Aula 12 - Transistor Bipolar de Junção (TBJ) - Principios

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TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (TBJ)
ENG. EDERSON ZANCHET
SURGIMENTO DO TRANSISTOR
Entre o período de 1904 até 1947 a válvula reinou soberana nos circuitos
eletroeletrônicos desenvolvida por J.A. Fleming, ganhando novas características com
senhor. Lee De Forest, e até os dias de hoje ainda são em pregadas em diversos
circuitos eletrônicos para amplificação e controle.
Figura 1 – Modelo de Válvula Eletrônica
Fonte: [http://img2.mlstatic.com/valvulas-eletrnicas-para-radios-antigos_MLB-O-3244581812_102012.jpg]
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SURGIMENTO DO TRANSISTOR
Em 23 de dezembro de 1947 três pesquisadores apresentaram ao mundo o
transistor semicondutor (Figura 1) que apresentava novas características, menores,
leves e consumo mínimo de potência.
Figura 1 – Primeiro transistor
Fonte: [http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/imagens/010805071224-transistor1.jpg]
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TRANSISTOR DE GERMÂNIO
O primeiro transístor media cerca de 1,5 centímetro e não era feito de silício,
mas de germânio e ouro, montado sobre suportes de plástico.
Os transistores fabricados em escala industrial hoje medem 45 nanômetros,
mais de 330.000 vezes menores.
Em escala de laboratório, os cientistas já conseguiram fabricar transistores
moleculares, centenas de vezes menores.
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TRANSISTOR DE GERMÂNIO
Seguindo os avanços de vários outros cientistas, coube ao trio John Bardeen,
Walter Brattain e William Shockley (Figura 3) os méritos pela invenção do transístor.
Eles receberam o Prêmio Nobel de Física de 1956 pelo seu invento.
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Figura 3 – Inventores do transistor
Fonte:[http://physika.info/physika/images/photos/milestone.jpg]
TRANSISTOR BIPOLAR - FUNCIONAMENTO
O transistor bipolar de junção é a união de três camadas de cristais de silício
formando uma estrutura cristalina, estas junções realizadas podem apresentar a
configuração NPN ou PNP de acordo com a forma do doping realizado no material.
Cada um dos três cristais que compõe o transistor bipolar recebe o nome
relativo a sua função. O cristal do centro recebe o nome de base, pois é comum aos
outros dois cristais, é levemente dopado e muito fino.
Um cristal da extremidade recebe o nome de emissor por emitir portadores de
carga, é fortemente dopado e finalmente o último cristal tem o nome de coletor por
receber os portadores de carga, tem uma dopagem média.
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TRANSISTOR BIPOLAR - FUNCIONAMENTO
A estrutura básica do transistor é apresentada na Figura 4.
Figura 4 – Estrutura básica do transistor bipolar de junção
Fonte: Autor
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TRANSISTOR BIPOLAR - FUNCIONAMENTO
Os cristais coletor e emissor diferem entre si no tamanho e dopagem (Figura 5).
O transistor tem duas junções, uma entre o emissor a base, e outra entre a base e o
coletor (Figura 5).
Por causa disso, um transistor se assemelha a dois diodos (Figura 6). O diodo
da esquerda é comumente designado diodo emissor - base (emissor) e o da direita de
coletor - base (coletor).
Figura 5 – Transistor PNP (a) e transistor NPN (b)
Fonte: Autor
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TRANSISTOR BIPOLAR - FUNCIONAMENTO
Circuito representativo (equivalente) do fucionamento do transistor NPN e PNP
conforme exposto pela Figura 5.
Figura 5 – Circuito equivale transistor com diodos retificadores
Fonte: Autor
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TRANSISTOR BIPOLAR - FUNCIONAMENTO
A Figura 6 contém a simbologia e as tensões envolvidas nos terminais dos
transistores NPN e PNP.
Figura 6 – Tensões envolvidas entre os terminais do transistor PNP (a) e NPN (b)
Fonte: Autor
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TRANSISTOR BIPOLAR - POLARIZAÇÃO
O transistor pode operar em três regiões, região ativa, região de corte e a de
saturação conforme a polarização a qual foi submetido.
Para que um transistor bipolar opere na região ativa (Figura 7) é necessário
polarizá-lo corretamente, ou seja, a junção base-emissor deve ser polarizada
diretamente, enquanto que a região base-coletor deve ser polarizada reversamente.
Figura 7 – Polarização transistor bipolar NPN
Fonte: http://dc145.4shared.com/doc/EoKO-io/preview_html_m396b7153.png
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TRANSISTOR BIPOLAR - POLARIZAÇÃO
Um transistor bipolar polarizado para operação na região ativa (Figura 8) do tipo
PNP. As regiões de corte e saturação podem ser obtidas com a inversão da
polaridade nas junções Base emissor (BE) e base-coletor (BC).
Figura 8 – Polarização transistor bipolar PNP
Fonte: http://dc145.4shared.com/doc/EoKO-yio/preview_html_m5a9fcc26.png
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TRANSISTOR BIPOLAR - POLARIZAÇÃO
Na Figura 9a a bateria B1 polariza diretamente o diodo emissor, e a bateria B2
polariza diretamente o diodo coletor. Os elétrons livres entram no emissor e no coletor,
juntam-se na base e retornam para as baterias. O fluxo de corrente elétrica é alto nas
duas junções.
Na Figura 9b os diodos emissor e coletor ficam reversamente polarizado. A
corrente elétrica circulando é pequena (corrente de fuga).
Figura 9 – Polarização direta (a) Polarização Reversa (b)
Fonte: [3]
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TRANSISTOR BIPOLAR - CARACTERÍSTICAS
No transistor PNP as regiões dopadas são contrárias as do transistor tipo NPN.
Isso significa que as lacunas são portadores majoritários no emissor em vez dos
elétrons livres. O emissor injeta lacunas na base. A maior parte dessas lacunas circula
para o coletor. Por essa razão a corrente de coletor é quase igual a do emissor. A
corrente de base é muito menor que essas duas correntes.
As corrente que circulam no transistor são apresentadas na figura 10.
Figura 10 – Correntes nos transistores NPN (a) PNP (b)
Fonte: [3]
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TRANSISTOR BIPOLAR - CARACTERÍSTICAS
Com base na lei das corrente de Kirchhoff temos pela expressão (1) a relação
entre as correntes do coletor, base e emissor.
Através da corrente de coletor e correte da base obtemos o ganho de corrente
do transistor β ou também conhecido como hfe.
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TRANSISTOR BIPOLAR - CARACTERÍSTICAS
Em geral mais de 95% dos elétrons livres atingem o coletor, ou seja, a corrente
de emissor é praticamente igual a corrente de coletor. O parâmetro αcc de um
transistor indica a relação entre a corrente de emissor e coletor:
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EXERCÍCIOS 17
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 18
[1] MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. Vol. I - 4.ª; Ed. Makron Books: São Paulo, 1995.
[2] BOYLESTAD, R. L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos; Ed. Prentice Hall: São 
Paulo, 2004.
[3] BERTOLI, Roberto Angelo. Eletrônica; UNICAMP, 2000.
[4] BARBI, Ivo, Eletrônica de Pôtencia – 6ª edição, Ed. Do autor: Florianópolis, 2005.
[5] FAIRCHILD SEMICONDUCTOR, LM78XX/LM78XXA 3-Terminal 1A Positive Voltage
Regulator; datasheet, april 2012, disponível em http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805.pdf
acesso em 03 set. 2012.
[6] SANTOS, Roberto Bairros dos. Regulador de tensão usando CI; disponível em: 
http://www.bairrospd.kit.net/fonte_aliment/Regulador%20de%20tensao%20com%20CI.pdf acesso 
em 03 set. 2012.
EDERSON ZANCHET
Mestrando em Engenharia Elétrica e Informática Industrial - UTFPR
Engenheiro de Controle e Automação - FAG
Departamento de Engenharia – FAG
Docente Disciplina de Eletrônica Analógica
ederson.zt@gmail.com
ezanchet@fag.edu.br
www.fag.edu/professores/ederson