Apostila 01 de TBJ

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Dezembro de 1947
John Bardeen William Shockley William Brattain
Co-inventores do Transistor
Bell Laboratories
Ganharam Prêmio Nobel em 1956 por esta contribuição.
www.ieeexplore.org
1957 – 1958
Jack Kilby (Texas Instruments) 
Robert Noice (Fairchild) 
(laboratórios separados e de forma independente) 
Primeiro circuito integrado
(sobre um substrato de germânio) 
• dois transistores.
• atualmente centenas de milhões de transistores.
Transistor de Junção Bipolar
O TJB é um dispositivo de 3 terminais formado por duas junções pn. O
TJB tem como função amplificar sinais AC, através da injeção de uma
pequena corrente na base é possível controlar a corrente de saída no
coletor.
Os três terminais do transistor são:
• Emissor (E) → fortemente dopado. Emite portadores de carga
para base.
• Base (B) → dopagem média e é muito fina. Assim, a maioria
dos portadores lançados do emissor para a base, conseguem
atravessá-la, dirigindo-se ao coletor.
• Coletor (C) → levemente dopado. Recolhe os portadores que
vêm da base. Tem maior área, pois dissipa a maior parte da
potência gerada.
As duas junções são a base-emissor (BE) e a coletor-base (CB).
O termo bipolar é devido a característica de funcionamento, onde
aparecem os portadores de carga com as duas polaridades, negativa
(elétrons) e positiva (lacunas).
A corrente convencional tem sentido contrário ao do fluxo de
elétrons e mesmo sentido que do fluxo de lacunas.
Estrutura do transistor
Funcionamento do transistor (npn)
Para o transistor operar como amplificador (modo ativo) a junção
base-emissor deverá ser diretamente polarizada (VBE) e a coletor-base
reversamente polarizada (VCB). Conforme mostra a figura abaixo.
O fluxo de portadores majoritários na junção emissor-base, dirige-se ao coletor, devido a
maior atração, atravessando a junção base-coletor sem dificuldades.
Como a base é mais estreita e menos dopada, os portadores que vêm do emissor saturam
a base através das recombinações; uma pequena parte sai pelo terminal de base e a
maior parte sai pelo terminal de coletor, atraídos por sua tensão.
NPN: Lacunas são fornecidas pelo circuito externo para repor as lacunas perdidas na base
pelo processo de recombinação.
Funcionamento do transistor (pnp)
Para o transistor pnp operar como amplificador, a junção base-emissor
deverá ser diretamente polarizada (VBE) e a coletor-base reversamente
polarizada (VCB). Conforme mostra a figura abaixo.
O fluxo de portadores majoritários na junção emissor-base, dirige-se ao coletor, devido a
maior atração, atravessando a junção base-coletor sem dificuldades.
Como a base é mais estreita e menos dopada, os portadores que vêm do emissor saturam
a base através das recombinações; uma pequena parte sai pelo terminal de base e a
maior parte sai pelo terminal de coletor, atraídos por sua tensão.
PNP: Elétrons são fornecidas pelo circuito externo para repor os elétrons perdidos na
base pelo processo de recombinação.
Analogia do Transistor com diodos
Modos de operação
Correntes no Transistor
A corrente de coletor consiste de duas componentes, a
porção predominante representando a percentagem de elétrons
do emissor que alcançam o coletor. Esta percentagem depende
unicamente da construção do transistor (o tamanho e forma do
material e a dopagem do emissor) e pode ser considerada
constante para um transistor particular. A constante de
proporcionalidade é definida como α, tal que a maior parte da
corrente de coletor IC é α∙IE. Valores típicos de α variam de 0.90
a 0.99.
Correntes no Transistor
A segunda parte representa o fluxo de corrente através da junção coletor-base
reversamente polarizada quando IE = 0. Esta corrente é chamada ICBO e como
esperado é muito pequena. O valor desta corrente depende muito da
temperatura, aproximadamente dobrando de valor para cada 10oC de aumento
na temperatura. Sendo assim, podemos escrever IC como
A corrente de emissor por LKC será
CBOEC IIαI 
CBE III 
Substituindo IC na expressão acima e isolando IB, temos
 
α
I-I
α
α-1I-Iα-1I CBOCCBOEB 
onde
1β
β
α e 
α-1
αβ


Nos transistores de silício ICBO << α∙IE, podendo ser desconsiderado nos cálculos.
A corrente de coletor IC é independente do valor da
tensão do coletor enquanto a junção coletor-base permanecer
polarizada reversamente, isto é, VCB ≥ 0. Portanto, no modo
ativo, o terminal de coletor se comporta como uma fonte de
corrente ideal em que o valor da corrente é determinado por VBE.
A corrente de base IB é um fator 1/β da corrente de coletor, e a
corrente de emissor é igual a soma das correntes do coletor e da
base.
Aplicando LKT para o transistor, temos
NPN: VCE = VBE + VCB
PNP: VEC = VEB + VBC
 TBE /VVS
E eα
II 





 TBE /VVS
B eβ
II 






Podemos expressar as correntes de coletor, base e emissor como,
 TBE /VV
SC eII 
Fig. 4.5 Large-signal equivalent-circuit models of the npn BJT operating in the active mode.
Modelos adotados pelos simuladores
Modelo T
Modelo ∏
Fig. 4.8 Two large-signal models for the pnp transistor operating in the active mode.
Modelos adotados pelos simuladores
Modelo T
Modelo ∏
Configurações Básicas
Base Comum (BC) Coletor Comum (CC)
Emissor Comum (EC)
Características de Entrada
BC: Para VCB constante, variando-se VBE, obtém-se uma corrente de
entrada IE. A partir do momento em que a tensão de entrada faz os
portadores vencerem a barreira de potencial, a corrente através da
junção dispara. Assim, nesta região, pequenas variações de VBE causam
grandes variações de IE. Também, a característica é afetada pela
mudança de VCB.
CC ou EC: Para VCE constante, variando-se VBE, obtém-se uma corrente
de entrada IB. É possível controlar a corrente de base, variando-se a
tensão VBE.
Como nos diodos de silício, a tensão na junção emissor-base
diminui cerca de 2 mV para cada 1oC de aumento na temperatura,
considerando operação em um valor constante de corrente.
Características de saída
BC: Para cada valor de IE constante, variando-se VCB, obtém-se uma
corrente de saída IC.
Na saturação VCB ≈ -0,7 V
CC ou EC: Para cada valor de IB constante, variando-se VCE, obtém-se
uma corrente de saída IC.
Na saturação VCE ≈ 0,2 V
Especificações Básicas
VCEmáx. = Tensão máxima de coletor-emissor
ICmáx = Corrente máxima de coletor
PCmáx = Potência máxima de coletor
PCmáx = VCEmáx ∙ ICmáx (EC e CC)
PCmáx = VCBmáx ∙ ICmáx (BC)
BVCBO = Tensão de ruptura entre C e B, com IE = 0
BVCEO = Tensão de ruptura entre C e E, com IB = 0
Gráfico da potência
Dependência de IC da tensão de coletor
As curvas apresentam uma inclinação finita. Quando extrapoladas, as
linhas características encontram-se em um ponto do eixo negativo de VCE, em
VCE=-VA. VA é positivo, com valores típicos entre 50 e 100V. VA é a tensão de
Early.
Para um dado valor de VBE, aumentando-se VCE aumenta-se a tensão de
polarização reversa sobre a junção coletor-base e, portanto, aumenta-se a
largura da região de depleção desta junção. Isso, por sua vez, resulta na
diminuição da largura efetiva da base. IS é inversamente proporcional a largura,
então IS e IC aumentarão proporcionalmente (Efeito Early).
A inclinação das retas IC x VCE indica que a resistência de saída vista do coletor
não é infinita. É finita e dada por
C
I
A
V
o
r 
Esta resistência tem efeito significativo na análise AC dos circuitos amplificadores.
iB = 0 iE = 0 iC = 0
Transistor na Região de Corte
Transistor na Região de Saturação
iE = iB + iC vCEsat.≈ 0,2V
Transistor na Região Ativa
 
  Bi1βEi
BiβCi
1β
Ei
Eiα1Bi
EiαCi




