CONDUTOR substância ou corpo que oferece uma resistência relativamente pequena à passage m de uma corrente elétrica, do calor, etc. (por exemplo, um metal) DISPOSITIVO SEMICONDUTOR é um componente eletrônico que explora as propriedades eletrônicas de materiais semicondutores, principalmente silício, germânio, e arseneto de gálio, assim como semicondutores orgânicos. Dispositivos semicondutores tem substituído dispisitivos termiônicos (tubos de vácuo) na maioria das aplicações. Eles usam condução no estado sólido em oposição aoestado gasoso ou emissão termiônica no alto vácuo. Dispositivos semicondutores são manufaturados tanto em dispositivos únicos disccretos como em circuitos integrados (CIs), os quais consistem de um número variando de uns poucos (tão baixo quanto dois) a bilhões de dispositivos fabricados e interconectados sobre um substrato semicondutor único. A principal razão porque materiais semicondutores são tão úteis é que o comportamento de um semicondutor pode ser facilmente manipulado pela adição de impurezas, o que é conhecido como "dopagem (a adição de um "dopante"). A condutividade de semicondutores pode ser controlada pela introdução de um campo elétrico, pela exposição à luz, e também pressão e calor; então, semicondutores podem produzir excelentes sensores. A condução de corrente em um semicondutor ocorre via elétrons móveis ou "livres" e buracos electrónicos, coletivamente conhecidos como portadores de carga. O QUE É SUPERCONDUTIVIDADE? Supercondutividade é um fenômeno observado em diversos metais e materiais cerâmicos. Quando esses materiais são resfriados a temperaturas que vão do zero absoluto (0 graus Kelvin, -273°C) à temperatura do nitrogênio líquido (77 K, -196°C), não apresentam resistência elétrica. A temperatura na qual a resistência elétrica é igual a zero é chamada detemperatura crítica (Tc) e varia de acordo com o material. As temperaturas críticas são atingidas por meio do resfriamento do material com hélio ou nitrogênio líquidos. A tabela a seguir mostra as temperaturas críticas de diversos supercondutores: Tc(K ) 0,88 1,19 Material Tipo Zinco Alumínio metal metal Estanho Mercúrio metal metal 3,72 4,15 YBa2Cu3O cerâmic 90 a 7 TlBaCaCu cerâmic 125 O a Como esses materiais não possuem resistência elétrica, o que significa que os elétrons podem se deslocar livremente através deles, eles podem transmitir grandes quantidades de corrente elétrica por longos períodos sem perder energia na forma de calor. Foi comprovado que malhas de fios supercondutores podem transmitir correntes elétricas por centenas de anos sem nenhuma perda considerável. Essa propriedade tem implicações para atransmissão de energia elétrica, se as linhas de transmissão puderem ser feitas de cerâmicas supercondutoras, e para dispositivos de armazenamento de energia elétrica. A demonstração clássica do efeito Meissner. Um disco supercondutivo na parte inferior, resfriado por nitrogênio líquido, causa a levitação do magneto acima. O magneto flutuante induz uma corrente e, portanto, um campo magnético no supercondutor, e os dois campos magnéticos se repelem para fazer levitar o magneto. Outra propriedade de um supercondutor é que, assim que ocorre a transição do estado normal para o estado supercondutor, os campos magnéticos externos não podem penetrá-lo. Esse efeito é chamado de efeito Meissnere tem implicações para a fabricação de trens de alta velocidade com levitação magnética (veja Como funcionam os trens maglev para detalhes). Isso também tem implicações quanto à fabricação de pequenos e poderosos magnetos supercondutores para a geração de imagens por ressonância magnética. Como os elétrons se deslocam através dos supercondutores sem encontrar resistência? Vamos ver isso mais atentamente. A estrutura atômica da maioria dos metais é reticulada, parecida com uma tela de janelas contra insetos, na qual cada intersecção dos fios perpendiculares representa um átomo. Nos metais, os elétrons são fracamente ligados, de modo que essas partículas podem se mover livremente dentro da rede: é por isso que os metais são ótimos condutores de calor e eletricidade. À medida que os elétrons se movem através de um metal no estado normal, colidem com os átomos e perdem energia na forma de calor. Em um supercondutor, os elétrons se deslocam em pares e se movem rapidamente entre os átomos, com uma menor perda de energia. Como um elétron de carga negativa se move através do espaço entre duas fileiras de átomos com carga positiva (como os fios na tela contra insetos), ele é puxado para o interior dos átomos. Essa distorção atrai um segundo elétron para se mover atrás dele. Esse segundo elétron encontra menos resistência, quase como um automóvel que segue um caminhão na estrada encontra menos resistência do ar. Os dois elétrons desenvolvem uma fraca atração, se deslocam juntos em um par e encontram uma menor resistência total. Em um supercondutor, os pares de elétrons estão se formando, quebrando e formando-se de novo constantemente, mas o efeito final é que os elétrons fluem com pouca ou nenhuma resistência. A baixa temperatura facilita o emparelhamento dos elétrons (leia Um guia do professor para a supercondutividade para estudantes do colegial - em inglês - para detalhes). Uma propriedade final dos supercondutores é que, quando dois deles são unidos por uma fina camada isolante, é mais fácil para os pares de elétrons passarem sem resistência de um supercondutor para outro (efeito Josephson DC). Esse efeito tem implicações para comutadores elétricos super rápidos que podem ser usados para fazer pequenos computadores de alta velocidade. O futuro da pesquisa da supercondutividade está em encontrar materiais que possam se tornar supercondutores à temperatura ambiente. Assim que isso acontecer, todo o mundo da eletrônica, da energia elétrica e dos transportes passará por uma revolução. DIODO SEMICONDUTOR Tipos de diodos. Escala em centímetros Diodo semicondutor[1][2] é um dispositivo ou componente eletrônico composto de cristalsemicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas sãodopadas por diferentes gases durante sua formação. É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador decorrente elétrica. Possui uma queda de tensão de, aproximadamente, 0,3 V (germânio) e 0,7 V (silício). nos terminais do diodo há uma tensão de 10 V. O tipo mais comum de diodo é o diodo semicondutor. A principal função de um diodo semicondutor.7 V). Diodos semicondutores são simbolizados em diagramas esquemáticos como na figura abaixo. o diodo permite ou impede corrente através da lâmpada. polarizando diretamente um diodo em série com uma resistência. com correntes iguais ou menores a 1A[3]. no entanto.Aparência real do diodo. quando diretamente polarizado. faz com que haja uma queda de tensão de 9. já que não circula corrente. Na imagem da esquerda o diodo está diretamente polarizado. Na imagem da direita o diodo está inversamente polarizado. pois 0. dependendo da polaridade da tensão aplicada. Comportamento em circuitos O diodo é um componente elétrico que permite que a corrente atravesse-o num sentidocom muito mais facilidade do que no outro. em circuitos de corrente contínua. em circuitos retificadores de corrente. . é controlar o fluxo da corrente. existem outras tecnologias de diodo. permitindo que a corrente elétrica circule apenas em um sentido. ou seja. Como no semiciclo negativo de uma corrente alternada o diodo faz a função de uma chave aberta. no mesmo alinhamento que o seu símbolo. Assim. há uma queda de tensão no diodo muito maior do que aquela que geralmente se observa em chaves mecânicas (no caso do diodo de silício. A principal função de um diodo semicondutor. Na polarização inversa. como nas duas figuras abaixo. uma fonte de tensão de 10 V.3 V na resistência. do “positivo” para o “negativo”). acontece o seguinte: o diodo faz papel de uma chave aberta. não passa corrente elétrica no circuito (considerando o “sentido convencional de corrente”. O terminal mais próximo da barra fina é o cátodo. não haverá tensão no resistor. 0. logo a lâmpada fica apagada. é transformar corrente alternada em corrente contínua pulsante. Quando colocado em um simples circuito bateria-lâmpada. há corrente e a lâmpada fica acesa. A diferença mais substancial é que. O termo "diodo" é habitualmente reservado a dispositivos para sinais baixos. não há corrente. O diodo funciona como uma chave de acionamento automático (fechada quando o diodo está directamente polarizado e aberta quando o diodo está inversamente polarizado).7 V ficam no diodo. a tensão fica toda retida no diodo. A polarização é direta quando o pólo positivo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal P(chamado de anodo) e o pólo negativo da fonte geradora entra em contato com o lado do cristal N(chamado de cátodo). acarretando no aparecimento de mais portadores livres para a condução de corrente elétrica. Após dopadas. Polarização do diodo Gráfico mostra a curva característica do comportamento do diodo em sua polarização direta e inversa A polarização do diodo é dependente da polarização da fonte geradora. obtêm-se átomos com sete elétrons na camada de valência. Outro fator que influencia na condução desses materiais é atemperatura. Entre ambas. Quanto maior é a temperatura de um diodo. . maior acondutibilidade dos cristais. utiliza-se principalmente o elemento Fósforo. cada face dos dois tipos de cristais (P e N) tem uma determinada característica diferente da oposta. que necessitam de mais um elétron para a neutralização (cristal P). Dopando esses cristais com elementos trivalentes. Quanto maior a intensidade da dopagem. utiliza-se principalmente o elemento índio. Dopando os cristais tetravalentes com elementos pentavalentes. Para a formação do cristal P. pelo fato de que a energia térmica ter a capacidade de quebrar algumas ligações covalentes da estrutura. normalmente feitos de silício e germânio. uma com excesso de elétrons. há uma região de equilíbrio por recombinação de cargas positivas e negativas. pois suas estruturas apresentam um número maior de portadores livres (lacunas e elétrons livres) e poucas impurezas que impedem a condução da corrente elétrica. Para a formação do cristal N. outra com falta destes (lacunas). obtêm-se átomos neutralizados (com oito elétrons na camada de valência) e umelétron excedente (cristal N).A dopagem do diodo semicondutor e os cristais P e N A dopagem no diodo[4] é feita pela introdução de elementos dentro de cristais tetravalentes. gerando regiões de condução do cristal. chamada de região de depleção (a qual possui uma barreira de potencial). maior a condutibilidade. Tipos de diodos semicondutores . este processo dá-se devida assimetria de cargas existente. assim como qualquer componente eletrônico. Pelo fato de que os diodos fabricados não são ideais(contém impurezas). Esta propriedade é utilizada em grande número de circuitos eletrônicos e nos retificadores. operam em determinadas correntes elétricas que são especificadas em seu invólucro ou são dadas pelo fabricante em folhetos técnicos. se a tensão da fonte geradora for maior que a tensão interna do diodo. porém se os aparelhos de medição indicarem condução dos dois caminhos do díodo. o diodo pode ser danificado. movimentando-os e permitindo a passagem de corrente elétrica. ocorrerá uma atração das lacunas do anodo(cristal P) pela polarização negativa da fonte geradora e uma atração dos elétrons livres do cátodo (cristal N) pela polarização positiva da fonte geradora. Usos O fenômeno da condutividade em um só sentido é aproveitado como um chaveamento da corrente elétrica para a retificação de sinais senoidais [5]. o potencial U . a condução de corrente elétrica no diodo (polarização direta) sofre uma resistência menor que 1 ohm. Além da corrente. Assim o díodo está em perfeitas condições de operação e com isso é possível a localização do cátodo e do ânodo. além de indicar isolação quando ocorre o inverso. ficando em curto ou em aberto. tendo uma pequena corrente que é conduzida na ordem de microampéres. formado a partir da junção n e p não deixa os eletrons e lacunas movimentarem-se. Se ele for alimentado com uma corrente ou tensão inversa superior a que ele suporta. Assim. CA vem de Corrente alternada.Assim. isto é circula num só sentido. Os retificadores são circuitos elétricos que convertem a tensão CA (AC) em tensão CC (DC). A certa altura. Se os aparelhos de medição indicarem isolação nos dois caminhos. Utilizando de um ohmímetro ou um multímetro com teste de diodo. os portadores livres se repelirão por causa da polaridade da fonte geradora e conseguirão ultrapassar a junção P-N. Corrente contínua. Colocando-se as pontas de prova desses aparelhos nas extremidades do diodo (cátodo e ânodo). a voltagem inversa (quando o diodo está polarizado inversamente) também é um fator que deve ser analisado para a montagem de um circuito e que tem suas especificicações fornecidas pelo fabricante. que também é quase desprezível. este é o efeito diodo semicondutor tão usado na eletrônica. significa que os elétrons circulam em dois sentidos. CC (DC). sem existir um fluxo de portadores livres na junção P-N. pode-se verificar se ele está com defeito. chamada de corrente de fuga. O bloqueio de corrente elétrica no diodo (polarização inversa) não é total devido novamente pela presença de impurezas. ele também está defeituoso e em aberto. ele está defeituoso e em curto. Testes com o diodo Os diodos. ocasionando no bloqueio da corrente elétrica. pois permite que a corrente flua entre seus terminais apenas numa direção. portanto. que é quase desprezível. A polarização é indireta quando o inverso ocorre. verifica-se que existe condução quando se coloca a ponteira positiva no ânodo e a negativa no cátodo. Os diodos são projetados para assumir diferentes características: diodos retificadores são capazes de conduzir altas correntes elétricas em baixa frequência. Dependendo das características dos materiais e dopagem dos semicondutores há uma gama de dispositivos eletrônicos variantes do diodo: Diodo Diodo zener Diodo Schottky Diodo túnel Diodo emissor de luz Fotodiodo Varicap SCR Diodo emissor de luz . diodos de sinal caracterizam-se por retificar sinais de alta frequência. optoeletrônico de Eletroluminescência Informações históricas Inventado por Nick Holonyak . diodos de chaveamento são indicados na condução de altas correntes em circuitos chaveados.LED Diodo emissor de luz Três LEDs comuns Nome do componente Diodo emissor de luz Tipo Princípio funcionamento Passivo. osíons desse material dopante (íons "aceitadores") removem elétrons de valência do semicondutor. a maior parte da energia é liberada na forma de calor. o número de fotons de luz emitido é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes. Essa recombinação exige que a energia possuída elétrons. cortinas de led e pistas de led. ocorrem recombinações de lacunas e elétrons. o material dopante contém átomos com um elétron a mais do que o . portanto. A luz não é monocromática (como em um laser). e os componentes que trabalham com maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor (dissipadores) para ajudar na manutenção dessa temperatura em um patamar tolerável. Especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos. Na ligação. Já em outros materiais. A forma simplificada de uma junção P-N de um led demonstra seu processo de eletroluminescência. como o arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP). sendo insignificante a luz emitida (devido a opacidade do material). deixando "lacunas" (ou buracos). Em qualquer junção P-N polarizada diretamente. que são os elementos básicos dos diodos e transistores. o semicondutor torna-se do tipo P. próximo à junção. dentro da estrutura. Também é muito utilizado em painéis de led. que até então era livre. entre outros componentes electrônicos. Sua funcionalidade básica é a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada. Características O LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando é energizado emite luz visível por isso LED (Diodo Emissor de Luz). No silício e no germânio. seja liberada. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamadoeletroluminescência. O material dopante de uma área do semicondutor contém átomos com um elétron a menos na banda de valência em relação ao material semicondutor.Primeira produção Uso Função Símbolo 1962 Emitir luz Portal da Eletrônica O diodo emissor de luz também é conhecido pela sigla em inglês LED (Light EmittingDiode). o que ocorre na forma de calor oufótons de luz . como em alguns modelos de semáforos. mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interações energéticas do electrão (português europeu)/elétron (português brasileiro). também pode ser encontrado em tamanho maior. Na outra área do semicondutor. possuem ambos os dopantes (P e N). portanto.semicondutor puro em sua faixa de valência. pode-se escolher adequadamente as impurezas para a confecção dos LEDs. Como a recombinação ocorre mais facilmente no nível de energia mais próximo da banda de condução. que ocorre depois de vencida a barreira de potencial. dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é fabricado. A região compreendida entre o topo da de valência e a parte inferior da de condução é a chamada "banda proibida". Se o material semicondutor for puro. se existem mais dopantes que levariam ao P do que do tipo N. Funcionamento A luz emitida não é monocromática. o dopante em maior concentração determinará a que tipo pertence o semicondutor. O led que utiliza o arsenieto de gálio emite . mas a banda colorida é relativamente estreita. isto é. onde temos apenas os íons "doadores" da região N e os íons "aceitadores" da região P. na ligação esse elétron fica disponível sob a forma de elétron livre. contudo. na redução da Mobilidade dos Portadores. que por não apresentarem portadores de carga "isolam" as demais lacunas do material P dos outros elétrons livres do material N. Os semicondutores também podem ser do tipo compensados. Aqui é preciso ressaltar um fato físico do semicondutor: nesses materiais. Portanto. o semicondutor será do tipo P. pode acontecer na banda de valência ou na proibida. A Mobilidade dos Portadores é a facilidade com que cargas n e p (elétrons e buracos) atravessam a estrutura cristalina do material sem colidir com a vibração da estrutura. criando uma fina camada praticamente isenta de portadores de carga. Isso implicará. a chamada barreira de potencial. A cor. menor será a perda de energia. de modo a exibirem bandas adequadas para a emissão da cor de luz desejada (comprimento de onda específico). A recombinação entre elétrons e lacunas. Quanto maior a mobilidade dos portadores. Um elétron livre ou uma lacuna só pode atravessar a barreira de potencial mediante a aplicação de energia externa (polarização direta da junção). sendo as bandas de valência e de condução as de maiores níveis energéticos para os elétrons ocuparem. elétrons e lacunas se recombinam. portanto mais baixa será a resistividade. não terá elétrons nessa banda (daí ser chamada "proibida"). A possibilidade dessa recombinação ocorrer na banda proibida se deve à criação de estados eletrônicos de energia nessa área pela introdução de outras impurezas no material. os elétrons só podem assumir determinados níveis de energia (níveis discretos). formando o semicondutor do tipo N. Na região de contato das áreas. Por exemplo. Neste caso. consegue-se fabricar leds que emitem luz azul. Com o barateamento do preço. Hoje em dia. violeta e ultravioleta geralmente precisam de mais de 3V. seu alto rendimento e sua grande durabilidade. os leds infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1. Existem também os leds brancos chamados RGB (mais caros). esses leds tornam-se ótimos substitutos para as lâmpadas comuns. revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes.6 a 3. a emissão pode ser vermelha ou amarela.0V. e devem substituí-las a médio ou longo prazo. a luz emitida pode ser verde ou amarela. enquanto os leds azuis. Assim. com um tempo de vida útil de 100. com o uso de outros materiais. Dopando-se com fósforo. violeta e até ultravioleta. É interessante notar que a tensão é dependente do comprimento da onda emitida. os verdes entre 2. um verde (G de green) e um azul (B de blue). os amarelos com 1. Encontra-se o aspecto físico de alguns leds e o seu símbolo elétrico. os leds operam com nível de tensão de 1. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio. um vermelho (R de red).7V. que absorve a luz azul e emite a luz branca.radiaçõesinfravermelhas.7V ou 2. Uma variação dos leds RGB são leds com um microcontrolador integrado. .0V e 3.0V. sendo compatíveis com os circuitos de estado sólido.5V. mas esses são geralmente leds emissores de cor azul. de acordo com a concentração. Em geral. A potência necessária está na faixa típica de 10 a 150 mW.3V. o que permite que se obtenha um verdadeiro show de luzes utilizando apenas um led. e que são formados por três "chips". Existem também os leds brancos.000 ou mais horas. os vermelhos com 1. e vice-versa. essas duas junções podem ser simultaneamente polarizadas. Mas. Nos leds retangulares. outro para acionar a junção dopada com material para gerar a luz vermelha. . ou então deixam esse terminal mais curto. ou por ser o terminal mais curto dos dois.Semáforo de LED com contador regressivo. que são constituídos por duas junções de materiais diferentes em um mesmo invólucro. Nesse caso. cada qual gerada em uma junção. a maioria dos fabricantes adota um "código" de identificação para a determinação externa dos terminais A (anodo) e K (catodo) dos leds. Além de mais largo. alguns fabricantes marcam o terminal K com um pequeno "alargamento" do terminal junto à base do componente. Como o led é um dispositivo de junção P-N. São Paulo. sendo um para acionar a junção dopada com material para produzir luz verde. pode acontecer do componente não trazer qualquer referência externa de identificação dos terminais. Existem fabricantes que adotam simultaneamente as duas formas de identificação. Existem ainda leds bicolores com três terminais. de modo que uma inversão na polarização muda a cor da luz emitida de verde para vermelho. às vezes o catodo é mais baixo do que o anodo. duas codificações são comuns: identifica-se o terminal K como sendo aquele junto a um pequeno chanfro na lateral da base circular do seu invólucro ("corpo"). Brasil. se o invólucro for semi-transparente. Sendo polarizado. esse tipo de led é na realidade um "tricolor". Os diodos emissores de dos displays alfa-numéricos. já que além das duas cores independentes. Nos leds redondos. podese identificar o catodo (K) como sendo o terminal que contém o eletrodo interno mais largo do que o eletrodo do outro terminal (anodo). na cidade de Poá. Embora normalmente seja tratado por led bicolor (vermelho+verde). resultando na emissão de luz alaranjada. luz são empregados também na construção Há também leds bi-colores. e o terceiro comum às duas junções. O terminal comum pode corresponder à interligação dos anodos das junções (leds bicolores em anodo comum) ou dos seus catodos (leds bi-colores em catodo comum). sua característica de polarização direta é semelhante à de um diodo semicondutor. uma vez que a corrente deve ser limitada para que a junção não seja danificada. Assim. À temperatura ambiente. um valor suficientemente baixo para que sua junção não se danifique. As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e em muitos casos estuda-se a sua substituição por materiais mais econômicos. produção de fibras ópticas e equipamentos de visão noturna. Para fixação nesses painéis.fica no corte.6 u. quando alimentado por tensão C.015 = 680* R2 = (12 . podendo-se danificá-los com apenas 5V de tensão nesse sentido. no entanto sua existência prevista 15 anos antes por Mendeleiev. VLED = 2 V: R1 = (12 . Como o diodo.o LED . GERMÂNIO O germânio é um elemento químico de símbolo Ge . número atômico 32 (32prótons e 32 elétrons) com massa atómica 72. Os LEDs não suportam tensão reversa (Vr) de valor significativo. VLED é a tensão correta para o LED em questão e ILED é a corrente que ele pode suportar com segurança. onde Vfonte é a tensão disponível. Sua aplicação principal é comosemicondutor em eletrônica. Para calcular o valor do resistor usa-se a seguinte fórmula: R = (Vfonte-VLED)/ILED. é comum o uso de suportes plásticos com rosca. Por isso. Assim: Adotamos I1 = 15 mA e I2 = 8 mA. os leds são utilizados em substituição às lâmpadas de sinalização ou lâmpadas pilotos nos painéis dos instrumentos e aparelhos diversos.. o LED não pode receber tensão diretamente entre seus terminais.Geralmente.A. o germânio teve.008 = 1K2* Aproximamos os resultados para os valores comerciais mais próximos. os LEDs grandes (de aproximadamente 5 mm de diâmetro. quando redondos) trabalham com correntes da ordem de 12 a 30 mA e os pequenos (com aproximadamente 3 mm de diâmetro) operam com a metade desse valor. Tipicamente.008 = 10/0. o LED costuma ser acompanhado de um diodo retificador em antiparalelo (polaridade invertida em relação ao LED). TRANSÍSTOR .7V (tensão direta máxima do diodo). Pode-se adotar também uma ligação em série entre o diodo de proteção e o LED. da Saxônia. com a finalidade de conduzir os semi-ciclos nos quais ele .015 = 10/0. o germânio encontra-se no estado sólido. Vfonte = 12 V. o uso de um resistor limitador em série com o Led é comum nos circuitos que o utilizam. limitando essa tensão reversa em torno de 0. Descoberto em 1886 pelo químico alemão Clemens Winkler quando analisava um minério de Freiberg. que o chamou aca-silício. É um semi-metal pertencente ao grupo 14 (IVA) da Classificação Periódica dos Elementos.2)/0.2)/0. O termo provém do inglês transfer resistor(resistor/resistência de transferência). Foi por meio de produtos . Um sinal elétrico de baixa intensidade. Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley. cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características. tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônica na década de 1960. Mas a indústria norte-americana não adotou imediatamente o transistor nos equipamentos eletrônicos de consumo. por John Bardeen. tais como aparelhos auditivos. O objetivo do projeto era criar um dispositivo compacto e barato para substituir as válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos da época.[1] O processo de transferência de resistência. Graças a esta função. Entende-se por “amplificar” o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco num mais forte. seguidos rapidamente por rádios transistorizados. que foram laureados com o Nobel de Física em 1956. demonstrado em 23 de Dezembro de 1948. é injetado num circuito eletrônico (transistorizado por exemplo). então. Esta variação é feita através da variação de corrente num dos terminais chamados base. Invenção O transístor de silício e germânio foi inventado nos Laboratórios da Bell Telephone por Bardeen e Brattain em 1947 e. À direita um transistor de alta potência em encapsulamento metálico TO-3. consequentemente. como os sinais gerados por um microfone. ocasiona o processo de amplificação de sinal. mas com potênciasuficiente para excitar os alto-falantes. o que. significa que aimpedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. cuja tecnologia era amplamente dominada. no caso de um circuito analógico. a ser incorporados a diversas aplicações. europeu) brasileiro) O transístor (português ou transistor (português é um componente eletrônicoque começou a popularizar-se na década de 1950. A este processo todo dá-se o nome de ganho de sinal. Ironicamente.Transistores com diferentes encapsulamentos. a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista docircuito eletrônico. eles pretendiam fabricar um transistor de efeito de campo (FET) idealizado por Julius Edgar Lilienfeld antes de 1925. Os transistores bipolares passaram. À esquerda um transistor de sinal em encapsulamento TO-92. mas acabaram por descobrir uma amplificação da corrente no ponto de contato do transistor. São utilizados principalmente comoamplificadores e interruptores de sinais elétricos. inicialmente. preferindo continuar a usar as válvulas termoiônicas. como era conhecido pelos seus inventores. Isto evoluiu posteriormente para converter-se no transistor de junção bipolar (BJT). Alguns números O primeiro processador de 8 bits (Intel 8008) usava tecnologia PMOS e tinha frequência de 0. Contudo. o NMOS passou a ser um problema. pois com o aumento da densidade dos CIs. Ainda em 1971. Em 1960. Em 1970. quando Jack Kilby. apesar de o conceito de Complementary MOS (CMOS) já ter sido introduzido por Weimer. notadamente os rádios portáteis fabricados pela Sony. utilizando integração de componentes. baseado em tecnologia PMOS. o uso de CMOS foi intensificado. a tecnologia CMOS começava a ganhar espaço. havia muitos problemas com estados de impurezas. O domínio da tecnologia MOS dura até o final dos anos 70. que permitia maior velocidade e maior poder de integração. Com isso.japoneses. fabricaram e conseguiram a operação de um transistor MOS. integrados. levando a tecnologia a ser usada em 75% de toda a fabricação de circuitos. A grande vantagem dos transistores em relação às válvulas foi demonstrada em 1958. . a mesma empresa lançava o primeiro microprocessador do mundo. Em 1971. da Bell Labs. da Texas Instruments. desenvolveu o primeiro circuito integrado. em 1959. Ano de fabricação: abril/1972 – 3500 transistores com 10 um ou 10000 nm.2 MHz. por volta do ano 2000. o MOSFET[2] (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor – Transistor de Efeito de Campo formado por Metal. fabricada com tecnologia PMOS. resolviam-se os problemas de estado de superfície e emergia a tecnologia NMOS. pois surgem grandes problemas com consumo de potência (que é alta nesse tipo de tecnologia). os transistores MOS eram tidos como curiosidade. com uma tensão de trabalho de 5 V. via-se a possibilidade de criação de circuitos mais complexos. Problemas de interface inviabilizavam a construção dos MOSFETs. Isto marcou uma transição na história dos transistores. Nessa época. A partir daí. os transistores PMOS foram mais utilizados. Nessa época. três resistores e um capacitor. que o transistor passou a ser adotado em escala mundial. a Intel anunciava a primeira DRAM. Atalla e Kahng. devido ao desempenho bastante inferior aos bipolares. No início da tecnologia MOS. Entre 1964 e 1969. consistindo de um transistor. o MOS passou a ser encarado como um dispositivo viável para circuitos digitais integrados. Nessa época. a tecnologia demonstrou-se insuficiente. Óxido e Silício) ficou em segundo plano. A partir da década de 80. identificou-se o Sódio Na como o principal causador dos problemas de estado de superfície e começaram a surgir soluções para tais problemas. o que manteve o uso do MOS restrito até o fim da década de 60. Nessa época. quase esquecido. o 4004. implementando um osciladorsimples. Ele tinha sido projetado para ser usado em calculadoras. Não houve muitas mudanças até então. O problema ainda era a dificuldade de eliminação de estados de superfície nos transistores NMOS. que deixaram de ser vistos como substitutos das válvulas e passaram a ser encarados como dispositivos que possibilitam a criação de circuitos complexos. devido a sua estrutura mais simples. usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros.5 mícron ou 1500 nm. com processo de fabricação de 40 nm e um Core de 255 mm2. quase todos os meios na sociedade moderna são fornecidos em formato digital. hoje em dia. Hoje. trabalha com frequências de 900Mhz na GPU. 4200Mhz de frequência de Memória GDDR5 interface 256Bits. desde os computadores aos carros. e aparecem em grandes quantidades em tudo que envolva eletrônica. atinge os 500 milhões de transistores. chegando à casa dos 40 nm. a porta de controle de cada transistor tem apenas 45 milionésimos de um milímetro. têm substituído quase todos os dispositivos eletromecânicos. Fabricação . gastam a maioria do seu tempo com informação digital.000 transistores 1. A Placa de vídeo da AMD Radeon HD 6870. resultando preços irrisórios.7 Bilhões de transistores. como um refrigerador. a maioria dos sistemas de controle. Seu custo tem sido crucial no crescente movimento para digitalizar toda a informação. A série de chips Radeon 2000. o microprocessador Cell do console Playstation 3 tem aproximadamente 234 milhões de transistores. Com os computadores transistorizados a oferecer a habilidade de encontrar e ordenar rapidamente informações digitais. por exemplo. lançado em janeiro de 2002. sendo convertida no formato tradicional apenas numa pequena fração de tempo. usaria um dispositivo mecânico para o controle. com frequências de 6. lançada em outubro de 2010. atinge os 1. Importância O transistor é considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna. A chave da importância do transistor na sociedade moderna é sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicas simples. Visto que um dispositivo comum. Os transistores. internamente. ou seja. com 55 milhões de transistores CMOS 130 nm. com uma tensão de trabalho de 5 V.10 anos depois. tais como a televisão ou os jornais. milhares ou mesmo milhões de transistores[3]. convertidos e apresentados por computadores. hoje é frequente e muito mais barato usar ummicroprocessador contendo alguns milhões de transistores e um programa de computador apropriado para realizar a mesma tarefa. Por exemplo. Formas analógicas comuns de informação. Seu baixo custo permitiu que se transformasse num componente quase universal para tarefas não-mecânicas. a Intel lançou o 80286. O Pentium 4. centenas. trabalha com frequências de 1300 a 4000 MHz. mais e mais esforços foram postos em tornar toda a informação digital. 10 e 12 MHz. É conveniente salientar que é praticamente impossível serem encontrados circuitos integrados que não possuam. tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. fabricado com tecnologia CMOS – 134. juntamente com outros componentes como resistências e condensadores. o silício é um material isolante elétrico. Deste modo a pastilha P fica negativa e a pastilha N fica positiva. Quando adicionamos uma impureza com 5 elétrons na última camada. então qualquer energia fornecida o faz sair. O Silício realiza ligações covalentes de quatro elétrons. O transistor é montado justapondo-se uma camada P. o Germânio (Ge). O material é cortado em finos discos. Na natureza. . que a seguir vão para um processo chamado de dopagem. Atualmente. formando os buracos e caracterizando a pastilha como pastilha P. devido à conformação das ligações eletrônicas do seu átomo. Não podemos dizer que a pastilha P é positiva nem que a pastilha N é negativa. gerando uma rede eletrônica altamente estável.Símbolos dos transistores bipolares Os materiais utilizados na fabricação do transistor são principalmente o Silício (Si). Esses elétrons livres têm pouca interação com seu átomo. os elétrons livres em excesso na pastilha N migram para a pastilha P e os buracos da pastilha P migram para a pastilha N. sendo assim um elétron livre (assim se forma a pastilha N. uma N e outra P (unindo-se dois diodos). A pastilha P tem menos elétrons livres e mais "buracos" e a Pastilha N tem mais elétrons livres que buracos. porque a soma total de elétrons é igual à soma total de prótons. O transistor do tipo NPN é obtido de modo similar. que tem esse nome por ter maior número deelétrons livres). A camada do centro é denominada base. ou para fora. o transistor de germânio é menos usado. Quando adicionamos uma impureza com 3 elétrons na última camada. vai sobrar um elétron na ligação covalente com o silício. e as outras duas são o emissor e ocoletor. Isto é o diodo. o Gálio (Ga) e alguns óxidos. onde são introduzidas quantidades rigorosamente controladas de materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a estrutura eletrônica. que aponta para dentro do transistor se o componente for PNP. Cientistas portugueses do Centro de Investigação de Materiais (Cenimat) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. tendo sido substituído pelo de silício. faltará um elétron na ligação covalente. se for NPN. No símbolo do componente. o emissor é indicado por uma seta. criando-se um transistor do tipo PNP. O silício é purificado e passa por um processo que forma uma estrutura cristalina em seus átomos. introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício. Quando unimos a pastilha P e a pastilha N. O efeito transistor ocorre quando a junção coletor-base é polarizada reversamente e a junção base-emissor é polarizada diretamente.conseguiram fabricar pela primeira vez transistores com papel. Uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de coletor-emissor.3V para o germânio. que é dado pela expressão iC = iB x β . de acordo com o ganho. Essa equipe de investigadores foi liderada por Elvira Fortunato e Rodrigo Martins. No entanto o transistor de silício só permite seu funcionamento com uma tensão entre base e emissor acima de 0. Características de um transistor Símbolo do transístor em calçada à portuguesana Universidade de Aveiro O fator de multiplicação da corrente na base (iB). mais conhecido por Beta do transistor ou por hFE.[4]. Isso permite que o transistor funcione como amplificador pois ao se injetar uma pequena corrente na base se obtém uma alta tensão de saida. Esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base. o controle da corrente coletor-emissor é feito injetando corrente na base.7V e 0. Funcionamento Transístor moderno de alta potência No transistor de junção bipolar ou TJB (BJT – Bipolar Junction Transistor na terminologia inglesa). Pode amplificar tensão e corrente. Não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada. Amplificação de corrente igual a um. Alta impedância(Z) de saída. Emissor comum (EC) Média impedância(Z) de entrada. Pol: polarização. cada uma com suas vantagens e desvantagens. Alta impedância(Z) de saída. PTOT: é a máxima potência que o transistor pode dissipar hFE: ganho (beta). Base comum (BC) Baixa impedância(Z) de entrada. até centenas de vezes. VCEO: tensão entre coletor e emissor com a base aberta.iC: corrente de coletor iB: corrente de base β: beta (ganho de corrente DC) Configurações básicas de um transistor: Existem três configurações básicas (BC. VCER: tensão entre coletor e emissor com resistor no emissor. Coletor comum (CC) Alta impedância(Z) de entrada. Baixa impedância(Z) de saída. Defasagem entre o sinal de saída e o de entrada de 180°. negativa quer dizer NPN e positiva significa PNP. IC: corrente máxima do coletor. CC e EC) [5]. Seguem alguns exemplos dos parâmetros mais comuns que poderão ser consultadas nos datasheets dos fabricantes: Tipo: é o nome do transistor. Amplificação de tensão igual a um. Os transistores possuem diversas características. Não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada. . Ft: frequência máxima. Existem também outros tipos de transistores. um circuito integrado (também conhecido como CI. chip ou chipe) é um circuito eletrônico miniaturizado (composto principalmente por dispositivos semicondutores). de Field Effect Transistor). que tem sido produzido na superfície de um substrato fino de material semicondutor. o controle da corrente é feito por tensão aplicada à porta.microchip. CIRCUITO INTEGRADO A escala de integração miniaturizou os componentes eletrônicos de tal forma que os circuitos integrados possuem o equivalente a milhares de componentes eletrônicos em sua constituição interna Descr. Em eletrônica. Arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento de imagens de ressonância magnética. sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes. . notadamente os de efeito de campo (transistores FET. neste caso. microcomputador. a fotografia foi aumentada 600 vezes. chip de silício. Encapsulamento: a maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a identificação dos terminais.: Microprocessador Intel 80486DX2 comencapsulamento removido. seguida por outra camada química. Um circuito integrado híbrido é um circuito eletrônico miniaturizado constituído de dispositivos semicondutores individuais. . e desde meados do século XX. chamada de fotoresiste. meio ano depois de Kilby. visto que os componentes alternam rapidamente e consomem pouca energia (em comparação com os seus homólogos discretos) porque os componentes são pequenos e estão próximos. O custo é baixo porque os chips.. O chip de Noyce tinha resolvido muitos problemas práticos que omicrochip.. Dummer publicou a ideia em 7 de maio de 1952 no Symposium on Progress in Quality Electronic Components em Washington. enquanto o chip de Kilby era feito de germânio. feito em Fairchild.C. com até 1 milhão de transístores por mm². são impressos como uma unidade por fotolitografia: um puro cristal de silício. Há duas principais vantagens de circuitos integrados sobre circuitos discretos: custo e desempenho. O desempenho é alto. História A ideia de um circuito integrado foi levantada por Geoffrey WA Dummer (19092002). A partir de 2006. chamada de substrato. [3] trabalhando independentemente um do outro. ligados a um substrato ou placa de circuito.[5] Robert Noyce também veio com sua própria ideia de circuito integrado. Além disso.Os circuitos integrados são usados em quase todos os equipamentos eletrônicos usados hoje e revolucionaram o mundo da eletrônica."[4] Kilby ganhou em 2000 o Prêmio Nobel de Física por sua parte na invenção do circuito integrado. bem como componentes passivos. Kilby descreveu o seu novo dispositivo como "a body of semiconductor material . Os circuitos integrados foram possíveis por descobertas experimentais que mostraram que os dispositivos semicondutores poderiam desempenhar as funções de tubos de vácuo. D. era feito de silício. a confiabilidade e a construção de bloco de abordagem para projeto de circuito assegurou a rápida adaptação de circuitos integrados padronizados no lugar de desenhos utilizando transístores pequenos. não tinha. Kilby registrou suas ideias iniciais sobre o circuito integrado em julho de 1958 e demonstrou com sucesso o primeiro circuito integrado em função em 12 de setembro de 1958 [2] Em seu pedido de patente de 6 de fevereiro de 1959. A integração de um grande número de pequenos transistores em um chip pequeno foi uma enorme melhoria sobre o manual de montagem de circuitos com componentes eletrônicos discretos. wherein all the components of the electronic circuit are completely integrated. muito menos material é usado para construir um circuito como um circuitos integrados do que como um circuito discreto.. [1] Ele deu muitas palestras públicas para propagar suas ideias. O circuito integrado pode ser considerado como sendo inventado por Jack Kilby de Texas Instruments[2] e Robert Noyce. um cientista que trabalhava para o Royal Radar Establishment (do Ministério da Defesa britânico). as áreas de chips variam de poucos milímetros quadrados para cerca de 350 mm². A capacidade do circuito integrado de produção em massa. Uma fina camada de dióxido de silício é depositada sobre o substrato. desenvolvido por Kilby. da Fairchild Semiconductor. com todos os seus componentes. pelos avanços da tecnologia na fabricação de dispositivos semicondutores. que são colocados em uma câmara. O chip de Noyce. Nos nanocomponentes.000. cada um contendo um único componente miniaturizado. que nada mais são que muitos circuitos integrados numa só mesa epitaxial. nestes a passagem de corrente elétrica praticamente não altera o seu estado de funcionamento. Estas causam alterações nas medidas físicas do componente de tal forma.000 SSI MSI LSI VLSI Small Scale Integration 10 Medium Integration Scale 100 Large Scale Integration 1. A ideia de precursor da IC foi a criação de pequenos quadrados de cerâmica (pastilhas). Escala de integração de circuitos integrados Complexidade (números de transístores) Abre Denominação v.Marcante evolução do circuito integrado remontam a 1949. quando o projeto foi ganhando força. nos anos noventa.000 — de Texas Instruments[8] em baixo de 12 12–99 100–999 ab 1. e a integração em muito larga escala. Escala de integração e nanotecnologia Com os componentes de larga escala de integração. a alteração de seu estado em função da passagem de corrente deve ser controlada. Os componentes eletrônicos se comportam de maneiras diferentes do que na eletrônica convencional e microeletrônica. pois existe uma sensibilidade maior às variações de temperatura. No entanto. Atualmente a eletrônica está entrando na era da nanotecnologia. Esta ideia. Interpretação comum Tanenbaum[7] 1–10 10–100 100–100. e principalmente à variações dimensionais. (do inglês: Large Scale Integration. nos anos oitenta.000 ULSI Scale 100. que parecia muito promissora em 1957. foi proposta para o Exército dos Estados Unidos por Jack Kilby.000– 10. VLSI).000.000 Scale 1.000. Por isso a nanotecnologia é tão sensível sob o ponto de vista de estabilidade de temperatura e pressão. Kilby veio em 1958 com um design novo e revolucionário: o circuito integrado.000 a partir 100. [6] A utilização comercial de seu patente não foi relatado.000–100. quando o engenheiro alemão Werner Jacobi (Siemens AG) entregou umapatente que mostrou o arranjo de cinco transístores em um semicondutor. LSI). que podem vir a danificá-la. vieram os microprocessadores de alta velocidade de tecnologia MOS. (Verylarge-scale integration.000– 1.000 — SLSI — — Fabricação .000 Very Large Integration Ultra Large Integration Super Large Integration Scale 10. e as camadas e regiões isolantes ou condutoras obedecendo ao seu projeto de arquitetura. Rotulagem Dependendo do tamanho os circuitos integrados apresentam informações de identificação incluindo 4 seções comuns: o nome oulogotipo do fabricante. condutores de interligação. É necessário que a isolação seja perfeita.Dispositivo lógico programável da empresaAltera. A data de fabricação é comumente representada por 2 dígitos do ano. No circuito integrado completo ficam presentes os transístores. foi criado o dispositivo lógico programável. Uma vez que os componentes são formados ao invés de montados. quando for o caso. A importância da integração está no baixo custo e alto desempenho. Isto é obtido por um processo chamado difusão. Após sucessivas interconexões. ao contrário de ser fixada diretamente pelo fabricante do CI. e assim por diante. depositada sobre a superfície e isolada por uma camada de dióxido de silício. número do lote e/ou número serial e um código de 4 dígitos identificando a data da fabricação. Outros desenvolvimentos Na década de 80. e separadas por um material dopado com boro. Desde que os circuitos integrados foram criados. por boro e fósforo. silicon art. Esses dispositivos contêm um circuito com função lógica e conectividade que podem ser programados pelo usuário. os componentes formados ainda são interconectados externamente por uma camada extremamente fina de alumínio. permitindo a concepção de portabilidade dos dispositivos eletrônicos. alguns designers de chips tem usado a superfície de silício para códigos. imagens e palavras não funcionais. além do tamanho reduzido dos circuitos aliado à alta confiabilidade e estabilidade de funcionamento. No processo de formação do chip. a resistência mecânica destes permitiu montagens cada vez mais robustas a choques e impactos mecânicos. é fundamental que todos os componentes sejam implantados nas regiões apropriadas da pastilha. silicon graffiti ou silicon doodling. Exemplo do código 8341: O circuito integrado foi fabricado na semana 41 do ano de 1983. ou aproximadamente em outubro de 83. Isso . que se dá entre os componentes formados e as camadas com o material dopado com fósforo. Eles são algumas vezes referenciados como chip art. componentes de polarização. seu número. seguido por dois dígitos informando a semana. 11 da empresa Atheros.permite que um único chippossa ser programado para implementar diferentes funções como portas lógicas. X10 é uma nova linguagem opensource criada para ajudar nesta tarefa. Cada núcleo é capaz de executar uma tarefa independentemente dos outros. As futuras criações tendem a seguir o paradigma dos processadores multinúcleo. que tem 80 microprocessadores. já utilizados pelos processadores dual-core da Intel eAMD. Esses dispositivos são usados em uma variedade de aplicações comerciais e militares. Isso foi em resposta do limite calor vs velocidade no uso de transístores existentes. A Intel recentemente apresentou um protótipo não comercial. Exemplo de aplicações comerciais incluem a tecnologia processamento digital de luz em videoprojetores. somadores e registradores. As técnicas aperfeiçoadas pela indústria de circuitos integrados nas últimas três décadas têm sido usadas para criar máquinas microscópicas. MEMS. um grande número de chips de rádios tem sido criado usando CMOS possibilitando avanços tecnológicos como o telefone portátil DECT da Intel ou o chipset 802. e foi apelidado de "The IC Time Machine" ("A Máquina do . CI 555 A Wikipédia possui o portal: Portal de eletrônica NE555 fabricado pela Signetics eminvólucro DIP O 555 é um circuito integrado (chip) utilizado em uma variedade de aplicações comotemporizador ou multivibrador. Os nomes comerciais eram SE555 (invólucro metálico) [1] e NE555 (invólucro DIP). impressoras de jato de tinta e acelerômetros usados em airbags de automóveis. Os dispositivos atualmente nomeados Field Programmable Gate Arrays (Arranjo de Portas Programável em Campo) podem agora implementar dezenas ou milhares de circuitos LSI em paralelo e operar acima de 550 MHz. Esse design traz um novo desafio a programação de chips. Camenzind em 1970 e comercializado em 1971 pela Signetics (mais tarde adquirida pela Philips). conhecidos como sistemas microeletromecânicos (do inglês: microelectromechanical systems. O CI foi projetado por Hans R. ver também:microtecnologia). Desde 1998. Modo biestável: o CI 555 pode operar como um flip-flop. O CI 558 é um encapsulamento DIP de 16 pinos que combina quatro temporizadores 555. etc. Os usos incluem pisca-pisca de LED. que utiliza um número menor de componentes externos e tem menor consumo de energia.Tempo num Chip"). . Este componente continua em pleno uso. relógios. Ainda hoje aSamsung da Coreia fabrica acima de 1 bilhão de unidades por ano (2003). se o pino DIS não for conectado e se não for utilizado capacitor. geradores de tom. Da mesma família de temporizadores temos ainda o CI 556. etc. composto de dois temporizadores 555 combinados em um encapsulamento DIP de 14 pinos. baixo preço e boa estabilidade. detector de pulso. Uso Diagrama esquemático do temporizador 555 Pin Nome Aplicação o 1 GND Terra ou massa (ground). É composto por 23 transistores. etc. Suas aplicações incluem temporizadores. Também estão disponíveis versões de potência ultra baixa como o CI 7555. alarmes de segurança. chaves imunes a ruído. graças a sua simplicidade de uso. Modo astável: o CI 555 opera como um oscilador. Curiosidade: o nome "555" foi adotado em alusão ao fato de que existe uma rede interna (divisor de tensão) de três resistores de 5k (1K=1000) ohms que servem de referência de tensão para os comparadores do circuito integrado. O temporizador 555 é um dos mais populares e versáteis circuitos integrados já produzidos. O 555 tem três modos de operação: Modo monoestável: nesta configuração. o CI 555 funciona como um disparador. 2 diodos e 16 resistores num chip de silício em um encapsulamento duplo em linha (DIP) de 8 pinos. geradores de pulso. interruptores de toque. As aplicações incluem interruptores imunes a ruído. VCC Descarga (discharge) . DISCH V+. . etc). Tensão de controle (control voltage) . A tensão (voltage) positiva da fonte. Um exemplo de configuração é mostrado abaixo: Exemplo esquemático CI 555 o intervalo de tempo t é dado por: onde t é o tempo que leva para carregar o capacitor C a 63 % da tensão aplicada Especificações Estas especificações aplicam-se ao NE555. Um intervalo de temporização pode ser interrompido pela aplicação de um pulso de reset. o tempo durante o qual a saída permanece em nível baixo. Durante um intervalo de tempo. o intervalo de temporização. pode ser ajustado de acordo com a necessidade de cada aplicação. médico. 5 CV 6 THRE Limiar (threshold) .Um valor de tensão baixo (< 1/3 Vcc) neste terminal activa o biestável interno e a saída.A sua função é descarregar o capacitor conectado a este terminal. ou seja.Permite acesso ao divisor interno de tensão (2/3 VCC).2 3 4 TRIG OUT RESET Gatilho (trigger) . a saída (out) permanece em +VCC. que deve estar entre +5 e +15V. Outros temporizadores 555 podem ter parâmetros diferenciados dependendo do uso a que se destinam (uso militar. 7 8 Usando apenas um capacitor e um resistor.Um valor de tensão alto (> 2/3 Vcc) neste terminal S desactiva o biestável interno e a saída. 5 até 15 V Corrente de alimentação (VCC = 3 até 6 mA +5 V) Corrente de alimentação (VCC = 10 até 15 +15 V) mA Corrente de saída (máxima) Dissipação de potência Temperatura de Operação 200 mA 600 mW 0 até 70 °C Variantes Muitas variantes foram desenvolvidas por vários fabricantes.Parâmetro Tensão de alimentação (VCC) Valor(es) 4. O 555 é também conhecido sob as seguintes siglas: Fabricantes ECG Philips Exar Fairchild Harris Intersil Lithic Systems Maxim Motorola National NTE Sylvania Raytheon RCA Sanyo Modelo ECG955M XR-555 NE555 / KA555 HA555 SE555 / NE555 LC555 ICM7555 MC1455 / MC1555 LM1455 / LM555 / LM555C / LMC555 NTE955M RM555 / RC555 CA555 / CA555C LC7555 . no entanto são adequados para a maioria das aplicações usuais como por exemplo controlar uma máquina de lavar roupas ou uma esteira de chão de fábrica.Texas Instruments SN52555 / SN72555 Baixe gratuitamente o software para calcular componentes do CI 555 no site:http://mangesemeletrica. memória e periféricos de entrada/saída. é controlador embutido. interfaces de entrada e saída de dados. os microcontroladores operam a uma freqüência muito baixa se comparados com os microprocessadores atuais. conversores digitais/analógicos (DAC) em alguns casos.webnode. 2048 bytes de EPROM eentrada/saída num mesmo chip. Os microcontroladores se diferenciam dos processadores. dispositivos periféricos como conversores analógico/digitais (ADC). em contraste com outros microprocessadores de propósito geral (como os utilizados nos PCs). e. pois além dos componentes lógicos e aritméticos usuais de um microprocessador de uso geral. como memória de leitura e escrita para armazenamento de dados. normalmente na casa dos miliwatts e possuem geralmente habilidade para entrar . EEPROM para armazenamento permanente de dados. Eles são embarcados no interior de algum outro dispositivo (geralmente um produto comercializado) para que possam controlar as funções ou ações do produto. É ummicroprocessador que pode ser programado para funções específicas. o microcontrolador integra elementos adicionais em sua estrutura interna. O seu consumo em geral é relativamente pequeno.br/softwares/ MICROCONTROLADOR O circuito integrado de um Intel 8742. Com freqüências de clock de poucos MHz (Megahertz) ou talvez menos.com. portanto. 128 bytes de RAM. contendo um processador. Um outro nome para o microcontrolador. Um microcontrolador (também denominado MCU) é um computador-num-chip. um microcontrolador de 8 bits que inclui uma UCP operando em 12 MHz. memória somente de leitura para armazenamento de programas. Por isso existem duas linhas de pesquisa paralelas mas opostas[carece de fontes]: uma criando microcontroladores mais capazes. brinquedos. Por reduzir o tamanho. onde se superdimensiona ao máximo tendo como limite o preço que o usuário deseja investir. custo e consumo de energia. O consumo destes microcontroladores em modo de espera pode chegar na casa dos nanowatts. controles remotos. os microcontroladores são uma alternativa eficiente para controlar muitos processos e aplicações. e se comparados à forma de utilização de microprocessadores convencionais. para atender produtos de mais tecnologia como os novos celulares ou receptores de TV digital e outra para criar microcontroladores mais simples e baratos. De forma oposta aos microprocessadores. como por exemplo o acionamento de uma tecla. etc. De forma diferente da programação para microprocessadores. tornando-os ideais para aplicações onde a exigência de baixo consumo de energia é um fator decisivo para o sucesso do projeto. Cada desperdicio será multiplicado pelo número de equipamentos fabricados (às vezes milhões). sistemas de supervisão. ou um sinal que chega via uma interface de dados. que em geral contam com um sistema operacional e um BIOS. juntamente com o seu baixo custo. para aplicações elementares (como um chaveiro que emite sons). Microcontroladores são geralmente utilizados em automação e controle de produtos e periféricos. fazendo muitas vezes todo o processo construtivo do aparelho: BIOS. firmware e circuitos. . o programador ou projetista que desenvolve sistemas com microcontroladores tem que lidar com uma gama muito grande de desafios. a escolha do microcontrolador é feita pelo projetista do equipamento. Aplicações Um microcontrolador PIC18F8720 num encapsulamento TQFP de 80 pinos.em modo de espera (Sleep ou Wait) aguardando por uma interrupção ou evento externo. aliados a facilidade de desenho de aplicações. máquinas de escritório e residenciais. como sistemas de controle de motores automotivos. É erro de projeto superdimensionar. Certamente eles foram tão ou mais importantes para a revolução dos produtos eletrônicos que os computadores. disco rígido. etc. Você está certamente cercado de dezenas deles agora. Eles permitiram a evolução de equipamentos que há anos não evoluíam. 403 PowerPC CPU PPC 403GCX 405 PowerPC CPU PPC 405EP PPC 405GP/CR PPC 405GPr PPC NPe405H/L 440 PowerPC Book-E CPU PPC 440GP PPC 440GX PPC 440EP/EPx/GRx PPC 440SP/SPe Atmel Atmel AT91 series (Arquitetura ARM THUMB) AT90 series – AVR (Atmel Norway design) ATMega series – AVR (Memória Flash de MegaBytes – Atmel Norway design) ATTiny series – AVR (Tamanho e Consumo Reduzido – Atmel Norway design) Atmel AT89 series Arquitetura (Intel 8051/MCS51) MARC4 . dentro do monitor. como os motores a combustão. outros 20% são processadores de sinais digitais (DSPs) mais especializados. relógio de pulso. Os microcontroladores podem ser encontrados em praticamente todos os dispositivos eletrônicos digitais que nos cercam: teclado do computador. que agora com o novo controle eletrônico podem funcionar com sistema bi-combustível e poluindo menos e as máquinas fotográficas. Microcontroladores comuns AMCC Até Maio de 2004. forno de microondas. estes microcontroladores eram desenvolvidos e produzido pela IBM.Cerca de 50% dos microcontroladores vendidos são controladores "simples". máquinas de lavar. telefone. cuja família 4xx foi vendida para a Applied Micro Circuits Corporation. que migraram de processos químico/mecânico a circuitos com microcontroladores+Sensores Digitais+Memória. rádio relógio. Cypress MicroSystems CY8C2xxxx (PSoC) Freescale Semiconductor Até 2004. 8-bit 68HC05 (CPU05) 68HC08 (CPU08) 68HC11 (CPU11) 16-bit 68HC12 (CPU12) 68HC16 (CPU16) Freescale DSP56800 (DSPcontroller) 32-bit Freescale 683XX (CPU32) MPC500 MPC 860 (PowerQUICC) MPC 8240/8250 (PowerQUICC II) MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III) Fujitsu F²MC Family (8/16 bit) FR Family (32 bit)\ satanico atrasado (64 bit) Holtek HT8 Intel 8-bit 8XC42 MCS48 (8048) MCS51 (8051) 8xC251 (8251) . estes microcontroladores eram desenvolvidos e produzidos vendidos pela Motorola. cuja divisão de semicondutores foi sub-dividida para estabelecer a Freescale. Inc.16-bit MCS96 MXS296 32-bit i960 Microchip Technology PIC de instruções de 12 bits PIC de instruções de 14 bits PIC16F628 PIC16F84 PIC16F877 PIC de instruções de 16 bits PIC18F452 National Semiconductor COP8 CR16 NXP .) H8 STMicroelectronics ST 62 ST 7 . Corp. BASIC Stamp Renesas Tech.Antiga Philips Semiconductors LPC2000 LPC900 LPC700 NEC 78K Parallax. (Renesas é um empreendimento da Hitachi e Mitsubishi. podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar todas estas funções. Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade central de computador (CPU) em um único circuito integrado. é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. Todos os computadorese equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções. É um dispositivo multifuncional programável que aceita dados digitais como entrada.Silicon Laboratories C8051Fxxx (Arquitetura 8051) Texas Instruments TMS370 MSP430 Western Design Center 8-bit W65C02 16-bit W65816 ZiLOG Z80 Z86E02 Ligações externas Base de dados do projeto do microcontrolador de PIC Microcontroller projects and information Blog de Programação embarcada em Microcontroladores MICROPROCESSADOR O microprocessador. processa de acordo com as instruções armazenadas em sua memória. e fornece resultados como saída. . é tornar o computador inteligente. ou no máximo alguns circuitos integrados. popularmente chamado de processador. Microprocessadores operam com números e símbolos representados no sistema binário. depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas de impurezas. determina. trabalhando em altas freqüências. o microprocessador.Arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento de imagens de ressonância magnética. O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades. sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes Vista inferior de um Athlon XP 1800+ núcleo Palomino. unidade responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registradores são parte integrante do microprocessador na famíliax86. Embora seja a essência do computador. trabalhada de modo a formar um cristal de extrema pureza. Para que possa . laminada até uma espessura mínima com grande precisão. um microprocessador moderno. escolhido entre os disponíveis no mercado. está longe de ser um computador completo. por exemplo. A ULA(Unidade Lógica Aritmética). o microprocessador diferente do microcontrolador. O microprocessador moderno é um circuito integrado formado por uma camada chamada demesa epitaxial de silício. Responsável pela execução das instruções num sistema. a fotografia foi aumentada 600 vezes. O sistema operativo é construído sobre este conjunto. em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação da microarquitetura do componente. Pentium Dual Core. Core i3. que era um circuito integrado programável que trabalhava com registradores de 4 bits. A Motorola ganhou destaque quando implantou o MC68000P12. a Zilog tinha o Z8000. um clock.Core 2 Quad. Pentium M. a família 68000 (de 32 bits). 80188. História Intel 8008. Da Intel saíram alguns funcionários que fundaram a Zilog.[1] A Intel projectou o 4004. Apple Inc. A Motorola possuía o 68000 e a MOS Technology o 6502. Core 2 Duo. TRS.interagir com o utilizador precisa de: memória. todos eles com o mesmo hardware inicial. O primeiro microprocessador comercial foi inventado pela Intel em 1971 para atender uma empresa japonesa que precisava de um circuito integrado especial para as suas atividades. 80386. tendo surgido assim (por ordem cronológica) o 8086. controladores e conversores de sinais. 46 instruções. Percebendo a utilidade desse invento a Intel prosseguiu com o desenvolvimento de novos microprocessadores: 8008 (o primeiro de 8 bits) e a seguir o 8080e o microprocessador 8085. a Texas Instruments o TMS9900. Em 1981 a IBM decidiu lançar-se no mercado de computadores pessoais e no seu IBM-PC utilizou um dos primeiros microprocessadores de 16 bits. depois um grande salto com o 80386 que podia trabalhar com memória . que sucessivamente foi lançando melhoramentos na sua linha 80X86. de 12 MHz com arquitetura de 32 bits (embora seu Barramento fosse de 24 bits e seu Barramento de endereços de 16 bits). com instruções compatíveis com o 8080 (embora muito mais poderoso que este) e também de grande sucesso. entre outros. Pentium MMX. etc). que viria a lançar o microprocessador Z80.mas nenhum fabricante teve tanto sucesso como a Intel. Pentium III. a National Semiconductor tinha o 16032. um dos primeiros microprocessadores comerciais. ajuda a moldar o funcionamento do computador. Pentium D. Outros fabricantes também tinham os seus microprocessadores de 16 bits. A Apple nos seus computadores Macintosh utilizava os processadores da Motorola. Core i5 e Core i7. no Neo-Geo.. o 8088 (derivado do seu irmão 8086 lançado em 1978) que viria a ser o avô dos computadores atuais. Pentium Pro. 80486.Pentium. clock de 740Khz e possuía cerca de 2300 transistores. um poderoso Arcade da SNK que posteriormente ganharia a versão AES (console casero) e CD (versão CD). dessa forma. Pentium IV. dispositivos de entrada/saída. Todos os microprocessadores de 8 bits foram usados em muitos computadores pessoais (Sinclair. 8088. O 8080 foi um grande sucesso e tornou-se a base para os primeiros microcomputadores pessoais na década de 1970 graças ao sistema operacionalCP/M. Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e. 80286. Pentium II. Commodore. Para o IBM-AT foi utilizado o 80286. 80186. Unidade de controle A Unidade de controle (UC) é responsável pela tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador. Athlon. A complexidade também cresceu: de alguns milhares de transístores para centenas de milhões de transístores numa mesma pastilha. Registradores Os registradores são pequenas memórias velozes que armazenam comandos ou valores que são utilizados no controle e processamento de cada instrução. com pipeline de processamento. Unidade de ponto flutuante . etc.virtual e multitarefa. controlar as funções realizadas por cada unidade funcional. e Como grande concorrente da Intel. de microprocessadores que trabalhavam com clock de dezenas de kHz e que podiam processar alguns milhares de instruções por segundo. como instruções lógicas. Os registradores mais importantes são: Contador de Programa (PC) – Sinaliza para a próxima instrução a ser executada. atingiu-se clocks na casa dos 7 GHz e poder de processamento de dezenas de bilhões de instruções por segundo. Phenom. Unidade lógica e aritmética A Unidade lógica e aritmética (ULA) é a responsável por executar efetivamente as instruções dos programas. Paralelamente à disputa entre Intel e AMD. Registrador de Instrução (IR) – Registra a execução da instrução. Memory management unit A MMU (em inglês: Memory Management Unit) é um dispositivo de hardware que transforma endereços virtuais em endereços físicos e administra a memória principal do computador. Turion. Sempron. O CPU tem como função principal unificar todo o sistema. comandando todos os outros componentes. Duron. a IBM possuía a linha PowerPC utilizada principalmente pelos microcomputadores da Apple. cada um tendo uma função específica no processamento dos programas. e é também responsável pela execução de todos os programas do sistema. Componentes O processador é composto por alguns componentes. a AMD aparece inicialmente como fabricante de microprocessadores da linha x86 alternativa mas a partir de um certo momento deixou de correr atrás da Intel e partiu para o desenvolvimento de sua própria linha de microprocessadores: K6. matemáticas. A evolução tecnológica envolvida é surpreendentemente grande. o 80486 com coprocessador matemático embutido finalmente a linha Pentium. que deverão estar armazenados na memória principal. desvio. Nesta técnica não é necessário realizar a leitura em uma memória e. Quanto mais complexa a instrução. os passos a serem realizados para a execução de cada instrução. ou seja. Embora apresente baixo custo. Computador com um Conjunto Complexo de Instruções). Cada posição desta memória contém as microinstruções. A capacidade de processamento do processador não está relacionada exclusivamente à frequência do relógio. quantidade de memória cache. etc. Tais unidades são mais complexas que ULAs e trabalham com operandos maiores. arquitetura do processador. as instruções são muito simples e para a realização de certas tarefas são necessárias mais instruções que no modelo RISC. Nesta arquitetura existem dois barramentos externos independentes (e normalmente também memórias independentes) para dados e endereços. Motorola e IBM) e SPARC (SUN). por isso. tecnologia de co-processamento. a execução das instruções é muito rápida (normalmente um ciclo de clock por instrução). em detrimento do encarecimento do sistema como um todo. possui um grande conjunto de instruções (tipicamente centenas) que são armazenadas em uma pequena memória não-volátil interna ao processador. esta arquitetura apresenta desempenho limitado pelo gargalo do barramento. Esta freqüência é medida em ciclos por segundo. tecnologia de pipeline. possui um conjunto pequeno de instruções (tipicamente algumas dezenas) implementadas diretamente em hardware. Esta arquitetura caracteriza-se por apresentar um barramento externo compartilhado entre dados e endereços. tecnologia de previsão de saltos (branch prediction). com tamanhos típicos variando entre 64 e 128 bits. A arquitetura de Harvard. Por outro lado. mais microinstruções ela possuirá e mais tempo levará para ser executada. usada em processadores Intel e AMD. conjunto de instruções. Modelos de computação Existem dois modelos de computação usados em processadores: CISC (em inglês: Complex Instruction Set Computing. mas também a outros fatores como: largura dos barramentos. que é uma das principais barreiras de desempenho. Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções) usada em processadores PowerPC (da Apple. ou Hertz. Isto reduz de forma sensível o gargalo de barramento.Nos processadores atuais são implementadas unidades de cálculo de números reais. Esta técnica de computação baseada em microcódigo é denominada microprogramação. RISC (em inglês: Reduced Instruction Set Computing. de operação nominal do processador é . Ao conjunto de todas as microinstruções contidas no processador denominamosmicrocódigo. Frequência de operação O relógio do sistema (Clock) é um circuito oscilador a cristal (efeito piezoelétrico) que tem a função de sincronizar e ditar a medida de tempo de transferência de dados no computador. O aumento da frequência denominado overclocking. Arquitetura Existem duas principais arquiteturas usadas em processadores: A arquitetura de Von Neumann. onde são chamadas deUnidade Central de Processamento (CPU). GPU — (ou Unidade de Processamento Gráfico). Microprocessadores — São utilizados noscomputadores pessoais. de relativo baixo custo. Uma GPU. DVD e televisores digitais. ou um conjunto de instruções próprias para comunicação digital através de algum protocolo específico. por exemplo.. Processadores gráficos e controladoras por exemplo não tem o mesmo fim que um processador central. um exemplo de microprocessador. é um microprocessador especializado em processar gráficos.Exemplos de microprocessadores Uma microcontroladora. Processadores Digitais de Sinal (DSP do inglêsDigital Signal Processor) — são microprocessadores especializados em processamento digital de sinal usados para processar sinais de áudio. quer em tempo real quer em off-line. Microcontroladores — Processadores relativamente flexíveis. etc. Estão presentes. São utilizadas em placas de vídeo para fazer computação gráfica.workstations e mainframes. Propósito geral e dedicado Durante o processo de desenvolvimento do design de um processador. Podem ser programados para executar as mais variadas tarefas. Em geral. Processadores de propósito geral podem executar qualquer tipo . em aparelhos de CD. uma das características que se leva em conta é o uso que ele se destina. realizam sempre uma mesma tarefas simples. Podem trazer facilidades como conversores A/D embutidos. vídeo. que podem ser utilizados em projetos de pequeno tamanho. podendo essa ser de precisão simples. processamento de vetores. Capacidade de processamento A capacidade de processamento de um microprocessador é de certa forma difícil de medir. sendo essas operações com números inteiros. embora possam ter caches separadas. evitar condições de corrida na memória principal. como criptografia. A solução nesses casos é usar dois ou mais processadores em multi processamento. que são microprocessadores geralmente com memória dedicada e especialmente desenvolvidos para cálculos gráficos. Somente a capacidade máxima teórica de um microprocessador não define seu desempenho. uma vez que sua arquitetura. aumentando assim a quantidade de processadores disponíveis ao sistema operacional. testar seu desempenho em atividades comuns. o sistema operacional trata cada banco separadamente. Processadores multinucleares Até poucos anos atrás usou-se microprocessadores para atividades domésticas ou de negócios com simples núcleo. . dependendo de qual o processador a que está associado e onde está sendo executado o processo que tenta acessar a memória. quádrupla. sua capacidade de processamento é medida comparando a velocidade de execução de aplicativos reais. somente dá uma noção da sua capacidade. Espera-se que no futuro os Sistemas Operacionais domésticos sejam compilados para trabalhar com processadores de múltiplos núcleos corretamente. dependendo do contexto. uma vez que esse desempenho pode se referir a quantidade máxima teória de instruções que podem ser executadas por segundo. No caso do processamento gráfico. O sistema operacional deve estar preparado para trabalhar com coerência de caches e. sendo assim. Nesse caso. sendo nesse caso bem mais rápidos do que processadores de propósito geral em tarefas equivalentes. Acesso não uniforme à memória (NUMA): a cada processador é associado um banco de memória. em Flops (instruções de ponto flutuante). etc. processamento vetorial e gráfico. Processadores dedicados são fabricados para executarem tarefas específicas. existem as GPUs. barramento com a memória entre outros também influenciam no seu desempenho final. principalmente. realizando assim inúmeras tarefas ao mesmo tempo (como já acontece com os supercomputadores). que tipos de instruções são essas. Sistemas multiprocessados Em muitos sistemas o uso de um só processador é insuficiente. embora sua execução seja mais lenta que o mesmo sendo executado em um processador especializado. Nem sempre os processadores seguem definidamente esses dois modelos.de software. podendo assim. sendo o motivo disso que muitos processadores modernos incorporam processadores especializados (co-processador). Sistemas multiprocessados podem ser de basicamente dois tipos: Multiprocessamento simétrico (SMP): os processadores compartilham a mesma memória. dupla. para cálculos de criptografia. e em MIPS (milhões de instruções por segundo). Atualmente estão sendo utilizados microprocessadores de múltiplos núcleos para melhorar a capacidade de processamento. pois cada banco tem um custo de acesso diferente.