Introdução

Neste episódio da série eu mudo um pouco assunto e vou lá para as entranhas dos hardwares para explicar o que são os transistores. É muito importante saber como os transistores funcionam para ter uma noção maior sobre como as coisas acontecem nos hardwares. Esse conhecimento acaba ajudando na hora de programar os hardwares.

Voltagem nos Consoles

A voltagem tanto no Snes quanto no Mega Drive é de 5 Volts, ou seja, todos os chips do console trabalham com 5V. Portanto, nos barramentos e em todos os fios dos circuitos lógicos, ou vão estar com 5V, ou em 0V. Não existe valores intermediários nos fios. Ou é 5V, ou é 0V. Isso é importante para entender a lógica dos circuitos.

Como Funciona um Transistor Simples?

Um transistor tem 3 conexões, a base, o coletor e o emissor, como na figura abaixo:

A base é a responsável por ligar ou desligar o transistor. Quando a diferença de potencial entre a base e o emissor estiver com 5V, ou seja, quando a base estiver com 5V, o transistor está ligado. Quando a base estiver com 0V, o transistor está desligado.

Na base a corrente pode ser bem pequena, então o resistor da base pode ser bem grande. O que importa é a voltagem entre a base e o emissor. A corrente no geral é a mínima possível para ligar o transistor.

Quando o transistor está ligado ele se comporta como um fio, deixando toda a corrente passar do coletor para o emissor. Lembre-se que o sentido da corrente é, por convenção, do positivo para o negativo, apesar de os elétrons fazerem o caminho inverso. Por isso o nome é emissor, pois os elétrons vem dele, mas o sentido da corrente que foi convencionado é o contrário (mais detalhes no vídeo). Então quando o transistor está ligado ele permite passar uma corrente grande por ele, sem resistência, atuando como uma chave liga e desliga. A figura abaixo mostra esse caso:

Então uma corrente pequena na base consegue deixar passar uma corrente grande pelo transistor. Mas em circuitos lógicos a corrente não é o mais importante, e sim a voltagem. Essa questão de correntes grandes é mais relacionado com o uso de transistores para amplificadores, porém para circuitos lógicos, estamos interessados em fazer o transistor trabalhar como uma chave, o que será explicado melhor mais abaixo.

Um detalhe muito importante é que o transistor, quando está ligado, apesar de se comportar como um fio, ele só permite passar corrente do coletor para o emissor, e não o contrário. Mas no exemplo da figura isso nunca ocorreria, pois as voltagens estão fixas e o positivo está no coletor, então a corrente sempre vai do coletor para o emissor.

Quando o transistor está desligado, o efeito é que ele impede qualquer corrente de passar do coletor para o emissor. Então é como se a chave estivesse fechada, como mostra figura abaixo:

Com o transistor desligado é como se o fio que está ligado no coletor fosse cortado, pois não passa corrente ali.

Ligando uma Saída no Circuito

Para darmos alguma utilidade para os transistores que vimos acima, vamos conectar um fio acima do coletor, como na figura abaixo:

Esse fio a qualquer momento vai estar com 5V ou 0V e o restante do circuito estará conectado nele.

Agora temos que analisar o que acontece com a voltagem neste fio quando o transistor está ligado ou desligado.

Quando o transistor está desligado, ou seja, a base está com 0V, é como se o fio ligado no coletor estivesse desconectado. Desta forma o fio de saída que colocamos vai ficar com 5V, pois neste caso ele está ligado “diretamente” no VCC (VCC é a sigla para “Voltage at the Common Collector - Tensão no Coletor Comum. Se refere à tensão de alimentação de um circuito eletrônico ou componente). Existe a resistência, que neste caso não influencia, deixando assim o circuito posterior ligado diretamente no Vcc. A figura abaixo resume isso:

Quando o transistor está ligado ele deixa passar toda a corrente, agindo como se fosse um fio. Ora, neste caso então o 0V passa pelo emissor e fica visível no coletor. Portanto, o fio de saída neste caso fica com 0V, como mostra a imagem abaixo:

A figura abaixo reforça essa questão do circuito atuando como um fio e o 0V chegando na saída conectada no coletor.

Pela figura acima vemos o motivo de existir o resistor do coletor. Como o 0V chega no coletor, se não tiver a resistência daria curto-circuito, pois os 5V seriam ligados diretamente nos 0V, o que não pode acontecer.

Utilidade do Transistor

A partir do que vimos acima, notamos que o circuito se comporta como uma porta lógica NOT, pois se a base estiver com 0V a saída é 5V, e se a base estiver com 5V a saída é 0V.

Esse fato vai permitir a criação de outras portas lógicas mais avançadas, como and, or, xor, nand, etc, que são as bases dos circuitos lógicos.

Portanto, a utilidade do transistor é a criação de portas lógicas, porém os detalhes de como criar essas portas lógicas veremos no próximo episódio.