Aula9-Introducao ao Transistor Bipolar

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Eletrônica Analógica I
Engenharias:
Elétrica
Controle e Automação
Aula 9
Transistor Bipolar
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 2
Sumário
 Estrutura básica
— Terminais do transistor
— Simbologia
— Aspecto real dos transistores
 Teste de transistores
— Teste com uso do multímetro 
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 3
Introdução
Até 1950 todo equipamento eletrônico utilizava
válvulas que aquecia muito e consumia muitos watts
de potencia. Por isso, os equipamentos a válvula
exigiam uma fonte de alimentação robusta e criavam
uma boa quantidade de calor.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 4
Introdução
Inventado em 1948 por John Bardeen, Walter H.
Brattain e William Shockley. O transistor foi uma
revolução na área da eletrônica devido ao seu baixo
consumo, confiabilidade, tamanho e baixas tensões de
funcionamento.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 5
Introdução
• O transistor bipolar é um componente eletrônico 
constituído de cristais semicondutores, capaz de atuar 
como controlador de corrente, o que possibilita o seu 
uso como amplificador de sinais ou como chave 
eletrônica.
• O transistor encontra uma ampla gama de aplicações :
• Amplificador de sinais : Equipamentos de som e 
imagem e controle industrial.
• Chave eletrônica : Controle industrial, calculadoras e 
computadores eletrônicos.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 6
Estrutura básica
Estrutura básica de um 
transistor
Semicondutores 
com mesmo tipo
de dopagem
Semicondutores com 
dopagem distinta
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 7
Estrutura básica
Tipos de transistor :
n
p
n
p
n
p
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 8
Estrutura básica
N
P PEMISSOR
COLETOR
BASE
P
NEMISSOR
COLETOR
BASE
N
transistor PNP
transistor NPN
O transistor de junção é um dispositivo que atua como amplificador de corrente.
Consiste em duas junções PN colocadas em oposição.
O termo bipolar refere-se ao fato dos portadores lacunas e elétrons participarem 
do processo do fluxo de corrente.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 9
Estrutura básica
A estrutura física do transistor propicia a formação de duas junções pn :
• Uma junção pn entre o cristal da base e o cristal do emissor, chamada de 
junção base-emissor.
• Uma junção pn entre o cristal da base e o cristal do coletor, chamada de junção 
base-coletor.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 10
Estrutura básica
A estrutura física do transistor propicia a formação de duas junções pn :
• A formação das duas junções no transistor faz que ocorra um processo de
difusão dos portadores.
• Como no caso do diodo, esse processo de difusão dá origem a uma barreira de
potencial em cada junção.
A barreira de
potencial 
na junção
base-emissor.
A barreira de
potencial 
na junção
base-coletor.
regiões de
cargas descobertas
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 11
Estrutura básica
• A estrutura do transistor consiste em uma junção pn
entre a base e coletor e de uma segunda junção pn entre
a base e o emissor.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 12
Estrutura básica
Para a detecção de defeitos, o transistor pode ser
considerado como composto de dois diodos.
A detecção de defeitos no transistor consiste em
verificar a existência de curto ou de circuito aberto
entre os pares de terminais BC, BE e CE. 
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 13
Polarização do TJB
Para que um transistor funcione é necessário polarizar corretamente as suas
junções, da seguinte forma:
1 - Junção base-emissor: deve ser polarizada diretamente
2 - Junção base-coletor: deve ser polarizada reversamente
Esse tipo de polarização deve ser utilizado para qualquer transistor de junção bipolar, 
seja ele npn ou pnp.
Transistor npn com
polarização direta entre base e
emissor e polarização reversa
entre coletor e base.
Transistor pnp com
polarização direta entre base e
emissor e polarização reversa
entre coletor e base
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 14
Polarização do TJB
POLARIZAÇÃO SIMULTÂNEA DAS DUAS JUNÇÕES
• Para que o transistor funcione adequadamente, as duas junções 
devem ser polarizadas simultaneamente. 
npn
Operação na região ativa
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 15
Polarização do TJB
POLARIZAÇÃO SIMULTÂNEA DAS DUAS JUNÇÕES
• Para que o transistor funcione adequadamente, as duas junções 
devem ser polarizadas simultaneamente. 
pnp
Operação na região ativa
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 16
Polarização do TJB
Com as fontes externas (VEE e VCC) nas polaridades mostradas abaixo:
A junção E-B é polarizada diretamente e a junção B-C está polarizada 
reversamente.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 17
Polarização do TJB
Forma alternativa de configuração,
para operação na região ativa.
Polariza 
diretamente
a junção
base-emissor
Submete o coletor a um
potencial mais elevado
do que aquele aplicado
à base
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 18
Polarização do TJB
tensão 
base-emissor
tensão 
coletor-emissor
tensão 
base-emissor
tensão 
coletor-base
tensão 
coletor-emissor
tensão 
coletor-base
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 19
Polarização do TJB
REPRESENTAÇÃO DE TENSÕES E CORRENTES:
VCE – Tensão colector - emissor
VBE – Tensão base – emissor
VCB – Tensão colector - base
IC – Corrente de colector
IB – Corrente de base
IE – Corrente de emissor
VRE – Tensão na resistência de emissor
VRC – Tensão na resistência de colector
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 20
Princípio de funcionamento
Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na 
Base uma corrente mínima (VBE ≥ 0,7 Volt), caso contrário não haverá 
passagem de corrente entre o Emissor e o Colector.
IB = 0
O transístor não conduz 
(está ao corte)
Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transístor conduz e 
pode amplificar a corrente que passa do emissor para o colector.
Uma pequena corrente 
entre a base e o emissor… …origina uma grande corrente 
entre o emissor e o colector
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 21
Princípio de funcionamento
Correntes do
transistor :
Transistor NPN Transistor
PNP
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 22
Princípio de funcionamento
Corrente de
coletorCorrente de
base
Corrente de
emissor
• Correntes nos terminais do transistor.
Convenção de sinais: Correntes IB e IC são negativas.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 23
Princípio de funcionamento
Transistor NPN Transistor PNP
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 24
Princípio de funcionamento
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 25
Princípio de funcionamento
Neste caso haverá um fluxo relativamente intenso de portadores
majoritários do material p para o material n.
Podemos então dizer que o emissor (E) é o responsável pela emissão dos
portadores majoritários; a base (B) controla esses portadores enquanto que o
coletor (C) recebe os portadores majoritários provenientes do emissor.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 26
Configurações básicas
BASE COMUM:
Observa-se que o sinal é injetado entre 
emissor e base e retirado entre coletor e 
base.
Desta forma, pode-se dizer que a base é o 
terminal comum para a entrada e saída do 
sinal. O capacitor "C" ligado da base a terra 
assegura que a base seja efetivamente 
aterrada para sinais alternados.
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): < 1
Ganho de tensão (GV): elevado
Resistência de entrada (RIN): baixa
Resistência de saída (ROUT): alta
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 27
Configuraçõesbásicas
EMISSOR COMUM: No circuito emissor comum, o sinal é 
aplicado entre base e emissor e retirado 
entre coletor e emissor. O capacitor no 
emissor "C
E
" assegura o aterramento do 
emissor para sinais alternados. C
A
é um 
capacitor de acoplamento de sinal
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): elevado
Ganho de tensão (GV) elevado
Resistência de entrada (RIN) média
Resistência de saída (ROUT) alta
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 28
Configurações básicas
COLETOR COMUM: O sinal de entrada é aplicado entre base e 
coletor e retirado do circuito de emissor. O 
capacitor "CC" ligado do coletor a terra 
assegura que o coletor esteja aterrado para 
sinais alternados. CA é um capacitor de 
acoplamento de sinal. 
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): elevado
Ganho de tensão (GV):  1
Resistência de entrada (RIN): muito elevada
Resistência de saída (ROUT): muito baixa
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 29
Configurações básicas
Tabela resumo:
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 30
Circuito de Coletor
malha do coletor
Na grande maioria do circuitos transistorizados, 
o coletor do transistor é conectado à fonte de 
alimentação através de um resistor de coletor.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 31
Circuito de Coletor
Fonte de alimentação
VCC = VRc + VCEAplica 2a Lei de Kirchoff
VRc = RC IC
VCE = VCC - RC IC
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 32
Circuito de Coletor
VCE = VCC - RC IC
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 33
Circuito de Coletor
=?
Exemplo 1 :
Solução :
VRc = 680   0,006A = 4,08V
VCE = 12V - 4,08V = 7,92V
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 34
Circuito de Coletor
Alfa (α), no modo CC, relaciona as correntes IC com IE : 
Idealmente α = 1, mas tipicamente está entre 0.9 e 0.998. 
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 35
Circuito de Coletor
Exemplo 1
Qual é a corrente de coletor de um transistor com  = 0,95, sabendo-se que a
corrente de emissor é 2mA?
Solução:
IC = IE IC = 0,95 . 2mA = 1,9mA
Caso ICBO não seja desprezada, a corrente de coletor é dada por:
IC = IE + ICBO ( I )
Como dito anteriormente, parte da corrente do emissor que fica retida na
base forma a corrente de base, assim:
IE = IC + IB ( II )
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 36
Circuito de Coletor
Substituindo ( I ) em ( II ), podemos calcular a corrente de base:
IC = IE + ICBO ( I ) IE = IC + IB ( II )
IB = (1 - ) . IE - ICBO BCBOEE I I I I 

 CBO
CB
I
I
1
I 


A relação  / (1 - ) é representada por  (beta).
Podemos então estabelecer as relações: O símbolo hFE é algumas vezes usado no lugar 
de 





1 




1
Exemplo 1
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 37
Circuito de Coletor
Podemos então estabelecer uma relação entre  e 
Temos então:
B
C
I
I

E
C
I
I

assume valores muito mais elevados em relação a  (o valor típico de  é da ordem
de 30 a 300). Então, quanto maior for o valor de , mais o valor de  tende a
aproximar-se de 1.
Assim, levando-se em conta que IC = IE, para um valor de   100, podemos
considerar para fins práticos:
IC = IE
Exemplo 2
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 38
Circuito de Coletor
a) Um transistor possui uma Ib = 50uA e Ic = 20mA. Qual é o fator ?
Solução:
400
00005,0
02,0
50
20

uA
mA
I
I
B
C
b) Um transistor possui um fator  = 325. Qual é a Ib
necessária para que circule uma corrente Ic = 85mA?
Solução:
uAouA
mAI
I CB 261000261,0
325
085,0
325
85


c) Um transistor possui um fator  = 540. Qual é a Ic
resultante de uma corrente Ib = 8uA?
Solução:
mAouAI
I
II
C
C
BC
32,400432,0
000008,0*540
*


 
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 39
Circuito de Coletor
• Na região ativa a corrente de coletor é proporcional a 
corrente de base.
IC = 
IB ganho de corrente
do transistor
VRc = RC IC = RC (  IB
)
VRc = (  RC ) IB  RC = constante
VRc  IB
Influência de IB em VCE
VCE = VCC -
VRc
VCE = VCC - (  RC ) IB
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 40
Circuito de Coletor
Em resumo :
IC =  IB VRc = (  RC ) IB VCE = VCC - (  RC ) IB
Influência da corrente de base nos parâmetros da malha do coletor
IB I C VRc VCE
   
   
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 41
Circuito de Coletor
Exemplo 2 :
IB = 40 
mA

IC = ? , VRc = ? , 
VCE = ?
 = 100 IC = 100  40mA = 4000mA = 
4 mA 
VRc = RC IC VRc = 820  0,004A = 
3,24A
VCE = VCC - VRc VCE = 10 V - 3,24V = 
6,76V
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 42
Reta de Carga
CURVAS CARACTERÍSTICAS
As curvas características definem a região de operação de um
transistor, tais como: região de saturação, região de corte, região ativa e
região de ruptura.
De acordo com as necessidades do projeto essas regiões de
operação devem ser escolhidas. Quando necessitamos de um transistor
como chave eletrônica, normalmente as regiões de corte e saturação
são selecionadas; no caso de transistor operando como amplificador, via
de regra, escolhe-se a região ativa.
A região de ruptura indica a máxima tensão que o transistor pode
suportar sem riscos de danos.
A seguir são mostradas algumas curvas características, apenas
como fim didático, não sendo obedecido a rigor nenhum tipo de escala.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 43
Reta de Carga
CURVAS CARACTERÍSTICAS
A região útil é delimitada pela curva
de potência máxima e conforme
dito anteriormente, o transistor
trabalha com segurança, não
ultrapassando a máxima potência
permitida.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 44
Reta de Carga
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Para cada constante de corrente de entrada IB, variando-se a tensão de saída
VCE, obtém-se uma corrente de saída IC, cujo gráfico tem o seguinte aspecto.
Através desta curva, podemos definir 
três estados do transistor, o CORTE, 
a SATURAÇÃO e a DATIVA:
• CORTE: IC = 0
• SATURAÇÃO: VCE = 0
• ATIVA: Região entre o corte e a 
saturação.
Introdução ao Transistor Eletrônica Analógica I 45
Reta de Carga
CURVAS CARACTERÍSTICAS
PARA MONTAGEM EM COLETOR COMUM:
As linhas azuis representam correntes de base constantes para um
transistor de baixa potência típico. Assim, em princípio, o ponto de operação
deve ser a interseção da reta de carga definida pela igualdade 1/R*Vcc e
Vcc (reta vermelha) com a linha da respectiva corrente de base.
R
V
I CCC (max)