How transistors work - Gokul J. Krishnan

Tradutor: Raissa Mendes Revisor: Leonardo Silva

Modern computers are revolutionizing our lives,

Os computadores modernos estão revolucionando nossa vida,

performing tasks unimaginable only decades ago.

ao realizar tarefas inimagináveis há poucas décadas apenas.

This was made possible by a long series of innovations,

Isso só foi possível devido a uma longa série de inovações,

but there's one foundational invention that almost everything else relies upon:

mas há uma invenção fundamental da qual tudo o mais depende:

the transistor.

o transistor.

So what is that,

Mas o que é,

and how does such a device enable all the amazing things computers can do?

e como tal dispositivo permite todas as coisas incríveis que o computador faz?

Well, at their core, all computers are just what the name implies,

Bem, no fundo, todos os computadores são apenas o que o nome implica:

machines that perform mathematical operations.

máquinas que realizam operações matemáticas.

The earliest computers were manual counting devices,

Os computadores antigos eram dispositivos de contagem manual,

like the abacus,

como o ábaco,

while later ones used mechanical parts.

enquanto os posteriores usavam partes mecânicas.

What made them computers was having a way to represent numbers

O que fazia deles computadores era terem um jeito de representar números

and a system for manipulating them.

e um sistema para manipulá-los.

Electronic computers work the same way,

Computadores eletrônicos também funcionam assim,

but instead of physical arrangements,

mas, em vez de arranjos físicos,

the numbers are represented by electric voltages.

os números são representados por tensões elétricas.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

A maioria de tais computadores usa um tipo de matemática chamada booleana,

that has only two possible values,

que possui apenas dois valores possíveis:

the logical conditions true and false,

as condições lógicas "verdadeiro" e "falso",

denoted by binary digits one and zero.

denotadas pelos dígitos binários "um" e "zero".

They are represented by high and low voltages.

Eles são representados por tensões altas e baixas.

Equations are implemented via logic gate circuits

As equações são implementadas por meio de portas e circuitos lógicos

that produce an output of one or zero

que produzem o resultado um ou zero

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

baseados em se as entradas satisfazem uma certa expressão lógica.

These circuits perform three fundamental logical operations,

Esses circuitos realizam três operações lógicas fundamentais:

conjunction, disjunction, and negation.

conjunção, disjunção e negação.

The way conjunction works is an "and gate" provides a high-voltage output

A conjunção funciona assim: uma "porta E" produzirá uma saída de alta tensão

only if it receives two high-voltage inputs,

apenas se receber duas entradas de alta tensão,

and the other gates work by similar principles.

e as outras portas funcionam por princípios similares.

Circuits can be combined to perform complex operations,

Os circuitos podem se combinar para realizar operações complexas,

like addition and subtraction.

como adição e subtração.

And computer programs consist of instructions

E programas de computador consistem de instruções

for electronically performing these operations.

para realizar tais operações eletronicamente.

This kind of system needs a reliable and accurate method

Esse tipo de sistema precisa de um método confiável e preciso

for controlling electric current.

para controlar a corrente elétrica.

Early electronic computers, like the ENIAC,

Antigos computadores eletrônicos, como o ENIAC,

used a device called the vacuum tube.

usavam um dispositivo chamado tubo de vácuo.

Its early form, the diode,

A sua forma antiga, o diodo,

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

consistia de dois eletrodos num tubo de vidro evacuado.

Applying a voltage to the cathode makes it heat up and release electrons.

Aplicar uma tensão no cátodo faz com que ele se aqueça e libere elétrons.

If the anode is at a slightly higher positive potential,

Se o ânodo tiver potencial ligeiramente positivo,

the electrons are attracted to it,

os elétrons são atraídos para ele, completando o circuito.

completing the circuit.

This unidirectional current flow could be controlled

Esse fluxo de corrente unidirecional pode ser controlado

by varying the voltage to the cathode,

variando-se a tensão do cátodo,

which makes it release more or less electrons.

o que o faz liberar mais ou menos elétrons.

The next stage was the triode,

O estágio seguinte foi o tríodo,

which uses a third electrode called the grid.

que usa um terceiro eletrodo chamado grade de controle.

This is a wire screen between the cathode and anode

Esta é uma tela metálica entre o cátodo e o ânodo

through which electrons could pass.

através dos quais os elétrons poderiam passar.

Varying its voltage makes it either repel

Variar sua tensão torna mais fácil repelir

or attract the electrons emitted by the cathode,

ou atrair os elétrons emitidos pelo cátodo,

thus, enabling fast current-switching.

permitindo, assim, a rápida comutação da corrente.

The ability to amplify signals also made the triode crucial for radio

A capacidade de amplificar sinais também fez o tríodo crucial para o rádio

and long distance communication.

e a comunicação de longa distância.

But despite these advancements, vacuum tubes were unreliable and bulky.

Mas, apesar desses avanços, os tubos a vácuo eram pouco confiáveis e enormes.

With 18,000 triodes, ENIAC was nearly the size of a tennis court

Como 18 mil tríodos, o ENIAC era quase do tamanho de uma quadra de tênis

and weighed 30 tons.

e pesava 30 toneladas.

Tubes failed every other day,

Tubos falhavam quase todos os dias,

and in one hour, it consumed the amount of electricity used by 15 homes in a day.

e, por hora, seu consumo de eletricidade equivalia ao de 15 lares por dia.

The solution was the transistor.

A solução foi o transistor.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

Em vez de eletrodos, ele usa um semicondutor,

like silicon treated with different elements

como o silício, tratado com diferentes elementos

to create an electron-emitting N-type,

para criar um emissor de elétrons do tipo N

and an electron absorbing P-type.

e um coletor de elétrons do tipo P.

These are arranged in three alternating layers

Eles são arranjados em três camadas justapostas,

with a terminal at each.

com um terminal em cada uma.

The emitter, the base, and the collector.

O emissor, a base e o coletor.

In this typical NPN transistor,

Neste típico transistor NPN,

due to certain phenomena at the P-N interface,

devido a certos fenômenos na interface P-N,

a special region called a P-N junction forms between the emitter and base.

uma região especial chamada junção P-N

se forma entre o emissor e a base.

It only conducts electricity

Ela conduz eletricidade apenas

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

quando uma tensão que exceda um certo limite é aplicada.

Otherwise, it remains switched off.

Do contrário, ela permanece desligada.

In this way, small variations in the input voltage

Dessa forma, pequenas variações na tensão de entrada

can be used to quickly switch between high and low-output currents.

são usadas para se alternar rapidamente entre correntes de saída altas e baixas.

The advantage of the transistor lies in its efficiency and compactness.

A vantagem do transistor está em sua eficiência e compacidade.

Because they don't require heating, they're more durable and use less power.

Como não requer calor, é mais durável e consome menos energia.

ENIAC's functionality can now be surpassed by a single fingernail-sized microchip

A funcionalidade do ENIAC agora é superada

por um microchip do tamanho de uma unha

containing billions of transistors.

contendo bilhões de transistores.

At trillions of calculations per second,

Com trilhões de cálculos por segundo,

today's computers may seem like they're performing miracles,

pode parecer que os computadores de hoje fazem milagres,

but underneath it all,

mas, por trás disso tudo,

each individual operation is still as simple as the flick of a switch.

cada operação individual ainda é tão simples

quanto um estalar de dedos.

[Quer aprender mais sobre computadores? Assista a esses dois vídeos]