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O modelo hidráulico do transistor (ART1118)

Todos sabemos que hoje toda a eletrônica se baseia nos transistores. Esses pequenos componentes, que são formados por um pequeno cristal de silício (também germânio nos tipos antigos!) funcionam como amplificadores e chaves eletrônicas. No entanto, o seu princípio de funcionamento pode ser muito melhor entendido se usarmos um modelo hidrálico. Sim, da mesma forma que é possível montar circuitos eletrônicos amplificadores e comutadores com transistores é possível fazer o mesmo com modelos hidráulicos. É justamente isso que veremos nesse artigo.

 Para entendermos como é possível simular um transistor a partir de um modelo hidráulico, será interessante partimos do modelo eletrônico que tem a estrutura e o circuito básico de funcionamento mostrado na figura 1.

Figura 1- Modelo eletrônico do Transistor
Figura 1- Modelo eletrônico do Transistor

 

Conforme podemos ver, uma fonte de alimentação (B1) é ligada entre o coletor e o emissor desse componente, tendo ainda uma carga, que pode ser uma pequena lâmpada.

Uma bateria secundária é ligada entre o emissor e a base (B2) de modo a poder forçar pela base do componente uma certa corrente.

O que a corrente de base faz é controlar a corrente principal de coletor do transistor. Assim, uma corrente muito pequena na base do transistor pode fazer com que uma corrente muito maior flua pelo coletor acendendo a lâmpada.

Essa diferença entre as correntes é que caracteriza a capacidade de amplificação do transistor: com correntes muito pequenas circulando pela base, podemos controlar uma corrente muito maior circulando entre o coletor e o emissor.

Para um modelo hidráulico, substituímos as baterias por bombas capazes de "empurrar" um líquido, por exemplo, a água através de canalizações. Temos então uma bomba potente (B1) e uma bomba mais fraca (B2) que justamente equivalem às baterias B1 e B2 do circuito eletrônico.

Os fios elétricos são substituídos por canalizações, sendo as mais grossas para conduzir o fluxo principal de líquido e as mais finas para conduzir o fluxo da bomba mais fraca. A carga será uma pequena turbina que girará quando água (ou outro líquido circular através dela).

O transistor propriamente dito, no seu modelo hidráulico é formado por um conjunto de reservatórios que correspondem ao emissor, coletor e base e algumas válvulas que são acionadas por um sistema de polias, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2- O modelo hidráulico do transistor
Figura 2- O modelo hidráulico do transistor

 

Quando a bomba pequena (B2) não está funcionando, não há líquido entrando no reservatório B (base) e com isso a válvula V1 se mantém fechada e através da polia também mantém a válvula secundária (V2) fechada. Dessa forma não pode circular nenhum líquido entre o reservatório C (coletor) e o reservatório (E). Em linguagem técnica dizemos que quando o transistor não está conduzindo, ele está no "corte".

Quando um pequeno fluxo de líquido se estabelece no cano mais fino (base), ele aciona a válvula de passagem em B e ao mesmo tempo abre a válvula V2 permitindo que um fluxo maior de líquido se estabeleça entre o coletor e o emissor (C e E).

Veja que a corrente nesse condutor principal é maior do que a pequena corrente que se estabelece na base, o que caracteriza a amplificação do dispositivo. Como a corrente pequena controla toda a corrente principal de líquido dizemos que o dispositivo está saturado.

Nesse modo de funcionamento, o transistor tanto na sua versão eletrônica como hidráulica funciona como uma chave ligando e desligando uma grande corrente a partir de uma pequena corrente.

O transistor também pode funcionar como amplificador, o que é mostrado na figura 3, para a versão eletrônica.

 

Figura 3 - O transistor como amplificador
Figura 3 - O transistor como amplificador

 

Nela, a variação de uma pequena corrente na base do transistor se traduz numa variação de muito maior amplitude na corrente que circula entre o coletor e o emissor. Em outras palavras, o sinal aplicado à base do transistor é amplificado.

Para a versão hidráulica, mostrada na figura 4 temos o mesmo: variações da corrente que flui pelo condutor de base se traduzem em variações proporcionais do líquido que flui pelo condutor de coletor.

 

Figura 4 - O amplificador hidráulico
Figura 4 - O amplificador hidráulico

 

Isso significa que o transistor em sua versão hidráulica também pode ser usado como um dispositivo amplificador do fluxo de líquido que circula por sua base.

 

Conclusão

A idéia de um dispositivo amplificador baseado totalmente nas propriedades elétricas dos materiais semicondutores nos levou ao transistor, componente que é a base de praticamente tudo que existe em eletrônica.

No entanto, conforme analisamos não se trata de idéia exclusiva já que podemos ter o modelo hidráulico e com ele podemos elaborar "circuitos hidráulicos" importantes que podem ser empregados em automação e muitas outras aplicações.

Da mesma forma, podemos ter equivalentes do transistor usando recursos mecânicos, pneumáticos e até ópticos. Os leitores seriam capazes de imaginá-los?

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