How transistors work - Gokul J. Krishnan

Como funcionam os transístores — Gokul J. Krishnan

Tradutor: Juliana Rodrigues Revisora: Margarida Ferreira

Modern computers are revolutionizing our lives,

Os computadores modernos estão a revolucionar a nossa vida,

performing tasks unimaginable only decades ago.

realizando tarefas que eram inimagináveis há algumas décadas.

This was made possible by a long series of innovations,

Tal é possível graças a uma longa série de inovações,

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

mas há uma descoberta fundamental da qual depende quase tudo o resto:

the transistor.

o transístor.

So what is that,

O que é que isto é,

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

e como é que um aparelho destes permite aos computadores fazer coisas espantosas?

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

Na sua essência, todos os computadores são exatamente o que o nome sugere,

machines that perform mathematical operations.

máquinas que realizam operações matemáticas.

The earliest computers were manual counting devices,

Os primeiros computadores eram aparelhos manuais de cálculo,

like the abacus,

como o ábaco,

while later ones used mechanical parts.

enquanto que os posteriores usavam partes mecânicas.

What made them computers was having a way to represent numbers

O que os tornou computadores foi terem uma forma de representar números

and a system for manipulating them.

e um sistema para os manipular.

Electronic computers work the same way,

Os computadores eletrónicos funcionam de modo idêntico,

but instead of physical arrangements,

mas em vez de uma disposição física,

the numbers are represented by electric voltages.

os números são representados por voltagens elétricas.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

A maior parte destes computadores usa álgebra booleana,

that has only two possible values,

na qual só há dois valores possíveis,

the logical conditions true and false,

as condições lógicas "verdadeiro" e "falso",

denoted by binary digits one and zero.

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

They are represented by high and low voltages.

Representam-se por voltagens altas e baixas.

Equations are implemented via logic gate circuits

As equações são implementadas usando circuitos lógicos

that produce an output of one or zero

que geram um resultado igual a um ou zero,

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

consoante as entradas satisfaçam ou não uma determinada frase 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 &" só gera um resultado de alta voltagem

only if it receives two high-voltage inputs,

se receber duas entradas de alta voltagem,

and the other gates work by similar principles.

e as outras portas funcionam com princípios semelhantes.

Circuits can be combined to perform complex operations,

Os circuitos podem ser combinados para executar operações complexas,

like addition and subtraction.

tais como adição e subtração.

And computer programs consist of instructions

Os programas de computador consistem em instruções

for electronically performing these operations.

para a execução eletrónica dessas mesmas operações.

This kind of system needs a reliable and accurate method

Para este tipo de sistema é necessário um método fiável e preciso

for controlling electric current.

para o controlo da corrente elétrica.

Early electronic computers, like the ENIAC,

Os primeiros computadores eletrónicos, 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 inicial, o díodo,

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

era composta por dois elétrodos num recipiente de vidro sob vácuo.

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

A aplicação de uma voltagem ao cátodo faz com que ele aqueça e liberte eletrões.

If the anode is at a slightly higher positive potential,

Se o ânodo tiver um potencial ligeiramente mais positivo,

the electrons are attracted to it,

os eletrões são atraídos para ele,

completing the circuit.

fechando o circuito.

This unidirectional current flow could be controlled

Este fluxo de corrente unidirecional podia ser controlado

by varying the voltage to the cathode,

variando a voltagem no cátodo,

which makes it release more or less electrons.

o que faz com que ele liberte mais ou menos eletrões.

The next stage was the triode,

A etapa seguinte foi o tríodo,

which uses a third electrode called the grid.

que usa um terceiro elétrodo designado por "grelha".

This is a wire screen between the cathode and anode

Trata-se de uma grade de controlo situada entre o cátodo e o ânodo,

through which electrons could pass.

pela qual passam os eletrões.

Varying its voltage makes it either repel

Variando a sua voltagem faz a grade repelir

or attract the electrons emitted by the cathode,

ou atrair os eletrões emitidos pelo cátodo,

thus, enabling fast current-switching.

permitindo assim variações rápidas de corrente.

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

A capacidade de amplificar sinais tornou o tríodo fundamental para os rádios

and long distance communication.

e para comunicação a longa distância.

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

Mas apesar destes progressos, os tubos de vácuo eram volumosos e instáveis.

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

Com 18 mil tríodos, o ENIAC era quase do tamanho de um campo de ténis

and weighed 30 tons.

e pesava 30 toneladas.

Tubes failed every other day,

Os tubos falhavam dia sim, dia não

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

e, numa hora, consumiam tanta eletricidade quanto a usada por 15 lares num dia.

The solution was the transistor.

A solução foi o transístor.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

Em vez de elétrodos, o transístor usa um semicondutor,

like silicon treated with different elements

como o silício, tratado com diferentes elementos,

to create an electron-emitting N-type,

de modo a criar um emissor de eletrões do tipo N

and an electron absorbing P-type.

e um coletor de eletrões do tipo P.

These are arranged in three alternating layers

Estes são dispostos em três camadas alternadas

with a terminal at each.

com um terminal em cada uma delas.

The emitter, the base, and the collector.

O emissor, a base e o coletor.

In this typical NPN transistor,

Neste transístor típico NPN,

due to certain phenomena at the P-N interface,

devido a determinados fenómenos na interface entre as camadas P e N,

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

forma-se uma região especial entre a base e o emissor, designada por "junção P-N".

It only conducts electricity

Esta apenas conduz eletricidade

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

se a voltagem aplicada exceder um determinado valor.

Otherwise, it remains switched off.

Caso contrário, permanece desligada.

In this way, small variations in the input voltage

Deste modo, podem usar-se variações pequenas na voltagem de entrada

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

para passar rapidamente

duma corrente forte para uma corrente fraca.

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

As vantagens do transístor são a eficiência e a pequena dimensão.

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

Uma vez que não precisam de aquecimento, duram mais tempo e usam menos energia.

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

A capacidade do ENIAC é agora ultrapassada por um microchip do tamanho de uma unha,

containing billions of transistors.

com milhares de milhões de transístores.

At trillions of calculations per second,

Com biliões de cálculos por segundo,

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

pode parecer que os computadores de agora fazem milagres,

but underneath it all,

mas no fim de contas,

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

cada operação continua a ser tão simples quanto pressionar um interruptor.

[Querem aprender mais sobre computadores?]