Transistor: A Invenção que Mudou a História

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TRANSISTOR 
 
A eletrônica inicia-se praticamente com a descoberta do 
diodo de emissão termiônica, estudado e desenvolvido por J. 
A. Fleming, em 1902. Este componente, também muito 
conhecido por válvula de Fleming ou simplesmente válvula, 
é o marco inicial de toda a história da industria eletrônica. A 
invenção da válvula proporcionou o desenvolvimento de 
tecnologias importantes como o rádio e a televisão, 
somando-se a outras invenções de destaques como o 
cinema e o automóvel. 
 
A válvula era uma invenção fantástica, mas tinha alguns 
inconvenientes: era grande e pesada demais, o que tornava 
os aparelhos uns grandes trambolhos. Além disso, exigia um 
certo tempo para começar a funcionar, consumia muita 
energia e tempo decorrido entre um defeito e outro não era 
muito longo. 
 
Em busca de uma alternativa aconteceu o inesperado. 
Em 1947, comandando um grupo de físicos, Willian Shockley 
inventa o transistor, que pode ser considerado como um 
destes acontecimentos que mudam toda a história da 
humanidade. Todos estavam ansiosos na época e previam 
que grandes coisas estavam para acontecer. As previsões 
mais ousadas, no entanto, não chegaram nem perto do que 
realmente iria acontecer. Boa parte dos avanços 
tecnológicos que aconteceram a partir da metade do século 
XX tem alguma relação, direta ou indireta, com a invenção 
do transistor. Cita-se, por exemplo, a industria de 
computadores na escala em que vemos hoje, a automação 
industrial, os avanços na área biomédica, viagens espaciais 
etc. 
 
IDÉIAS BÁSICAS 
 
O transistor é fabricado a partir de um cristal de silício 
com três regiões dopadas que podem ser NPN ou PNP. Em 
cada região é ligado um terminal condutor, como mostra a 
figura a seguir. 
 
 
 
O emissor (E) é densamente dopado e sua função é 
emitir ou injetar elétrons na base. A base (B) é levemente 
dopada e muito fina. Sua função é permitir que a maior parte 
dos elétrons injetados pelo emissor chegue ao coletor. O 
coletor (C) possui um nível de dopagem intermediário, entre 
a densa dopagem do emissor e a fraca dopagem da base. O 
coletor é assim chamado porque ele coleta os elétrons que 
vêm da base. O coletor é também a região mais extensa das 
três, uma vez que ele deve dissipar mais calor do que o 
emissor e a base. 
 
O transistor possui duas junções PN: uma entre o 
emissor e a base, chamada de diodo-emissor (DE) e outra 
entre o coletor e a base, chamada de diodo-coletor (DC). É a 
polarização dos diodos DE e DC que definirá a forma como o 
transistor irá funcionar. O transistor pode funcionar de três 
formas diferentes, que chamamos de regiões de operação. 
Estas regiões de operação são o corte, a ativa e a 
saturação. 
 
POLARIZANDO O TRANSISTOR 
 
A figura a seguir mostra uma das várias formas de 
polarizarmos um transistor, conhecida como polarização 
base-comum. O temo base-comum deve-se ao fato de que o 
terminal da base é o terminal comum ente as malhas do DE 
e do DC. 
 
Observe que o diodo-emissor está polarizado 
diretamente e o diodo-coletor polarizado reversamente. A 
faixa cinza em torno da junção do DC representa a camada 
de depleção expandida devido à polarização reversa. 
 
 
 
Como DE está polarizado diretamente ele irá permitir 
que os elétrons cruzem a junção e entrem na base. Levando 
em conta que o sentido da corrente é o eletrônico, 
observamos que os elétrons saem do terminal negativo de 
Vee, entram na região do emissor, cruzam a junção DE e 
entram na base. Os elétrons que entraram na base vindos 
do emissor têm dois caminhos: ou descem pelo terminal da 
base ou atravessam a junção do DC e saem pelo terminal do 
coletor. 
 
Ocorre que, mesmo a junção DC estando reversamente 
polarizada, a maior parte dos elétrons que entraram na base 
vindos do emissor vai atravessá-la e sair pelo terminal do 
coletor, formando Ic. Isto só acontece devido ao fato da base 
ser muito fina e estar fracamente dopada. 
 
Como DC está reversamente polarizado a sua camada 
de depleção se expande para dentro da base e para dentro 
do coletor. A expansão,no entanto, ocorre muito mais para 
dentro da base devido ao fato dela possuir um nível de 
dopagem menor que a do coletor. 
 
Quando os elétrons vindos do emissor entram na base 
eles se deparam com a camada de depleção expandida na 
região da base. Como a velocidade dos elétrons é muito alta, 
a maior parte deles entra na camada de depleção expandida 
da base e são atraídos pelo terminal positivo de Vcc, que 
está ligado no terminal do coletor. De uma forma geral, mais 
de 95% dos elétrons que entram na base vai para o coletor. 
A corrente de base é formada pelos elétrons que conseguem 
se recombinar com as poucas lacunas existentes na base. 
Ao se recombinar, os elétrons descem pela região da base 
como elétrons de valência e saem pelo terminal da base 
para formar Ib. A figura a seguir mostra as correntes Ie, Ib e 
Ic que circularam pelo transistor, levando em conta o sentido 
eletrônico da corrente. 
 
Wagner da Silva Zanco 1
 
 
Ao observar atentamente a figura acima podemos 
deduzir que: 
 
Ie = Ic + Ib 
 
Ie = Intensidade de corrente no emissor 
Ic = Intensidade de corrente no coletor 
Ib = Intensidade de corrente na base 
 
Como mais de 95% dos elétrons que entram na base 
vão para o coletor, podemos dizer que Ic >> Ib. Sendo 
assim: 
Ie ≅ Ic 
 
 Esta aproximação é importante e será muito utilizada 
ao longo desta obra. 
 
GANHO DE CORRENTE ALFA CC (αCC) 
 
O αCC, também conhecido como ganho de corrente na 
configuração base-comum, será tão alto quanto mais 
fracamente dopada for a região da base. 
 
Idealmente, se todos os elétrons que entram na base 
vindos do emissor fossem para o coletor, o αCC seria igual a 
unidade. Muitos transistores têm um αCC maior que 0,99 e 
praticamente todos têm um maior que 0,95. 
 
αCC = Ic / Ie 
 
POLARIZAÇÃO EMISSOR-COMUM 
 
Se ao invés da base for o emissor o ponto comum entre 
as malhas do DE e do DC, teremos a configuração emissor-
comum. O funcionamento do transistor é o mesmo da 
configuração base-comum, porque o que importa não é a 
configuração em si que está sendo utilizada e sim a forma 
como os diodos DE e DC estão polarizados. A polarização 
destes diodos que nos interessa no momento é a 
polarização direta para DE e a reversa para DC. A figura a 
seguir ilustra a idéia. 
 
 
Devido ao fato da configuração emissor-comum ser de 
fácil análise nós daremos ênfase a ela, mas independente da 
configuração utilizada o transistor funciona da mesma forma, 
porque o que importa e a forma como os diodos De e DC 
estão polarizados. 
 
GANHO DE CORRENTE BETA CC (βCC) 
 
O ganho de corrente βCC, também conhecido como 
ganho de corrente na configuração emissor-comum, informa 
quantas vezes Ic é maior que a corrente Ib. 
 
βCC = Ic / Ib 
 
Para quase todos os transistores menos de 5% dos 
elétrons que chegam na base vindos do emissor se 
recombinam com as lacunas da base e saem pelo terminal 
da base para produzir Ib. Sendo assim, podemos dizer que o 
βCC é sempre maior que 20. Geralmente ele se encontra 
entre 50 e 300 e em alguns transistores pode chegar a 1000. 
 
O βCC é fornecido pelo fabricante do transistor no 
datasheet do componente. No datasheet ele é normalmente 
encontrado com a denominação HFE e seu valor é muito 
influenciado pela temperatura. 
 
 REGIÕES DE OPERAÇÃO DO TRANSISTOR 
 
O transistor pode funcionar de três formas diferentes, 
conhecidas como regiões de operação. Estas regiões de 
operação são: 
 
- Corte 
- Ativa 
- Saturação 
 
Como já foi dito anteriormente, a região em que o 
transistor está operando depende de como estão polarizados 
os diodos DE e DC. A tabela a seguir mostra como se dá 
esta relação.corte ativa saturação 
diodo-emissor reverso direto direto 
diodo-coletor reverso reverso direto 
 
Wagner da Silva Zanco 2
MODELO EBERS-MOLL 
 
Este é o modelo que utilizaremos para representar, em 
baixas freqüências, o funcionamento do transistor na região 
ativa. Veja na figura a seguir que entre os terminais base-
emissor vemos um diodo, enquanto que olhando para dentro 
do coletor vemos uma fonte de corrente cuja intensidade 
depende da intensidade da corrente de base. A figura a 
seguir mostra também o símbolo utilizados para representar 
os transistor NPN. 
 
 
 A figura a seguir mostra o símbolo do transistor PNP. 
 
 
 
ANALISANDO UM CIRCUITO 
TRANSISTORIZADO 
A forma mais recomendada para analisarmos o 
funcionamento do transistor é montando um circuito simples 
na configuração emissor-comum, como mostra a figura a 
seguir. Note que adotamos o sentido convencional da 
corrente elétrica, na qual os elétrons saem do terminal 
positivo e entram no terminal negativo da fonte. 
 
 
 
 
Para simplificar ainda mais a análise vamos dividir o 
circuito em duas partes: malha de entrada(ME) e malha de 
saída(MS). A malha de entrada é a malha formada por base-
emissor e a malha de saída é a malha formada por coletor-
emissor. A figura a seguir ilustra a idéia. 
 
Malha de entrada: 
 
 
Malha de saída: 
 
 
 
ANALISANDO A MALHA DE ENTRADA 
 
A primeira coisa a ser observada é se o diodo emissor 
está conduzindo. No circuito que estamos analisando o DE 
está em condução. Neste caso ,VBE = 0,7V. 
 
 
Aplicando a primeira lei de Kirchhoff na malha de 
entrada podemos deduzir a equação que nos permitirá 
calcular a intensidade de corrente na base (Ib). 
 
Vbb = VRB + VBE 
Como, 
 VRB = IbxRb 
Então, 
Vbb = IbxRb + VBE 
Vbb – VBE = IbxRb 
Ib = (Vbb – VBE) / RE 
Ib = (5 – 0,7) / 430K 
Ib = 10µA 
 
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Como, 
Bcc = Ic / Ib 
Então, 
Ic = Bcc x Ib = 100 x 10µ 
Ic = 1mA 
 
ANALISANDO A MALHA DE SAÍDA 
 
 
 
Vcc = VRC + VCE 
Como, 
 VRC = Ic x Rc 
Então, 
Vcc = (Ic x Rc) + VCE 
Sendo assim, 
VCE = Vcc – (Ic x Rc) 
VCE = 10 – (1m x 5k) 
VCE = 5V 
 
A figura a seguir mostra o circuito analisado com os valores 
de tensão e corrente em cada ponto do circuito. 
 
 
 
 
 
Wagner da Silva Zanco 4
	TRANSISTOR
	IDÉIAS BÁSICAS
	POLARIZANDO O TRANSISTOR
	REGIÕES DE OPERAÇÃO DO TRANSISTOR
	MODELO EBERS-MOLL
	ANALISANDO A MALHA DE ENTRADA
	ANALISANDO A MALHA DE SAÍDA