero, o transistor trabalha nesse modo para o qual foi 
especialmente projetado. A partir de Vgs maior do que zero, a corrente não será mais controlada e 
sim intensificada. Podemos dizer que esse transistor também trabalha no ​modo intensificação 
mas, como veremos adiante, o recíproco não é verdadeiro, ou seja, o MOSFET especificamente 
projetado para trabalhar no ​modo intensificação​ não pode operar no ​modo depleção​. 
 
Gráfico 8 
 
Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
A figura 23 apresenta seu símbolo esquemático. 
 
Figura 23 
 
Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
21 
O MOSFET de modo crescimento ou intensificação 
 
Esse MOSFET, diferentemente do anterior, não pode operar no modo depleção. Isso 
porque não existe, de fato, um canal P ou N como anteriormente. Este dispositivo tem uma 
estrutura fixa com três camadas NPN ou PNP (Figura 24), onde o substrato da parte central tem 
apenas alguns portadores minoritários (elétrons ou lacunas) livres, o que impede o fluxo de 
corrente quando a tensão na porta é zero, exceto alguma corrente de fuga de superfície 
normalmente desprezível. Portanto, quando a tensão Vgs é zero, o transistor está cortado ou 
desligado. 
 
Aplicando-se uma tensão positiva na porta, suficiente para atrair os elétrons livres na região 
P (Figura 25) e provocar a recombinação com lacunas na região próxima ao dióxido de silício e 
após o preenchimento de todas essas lacunas, os elétrons livres começam a fluir da fonte para o 
dreno. Temos então uma conexão da fonte ao dreno, com uma formação virtual de canal através 
do material tipo N. Isso é denominado camada de inversão e por esse motivo o dispositivo é 
denominado MOSFET canal N ou P, mesmo sem de fato existir, de fato, uma ligação direta entre a 
fonte e o dreno, de mesmo material semicondutor. 
 
Na Gráfico 9 estão apresentados as curvas de operação desse tipo de MOSFET. Através 
dos gráficos é possível ver o aumento da corrente trabalhando na parte ativa com o incremento da 
tensão Vgs. Quando Vgs é menor do que a tensãode limiar (semelhante à tensão de depleção nos 
diodos) Vgs(th), a corrente de dreno é aproximadamente zero. Quando Vgs é maior que a tensão 
de limiar, o dispositivo é fechado, semelhante a uma chave, passando a conduzir corrente. 
 
 ​ Figura 24 ​ ​ Figura 25 
 
 ​ Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
Gráfico 9 
 
Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
O símbolo esquemático do MOSFET modo de intensificação está ilustrado na figura 26. 
Note que a linha do canal aparece seccionada para indicar a ausência da camada de inversão 
explicada anteriormente. Ou seja, antes de haver uma polarização direta entre Vgs, não existe 
canal no dispositivo e portanto o dispositivo está na condição de normalmente aberto, desligado. 
 
Figura 26 
 
Fonte: Eletrônica vol.1 Malvino 
 
Aplicações 
 
Circuitos com MOSFETs são mit utilizados em circuitos que necessitam de alta velocidade 
de chaveamento. Um exemplo desses circuitos são as fontes chaveadas, que utilizam PWM e 
transformadores de alta frequência (choppers). Esses circuitos são muito encontrados em nobreaks 
de mesa como o da figura 27. 
 
OS CIs da família CMOS utilizam o mosfet em seus circuitos e são largamente empregados 
em computadores e circuitos digitais, devido ao baixo consumo de energia alta velocidade de 
chaveamento. 
 ​ Figura 27 - Nobreak 
 
Fonte: Imagem da internet 
23 
 
C - Exercícios 12 e 13 da apostila ME-UFG (pág. 119). 
 
Problema 12: ​O circuito fornecido consiste de um simples indicador visual de temperatura por meio 
do brilho de um LED, que emprega um termistor tipo NTC como sensor de energía térmica 
ambiente (temperatura). Pede-se: 
 
a) Explique a relação entre a temperatura no 
termistor NTC e o brilho proporcionado pelo LED. 
 
 
 
 
 
 
b) No circuito percebe-se que, acima de um certo 
valor de temperatura no NTC, a intensidade da 
luz emitida pelo LED praticamente não mais se 
alterava. Cite um possível motivo e explique. 
 
 
 
 
Resposta: 
a) Um circuito como esse, normalmente é projetado para que não haja nenhuma indicação caso 
não ocorra variação na temperatura. No ponto de equilíbrio não deve haver corrente circulando no 
circuito. O termistor NTC possui um coeficiente de temperatura negativo. Logo, se a temperatura 
aumentar, significa que a resistência elétrica do dispositivo diminuirá. Consequentemente o 
transistor será polarizado e passará a conduzir ligando o LED que está em série, fazendo com que 
seu brilho aumenta conforme a temperatura aumenta. Se a temperatura começar diminuir a partir 
do valor que tinha progredido, haverá um aumento da resistência elétrica do termistor, a corrente 
na base do transistor diminuirá, mas como o Emissor está polarizado, uma variação da corrente na 
base não levará o transistor ao corte, já que existe um tipo de realimentação no circuito do emissor, 
ou seja, se a corrente na base varia, o resistor do emissor compensa essa variação, variando a 
queda de tensão VCE. Apenas o brilho do LED diminuirá gradativamente com o decremento da 
temperatura e, quando a temperatura voltar ao valor definido na parametrização, o valor em que 
não há tensão suficiente na base, haverá o corte do transistor e o LED apagará. 
 
b) O transistor pode ter saturado. Após chegar à saturação não haverá mais ganho de corrente e 
mesmo que a temperatura aumente mais e mais, fazendo com que a resistência elétrica do NTC 
24 
diminua e a corrente na base do transistor aumente, a corrente de coletor já está no seu valor 
máximo e não poderá fazer o LED brilhar mais. 
 
Problema 13: O circuito fornecido é um indicador visual de intensidade de luminosidade ambiente 
através do brilho de uma lâmpada L, que emprega um resistor LDR como sensor de luz e um 
optoacoplador LED-fototransistor para acoplamento entre circuitos. Explique a relação entre a 
luminosidade incide no LDR e a luz emitida pela lâmpada L. 
 
 
Resposta: ​O LDR (light dependent resistor) é uma resistor fotossensível, que como o próprio nome 
diz, depende da luz. Quando a incidência de luz aumenta sobre o dispositivo, sua resistência 
elétrica diminui. Quando não há luz ambiente incidindo, o mesmo apresenta um alto valor de 
resistência. Observando o circuito optoacoplador, é possível concluir que a lâmpada permanece 
ligada enquanto não existe luz ambiente no local onde está instalado o circuito de controle. A 
medida que começar aparecer luminosidade no local, o LDR irá “perceber” a alteração e começará 
a diminuir sua resistência gradativamente ou abruptamente, dependendo da incidência luminosa. 
Quando a luz ambiente no circuito de controle for suficiente para “zerar a resistência”, a tensão que 
está sobre a base do transistor de controle será “grampeada” para o terra do circuito, o este 
transistor estará cortado, o LED desligará e não haverá nenhuma luz sensibilizando o transistor 
acionador da lâmpada no circuito controlado. Portanto a lâmpada apagará. 
 
 
 
 
25 
 
3 - Fotodiodos x Fototransistores e suas aplicações 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
Referências 
 
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em: . Acesso em: 02 dez. 2019. 
 
● [BRAGA] Braga, C. N. Seleção de circuitos com JFETs (ART 1146). São Paulo. Instituto Newton C. 
Braga. Disponível em: . ​Acesso em: 04 dez. 2019. 
 
● Piropo, B. Os primeiros transistores. Coluna do B. Piropo para o Tech Tudo. Disponível em: 
. ​Acesso em: 03 
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● Piropo, B. A transição para transistores. Coluna do B. Piropo para o Tech Tudo. Disponível em: 
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● Piropo, B. Computadores de relés. Coluna do B. Piropo para o Tech Tudo. Disponível em: 
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● Piropo, B. Wafers e circuitos integrados. Coluna do B. Piropo para o Tech Tudo. Disponível em: ​Acesso em: 03 dez. 2019. 
 
● Malvino, Albert Paul. Eletrônica volume 1. São Paulo: Makron Books, 1995. 
 
● Brigatto, Gelson Antônio. Apostila da Disciplina Materiais Elétricos. Goiânia: Escola de Engenharia 
Elétrica, Mecânica e de Computação, UFG, 2016. 
● Disponível em: Acesso em: 03 dez. 2019. 
 
● Disponível em: Acesso em: 
02 dez. 2019. 
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http://www.walkingitaly.com/radio/RADIOSITO/za_fatti/tutorial/diodi/d_gun/semic_220.shtml