Introdução aos Transistores Bipolares

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INTRODUÇÃO AOS TRANSISTORES BIPOLARES
 
 
 
 
 
	Nome 
	RA 
	
	Ágatha Giovanna Xavier de Magalhães 
	
	21605072 
	Bruno Kywan Vasconcelos Gois
	
	21706474
	Lucas da Cunha Torres 
	
	21650811 
	Pedro Victor de Oliveira 
	
	21651110 
 
 
 
 
 
Brasília, maio de 2019. 
INTRODUÇÃO AOS TRANSISTORES BIPOLARES 
O transistor é um componente eletrônico utilizado principalmente para amplificar e interromper sinais elétricos em um circuito. O tipo mais comum de transistor, e o que será estudado neste laboratório, é o Transistor de Junção Bipolar(TJB). O TJB possui três terminais, sendo eles o Coletor, Base, e o Emissor. Existe dois tipos de TJB, o NPN e o PNP. O NPN possui os terminais de coletor e emissor dopados negativamente e a base positivamente. De forma análoga, o PNP possui as dopagens inversas destes terminais. No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor se o componente for PNP, ou para fora, se for NPN. Neste experimento, será visto como testar e identificar os terminais de um transistor, e o levantamento da curva da corrente do coletor pela tensão entre o coletor e o emissor. 
Palavras chave: transistor, NPN. PNP. 
Introdução 
Construção do transistor
O transístor é um dispositivo semicondutor de três camadas que consiste em duas camadas de material do tipo n e uma do tipo p ou em duas camadas do tipo p e uma do tipo n. O primeiro é denominado transístor npn e o outro, transístor pnp. 
Os dois são mostrados na Figura 1, com a polarização CC apropriada. A polarização CC é necessária para estabelecer a região adequada de operação para a amplificação CA. A camada do emissor é fortemente dopada, enquanto a base e o coletor possuem dopagem leve. As camadas externas possuem larguras muito maiores do que as camadas internas de material do tipo p ou n. 
Para os transístores mostrados na Figura 1, a razão entre a largura total e a largura da camada central é de 0,150/0,001 = 150:1. A dopagem da camada interna também é consideravelmente menor do que a das externas (normalmente 1:10 ou menos). Esse nível de dopagem menor reduz a condutividade (aumenta a resistência) desse material, limitando o número de portadores “livres”. 
Para a polarização mostrada na Figura 1, os terminais são indicados pela letra maiúscula E para emissor, C para coletor e B para base. Uma avaliação dessa escolha de notação será detalhada quando discutirmos a operação básica do transístor. 
Normalmente, a abreviação TBJ, de transístor bipolar de junção (em inglês, BJT — bipolar junction transistor), é aplicada a esse dispositivo de três terminais. O termo bipolar se deve ao fato de que lacunas e elétrons participam do processo de injeção no material com polarização oposta. Se apenas um portador é empregado (elétron ou lacuna), o dispositivo é considerado unipolar, como o diodo Schottky.
Figura 1. Tipos de transístor: (a) pnp; (b) npn.
 
Operação do transistor
A operação básica do transístor será descrita agora por meio do transístor pnp da Figura 1(a). A operação do transístor npn é exatamente a mesma se as funções das lacunas e elétrons forem trocadas. Na Figura 2(a), o transístor pnp foi redesenhado sem a polarização base-coletor. 
A região de depleção teve a largura reduzida devido à tensão aplicada, resultando em um fluxo denso de portadores majoritários do material do tipo p para o material do tipo n. Agora, removeremos a polarização base-emissor do transístor pnp da Figura 1(a), como mostrado na Figura 2(b). 
Lembre-se de que o fluxo de portadores majoritários é igual a zero, o que resulta em apenas um fluxo de portadores minoritários, como mostra a Figura 2(b). Portanto, em suma:
Figura 2. Polarização de um transístor: (a) direta; (b) reversa.
Na Figura 3, os dois potenciais de polarização foram aplicados a um transístor pnp, com o fluxo resultante de portadores majoritários e minoritários indicado. Observe, na Figura 3, a largura das regiões de depleção indicando claramente qual junção está polarizada diretamente e qual está polarizada reversamente. Como indica a figura, muitos portadores majoritários se difundirão no material do tipo n através da junção p-n polarizada diretamente. 
A questão é, então, se esses portadores contribuirão diretamente para a corrente de base IB ou se passarão diretamente para o material do tipo p. Visto que o material do tipo n interno é muito fino e tem baixa condutividade, um número muito baixo de tais portadores seguirá esse caminho de alta resistência para o terminal da base. 
O valor da corrente de base é da ordem de microampères, enquanto a corrente de coletor e emissor é de miliamperes. A maior parte desses portadores majoritários entrará através da junção polarizada reversamente no material do tipo p conectado ao terminal do coletor, como indica a Figura 3. 
O motivo da relativa facilidade com que portadores majoritários conseguem atravessar a junção polarizada reversamente é fácil de compreender, se considerarmos que para o diodo polarizado reversamente os portadores majoritários serão como portadores minoritários no material do tipo n. 
Em outras palavras, houve uma injeção de portadores minoritários no material do tipo n da base. Esse fato, somado ao de que todos os portadores minoritários na região de depleção atravessarão a junção polarizada reversamente de um diodo, é o responsável pelo fluxo indicado na Figura 3.
Figura 3. Fluxo de portadores majoritários e minoritários de um transístor pnp.
Aplicando-se a Lei das Correntes de Kirchhoff ao transístor da Figura 3 como se fosse um único nó, obtemos
E descobrimos que a corrente de emissor é a soma das correntes de coletor e de base. No entanto, a corrente de coletor possui dois componentes: os portadores majoritários e os minoritários, indicados na Figura 3. A componente de corrente de minoritários é chamada corrente de fuga e tem o símbolo ICO (corrente IC com terminal emissor aberto). A corrente de coletor é, portanto, totalmente determinada por
Para os transístores de uso geral, IC é medida em miliampères, enquanto ICO é medida em microampères ou nanoampères. ICO, assim como Is para um diodo polarizado reversamente, é sensível à temperatura e deve ser cuidadosamente analisada quando o transístor é submetido a grandes variações de temperatura; caso contrário, a estabilidade de um sistema pode ser consideravelmente afetada. Melhorias nas técnicas de construção resultaram em níveis significativamente menores de ICO, a ponto de seu efeito poder ser frequentemente ignorado.
Configuração emissor-comum
A configuração utilizada com maior frequência para o transístor é mostrada na Figura 4 para transístores pnp e npn. Denomina-se configuração emissor-comum porque o emissor é comum em relação aos terminais de entrada e saída (nesse caso, comum aos terminais de coletor e base). Dois conjuntos de curvas características são necessários para descrever totalmente o comportamento da configuração emissor-comum: um para o circuito de entrada, ou base-emissor, e um para o circuito de saída, ou coletor-emissor. Ambos são mostrados na Figura 5.
As correntes de emissor, coletor e base são mostradas com seu sentido convencional. Apesar de a configuração para o transístor ter mudado, as relações de corrente desenvolvidas anteriormente para a configuração base-comum ainda são aplicáveis. Isto é, IE = IC + IB e IC = αIE.
Para a configuração emissor-comum, as características de saída são representadas pelo gráfico da corrente de saída (IC) versus a tensão de saída (VCE) para uma faixa de valores de corrente de entrada (IB). As características de entrada são representadas pelo gráfico de corrente de entrada (IB) versus a tensão de entrada (VBE) para uma faixa de valores de tensão de saída (VCE).
A região ativa para a configuração emissor-comum é a porção do quadrante superior direito que tem maior linearidade, isto é, a região em que as curvas de IB são praticamente retas e estão igualmente espaçadas. Na Figura5(a), essa região está à direita da linha vertical tracejada em VCEsat e acima da curva para IB igual a zero. A região à esquerda de VCEsat é chamada de região de saturação.
Na região ativa de um amplificador emissor-comum, a junção base-coletor é polarizada reversamente, enquanto a junção base-emissor é polarizada diretamente.
A região ativa da configuração emissor-comum pode ser utilizada para amplificação de tensão, corrente ou potência.
Figura 4: Notação e símbolos utilizados na configuração emissor-comum: (a) transístor npn; (b) transístor pnp.
Figura 5: Curvas características de um transístor de silício na configuração emissor-comum: (a) curva característica do coletor; (b) curva característica da base.
Procedimento Experimental 
Nosso experimento foi dividido em duas partes. A Parte 1 consiste em fazer os testes no transistor usado, BC548, e a Parte 2 compreende a parte do levantamento das curvas de um transistor bipolar, onde montamos um circuito para efetuar as medidas necessárias.
Parte 1: Teste de transistores
Utilizando um transistor BC548, tipo NPN, conforme a Figura 6, identificamos seus terminais coletor – C, emissor – E e base – B. Após identificar os terminais, efetuamos as medidas pedidas: 
 
Figura 6: Terminais do transistor.
Parte 2: Levantamento das curvas de um transistor bipolar
No Protoaboard, montamos o circuito apresentado na Figura 7, sabendo que a tensão é fixa e que . Para os valores de são indicados na Tabela 1, sendo que os valores de variam. 
Figura 7: Circuito com um transistor BC548, tipo NPN.
Com o circuito montado, efetuamos as seguintes medidas e armazenamos na Tabela 1.
 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Tabela 1: Valores de tensão entre coletor e emissor, entre base e emissor e corrente no coletor.
Para cada valor de , calculamos a corrente e preenchemos a Tabela 2 com os valores coletados.
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Conclusão 
Após a realização de todos testes com o transistor BC548, que tem como característica ser NPN notou-se pelos valores, que ele pode ser um amplificador é interruptor de sinais elétricos. No caso em específico do experimento ele amplificou o sinal elétrico de menor amplitude para um de maior, de modo com a maneira como ele funciona pode ser basicamente explicada onde a corrente elétrica entra na base habilitando o fluxo maior de corrente elétrica, amplificando, em seus terminais tanto coletor como emissor, sendo notório o ganho com a utilização deste transistor, um exemplo para utilização deste transistor seria os amplificadores de áudio. 
Referências 
 http://www.baudaeletronica.com.br/transistor-npn-bc548.html
 https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/1556-bc548-bc558
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