O TRANSISTOR BIPOLAR

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TRANSISTOR BIPOLAR 
 
1 - A Revolução 
Com o passar dos anos, a indústria dos dispositivos semicondutores foi 
crescendo e desenvolvendo componentes e circuitos cada vez mais 
complexos, a base de diodos. Em 1948, na Bell Telephone, um grupo de 
pesquisadores, liderados por Shockley, apresentou um dispositivo formado por 
três camadas de material semicondutor com tipos alternados, ou seja, um 
dispositivo com duas junções. O dispositivo recebeu o nome de TRANSISTOR. 
O impacto do transistor, na eletrônica, foi grande, já que a sua capacidade de 
amplificar sinais elétricos permitiu que em pouco tempo este dispositivo, muito 
menor e consumindo muito menos energia, substituísse as válvulas na maioria 
das aplicações eletrônicas. O transistor contribuiu para todas as invenções 
relacionadas, como os circuitos integrados, componentes opto - eletrônicos e 
microprocessadores. Praticamente todos os equipamentos eletrônicos 
projetados hoje em dia usam componentes semicondutores. 
As vantagens sobre as difundidas válvulas eram bastantes significativas, tais 
como: 
• Menor tamanho 
• Muito mais leve 
• Não precisava de filamento 
• Mais resistente 
• Mais eficiente, pois dissipa menos potência 
• Não necessita de tempo de aquecimento 
• Menores tensões de alimentação. 
Hoje em dia as válvulas ainda sobrevivem em alguns nichos de aplicações e 
devido ao romantismo de alguns usuários. 
2. O TransistorBipolar 
O principio do transistor é poder controlar a corrente. Ele é montado numa 
estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de 
cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, 
que controla a passagem de corrente entre as outras duas. Cada uma dessas 
camadas recebe um nome em relação à sua função na operação do transistor, 
As extremidades são chamadas de emissor e coletor, e a camada central é 
chamada de base. Os aspectos construtivos simplificados e os símbolos 
elétricos dos transistores são mostrados na figura abaixo. Observe que há duas 
possibilidade de implementação. 
 
 
 
 2 
 
 
O transistor da esquerda é chamado de NPN e o outro de PNP. 
O transistor é hermeticamente fechado em um encapsulamento plástico ou 
metálico de acordo com as suas propriedades elétricas 
2.1 - Características Construtivas 
O emissor é fortemente dopado, com grande número de portadores de carga. 
O nome emissor vem da propriedade de emitir portadores de carga. 
A base tem uma dopagem média e é muito fina, não conseguindo absorver 
todos os portadores emitidos pelo emissor 
O coletor tem uma dopagem leve e é a maior das camadas, sendo o 
responsável pela coleta dos portadores vindos do emissor. 
Da mesma forma que nos diodos, são formadas barreiras de potencial nas 
junções das camadas P e N. 
O comportamento básico dos transistores em circuitos eletrônicos é fazer o 
controle da passagem de corrente entre o emissor e o coletor através da base. 
Para isto é necessário polarizar corretamente as junções do transistor. 
3. Funcionamento 
Polarizando diretamente a junção base-emissor e inversamente a junção base-
coletor, a corrente de coletor IC passa a ser controlada pela corrente de base IB. 
 
Fig. 1 – Polarização de um transistor 
 3 
 
• Um aumento na corrente de base IB provoca um aumento na corrente de 
coletor IC e vice-versa. 
• A corrente de base sendo bem menor que a corrente de coletor, uma 
pequena variação de IB provoca uma grande variação de IC, Isto significa 
que a variação de corrente de coletor é um reflexo amplificado da 
variação da corrente na base. 
• O fato do transistor possibilitar a amplificação de um sinal faz com que 
ele seja considerado um dispositivo ativo. 
Este efeito amplificação, denominado ganho de corrente pode ser expresso 
matematicamente pela relação entre a variação de corrente do coletor e a 
variação da corrente de base , isto é: 
 β = 
B
C
I
I (1) 
3.1 - Tensões e Correntes nos Transistores NPN e PNP 
 
 Fig.2 – Transistores NPN e PNP 
Aplicando as leis de Kirchoff obtemos: 
IE = IC + IB 
NPN: VCE = VBE + VCB (2.1) 
PNP: VEC = VEB + VBC (2.2) 
 
4 - Classificação dos Transistores 
Os primeiros transistores eram dispositivos simples destinados a operarem 
apenas com correntes de baixa intensidade, sendo, portanto, quase todos 
iguais nas principais características. Com o passar dos anos, ocorreram muitos 
aperfeiçoamentos nos processos de fabricação que levaram os fabricantes a 
produzirem transistores capazes de operar não só com pequenas correntes 
 4 
mas também com correntes elevadas, o mesmo acontecendo com às tensões 
e até mesmo com a velocidade. 
O estudo das características principais é efetuado por famílias (grupo de 
transistores com características semelhantes), que são: 
 
 
Uso 
Geral 
Pequenos Sinais 
Baixas frequências 
Correntes IC entre 20 e 500mA 
Tensão máxima entre 10 e 80 V 
Frequência de transição entre 1 Hz e 200 MHz 
 
Potência 
Correntes elevadas 
Baixas frequências 
Correntes IC inferior a 15A 
Frequência de transição entre 100 kHz e 40 MHz 
Uso de radiadores de calor 
 
RF 
Pequenos sinais 
Frequência elevada 
Correntes IC inferior a 200mA 
Tensão máxima entre 10 e 30V; 
Frequência de transição em 1,5 GHz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5 
5 - Configurações Básicas 
Os transistores podem ser utilizados em três configurações básicas: Base 
Comum (BC), Emissor comum (EC), e Coletor comum (CC). O termo 
comum significa que o terminal é comum a entrada e a saída do circuito. 
 
Fig. 3 – Configurações de transistor 
5.1 - Configuração BC 
• Ganho de tensão elevado 
• Ganho de corrente menor que 1 
• Ganho de potência intermediário 
• Impedância de entrada baixa 
• Impedância de saída alta 
• Não ocorre inversão de fase 
5.2 - Configuração CC 
• Ganho de tensão menor que 1 
• Ganho de corrente elevado; 
• Ganho de potência intermediário 
• Impedância de entrada alta 
• Impedância de saída baixa 
• Não ocorre a inversão de fase. 
5.3 Configuração EC 
• Ganho de tensão elevado 
• Ganho de corrente elevado 
• Ganho de potência elevado 
• Impedância de entrada baixa 
• Impedância de saída alta 
• Ocorre a inversão de fase. 
Esta configuração é a mais utilizada em circuitos transistorizados. Por isso, os 
diversos parâmetros dos transistores fornecidos pelos manuais técnicos têm 
como referência a configuração de emissor comum. 
 6 
Podemos trabalhar com a chamada curva característica de entrada. Nesta 
curva, para cada valor constante de VCE, variando-se a tensão de entrada VBE, 
obtém-se uma corrente de entrada IB, resultando num gráfico com o seguinte 
aspeto. 
 
Fig. 4 – Configuração de entrada 
Observa-se que é possível controlar a corrente de base, variando-se a tensão 
entre a base e o emissor. 
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 aspeto. 
 
 Fig. 5 – Configuração de saída. 
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. 
Para a configuração EC a relação entre a corrente de saída e a corrente de 
entrada determina o ganho de corrente denominado de β ou hFE (razão de 
transferência direta de corrente) 
 7β = 
B
C
I
I 
O ganho de corrente b não é constante, valores típicos são de 50 a 900. 
Exemplo 1 
Dadas as curvas características de entrada e saída de um transistor NPN, 
determine: 
a) A corrente na base para VBE=0,8 
b) O ganho de corrente β 
c) Um novo ganho de corrente β , caso a corrente IB dobre de 
valor. 
 
 
6 - Os Limites dos Transistores 
Os transistores, como quaisquer outros dispositivos têm suas limitações 
(valores máximos de alguns parâmetros) que devem ser respeitadas, para 
evitar que os mesmos se danifiquem. Os manuais técnicos fornecem pelo 
menos quatro parâmetros que possuem valores máximos: 
• Tensão máxima de coletor - VCEMAX 
 8 
• Corrente máxima de coletor - ICMAX 
• Potência máxima de coletor - PCMAX 
• Tensão de ruptura das junções 
Na configuração EC, PCMAX = VCEMAX.ICMAX 
Exemplos de parâmetros de transistores comuns. 
Tipo Polaridade VCEMAX 
(V) 
ICMAX 
(mA) 
β 
BC 548 NPN 45 100 125 a 900 
2N2222 NPN 30 800 100 a 300 
TIP31A NPN 60 3000 20 a 50 
2N3055 NPN 80 15000 20 a 50 
BC559 PNP -30 -200 125 a 900 
BFX29 PNP -60 -600 50 a 125 
7 – Transistor como chave 
A utilização do transistor nos seus estados de SATURAÇÃO e CORTE, isto é, 
de modo que ele ligue conduzindo totalmente a corrente entre emissor e o 
coletor, ou desligue sem conduzir corrente alguma é conhecido como operação 
como chave. 
A figura abaixo mostra um exemplo disso, em que ligar a chave S1 e fazer 
circular uma corrente pela base do transistor, ele satura e acende a lâmpada. a 
resistência ligada a base é calculado, de forma que, a corrente multiplicada 
pelo ganho dê um valor maior do que o necessário o circuito do coletor, no 
caso, a lâmpada. 
 
 
 
BD139 
 
 
 
 
 
Fig 7.1 – Transistor controlando um relé Fig. 7.2 – Visão de um relé 
 9 
Veja que temos aplicada uma tensão positiva num transistor NPN, para que ele 
sature e uma tensão negativa, para o caso de transistores PNP, conforme 
mostra a figura abaixo. 
 
Fig. 8 – Chave transistorizada com transistor PNP 
8 - Exercício 
1. Quais as vantagens dos transistores em relação as válvulas? 
2. Quais as relações entre as dopagens e as dimensões no emissor, 
coletor e base de um transistor? 
3. Para o funcionamento de um transistor, como devem estar polarizadas 
suas junções? 
4. Quais as relações entre as correntes e tensões num transistor NPN e 
PNP? 
5. Explique por que o ganho de corrente na configuração BC é menor que 
1. 
6. Explique por que o ganho de corrente na configuração EC é muito maior 
que 1. 
7. Explique por que o ganho de tensão na configuração CC é menor que 1. 
8. Quais os três estados do transistor quais são as suas características. 
9 - Polarização de Transistores 
9.1 - Ponto de Operação (Quiescente) 
Os transistores são utilizados como elementos de amplificação de corrente e 
tensão, ou como elementos de controle ON-OFF. Tanto para estas como para 
outras aplicações, o transistor deve estar polarizado corretamente. 
Polarizar um transistor é fixá-lo num ponto de operação em corrente contínua, 
dentro de suas curvas características. 
Também chamado de polarização DC, este ponto de operação (ou quiescente) 
pode estar localizado nas regiões de corte, saturação ou altiva da curva 
característica de saída. 
Os pontos QA, QB e QC da figura a seguir caracterizam as três regiões citadas. 
QA: Região ativa 
QB: Região de saturação 
 10 
QC: Região de corte 
 
9.2 - Reta de carga 
A reta de carga é o lugar geométrico de todos os pontos de operação possíveis 
para uma determinada polarização. 
Podemos defini-la a partir de dois pontos conhecidos. 
 
9.3 - Circuitos de Polarização EC 
Nesta configuração, a junção base-emissor é polarizada diretamente e a junção 
base-coletor reversamente. Para isso, utilizam-se duas baterias e duas 
resistências para limitar as correntes e fixar o ponto de operação. 
 
Fig. 9 – Polarização do transistor 
Análise da malha de entrada: RB.IB + VBE = VBB. Logo, IB é dado por: 
 IB = 
B
BEBB
R
VV − e IC = β.IB 
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 VCE = VCC – IC.RC 
 
Exemplo2 : análise da figura 6. 
 A corrente de base é: 
 IB = 
10000
7,012 − = 11,3 x 10-4 A = 1,13 mA 
Supondo-se um ganho β = 100, tem-se: 
 IC = 100x1,13mA = 113 mA 
Suficiente para acender a lâmpada. 
 
Exemplo 3 
Para a figura 9 considere RB = 200K, RC = 3K, β = 100 e VBE = 0,7V. VBB = 5V 
e VCC = 10V. 
Determine as correntes de base IB e de coletor IC e a tensão coletor-emissor 
VCE. 
Solução: 
 IB = 
B
BEBB
R
VV − = 
000.200
7,05− = 0,0215 mA 
 IC = βxIB = 100x0,086 ma = 2,15mA 
 VCE = VCC – ICXRC = 10 – 2,15mAx3,0K = 3,55 V 
 VCE = VCC+ VBE => VCB = 3,55 – 0,7 = 2,85 
 Assim, a junção coletor (N) está num potencial maior que a base (P). Portanto, 
a junção coletor-emissor está reversamente polarizada, o que caracteriza um 
transistor na região ativa, ou seja, que está amplificando. 
 Mas, em última análise, basta ver que a tensão coletor-emissor é maior que 
0,2V. 
 
 
 
 
 12 
 
Exemplo 4 
Suponha agora a figura abaixo com tudo igual ao exemplo 3 acrescentando-se 
RE = 2K 
 
 Fig. 10 – Polarização do transistor com resistência de emissor. 
 Pela figura, 
 VBB = IBxRB + VBE + IExRE = IBxRB + VBE + (IC + IB) xRE 
 = IBxRB + VBE + (βxIB + IB) xRE = IBxRB + VBE + IBx(β + 1) xRE 
 IB = 
EB
BEBB
R)1(R
VV
β++
− IB = 
K2x)1001(K200
7,05
++
− = 0,017 mA 
 IC = β x IB = 100 x 0,017 = 1,7mA 
 Por outro lado, 
 VCC = IC x RC + VCE + RE x IE 
 Com IE ≈ IC (porque?), tem-se: 
 VCE = 10 – 1,7mAx3K - 1,7mAx2K = 4,65V 
 Bem maior que 0,2V. Bem maior, portanto que 0,2V, continuando o transistor 
na região ativa. 
Refaça os exercícios 3 e 4 trocando RB = 200K por RB = 50K. O que aconteceu 
com VCE? 
 
 
 
 13 
 
9.3.1 - Circuito de polarização com corrente de base constante 
Para eliminar a fonte de alimentação da base VBB, pode-se utilizar somente a 
fonte VCC. 
 
Fig. 11- Circuito de polarização de transitor 
Para garantir as tensões corretas para o funcionamento do transistor RB deve 
ser maior que RC. 
Equações: 
 IB = 
B
BECC
R
VV − e IC = 
C
CECC
R
VV − 
Neste circuito, como VCC e RB são valores constantes, e VBE praticamente não 
varia, a variação da corrente de base é desprezível. Por isso este circuito é 
chamado de polarização EC com corrente de base constante. 
Exemplo 5: 
 Dado um transistor com β =200 e uma fonte de 12V, determinar as 
resistências de polarização (valores comerciais) para o ponto de operação 
VCEQ=VCC/2, ICQ = 15mA e VBEQ=0,7V na figura 11. 
 Solução: 
 RC = 
CQ
CEQCC
I
VV −
 = 
mA15
612 − = 400Ω 
 RB = 
BQ
BECC
I
VV − IBQ = ICQ/β = 15mA/200 = 0,075mA 
 RB = 
mA075,0
7,012 − = 151 KΩ 
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OBS.: Este circuito de polarização apresentado é bastante sensível a variações 
de temperatura e do β do transistor. Por seu ponto de operação ser bastante 
instável, o seu uso é restrito ao funcionamento como chave eletrônica. 
9.3.2 - Influência da temperatura 
Nos transistores a temperatura afeta basicamente os parâmetros β , VBE e a 
corrente de fuga.A variação de VBE é desprezível, porém a corrente de fuga e o ganho β podem 
ter variações acentuadas, ocasionando variações na corrente de coletor, sem 
que haja variações na corrente de base, deixando o circuito instável. 
9.3.3 - Circuito de Polarização com corrente de Emissor constante. 
Neste circuito de polarização é inserido uma resistência RE entre o emissor e a 
fonte de alimentação. 
 
Fig. 12- Circuito de polarização com resistência de emissor 
A idéia é compensar possíveis variações de ganho devido a mudanças de 
temperatura. 
Se houver um aumento de ganho, haverá aumento de IC, com aumento de VRC 
e de VRE e diminuição de VCE. Mas devido ao aumento de VRE a corrente de 
base diminui, induzindo IC a uma estabilização. 
Perceba que no circuito anterior esta variação de ganho levaria a um aumento 
de IC e diminuição de VCE tirando o transistor de seu ponto de operação 
original. 
A resposta dada por RE para o aumento de IC, chama-se de realimentação 
negativa e garante a estabilidade do ponto de operação. 
Equações: 
 15 
RB = 
B
EEBECC
I
RIVV −− RC = 
C
EECECC
I
RIVV −− 
 
Como temos três incógnitas (RB, RC e IB), e apenas duas equações, temos 
que arbitrar um dos valores. Neste caso, adotamos VRE = IE.RE = VCC / 10, de 
modo que o resto da tensão seja utilizada pela saída do circuito (IC x RC). 
Exemplo 6 
Dado um transistor com β =250 e uma fonte de 20V, determinar as resistências 
de polarização (valores comerciais) para o ponto de operação VCEQ=VCC/2, ICQ 
= 100mA e VBEQ=0,7V 
 Resposta: 
 Primeiro se determina RC: 
 RC = 
CQ
EECEQCC
I
RIVV −−
= 
mA100
21020 −− = 80 Ω 
 IBq = 100mA/250 = 0,4mA 
 RB = 
BQ
EEBECC
I
RIVV −− = 
mA4,0
27,020 −− = 47KΩ 
 RE = 
C
EQ
I
V
 = 20
A1,0
V2
= Ω 
 Exemplo 7 
 Para o circuito da figura abaixo, considere β = 100. Calcule a IC. 
 
 
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 Solução: 
 Ver exemplo 4 
 
9.3.4 - Circuito de Polarização com Divisor de Tensão 
Uma outra forma de solucionar o problema da instabilidade com a temperatura 
é o circuito de polarização mostrado na figura abaixo. 
 
9.3.5 - Determinação do Ponto de Operação a Partir dos Valores das 
Resistências. 
Até agora realizamos a síntese de circuitos, isto é, calculamos os valores das 
resistências para os valores especificados de tensão e corrente. 
Podemos, também, a partir das resistências determinarmos o ponto de 
operação analiticamente ou graficamente. Isto é a análise do circuito. 
Caso o circuito utiliza divisor de tensão podemos utilizar o teorema de Thévenin 
para reduzir para a forma abaixo. 
 
 
 
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Onde: 
 
 
IC = IBxβ = 
ETH
BETH
R)1(R
x)VV(
β++
β− ≈ 
β+
−
/RR
VV
THE
BETH 
IC ≈ IE ≈ 
E
BETH
R
VV − se RE>>RTH/β 
Graficamente temos que ter acesso a curva característica de saída do 
transistor. Traçando a reta de carga sobre a curva encontramos o ponto de 
operação. 
Exemplo 8 
Determinar IC e VCE para o circuito abaixo. VBE = 0,7V 
 
 VTH = 3,85V; RTH = RB1//RB2 = 0,87K = 870Ω. Supondo-se um β ≥ 100, 
tem-se: 
 IC ≈ IE = 
750
V7,0V85,3 − = 4,2mA 
 VC = VCC – ICxRC = 30 – (4,2mA)x(3K) = 17,4 V 
 VE = IE x RE = (4,2mA)xRE = 3,15V; VCE = VC – VE = 17,4 – 3,15 = 14,3V 
 
 
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 Problema: 
 Um circuito integrado fornece na saída no máximo 5mA. Para acender um LED 
de alto brilho precisa-se de pelo menos 20mA. Para isso, usa-se um transistor 
para amplificar a corrente. Quando o nível de tensão de saída do CI for 0V, o 
transistor não conduz. Logo, a corrente no LED é zero e o LED não acende. 
Quando a voltagem é 5V, a corrente no LED (coletor) deve ser 20mA, com o 
transistor saturado (VCE = 0,2V). A tensão de condução do LED é 2,2V 
Quais os valores mínimos que RC e RB deverão ter? Considere β = 100.