Transistores Bipolares de Junção - TBJ

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Porto Velho /RO 
2020 
 
WESLEY WEILER 
 
 
 
 
TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO - TBJ 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
Figura 01 – Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ ..................................... 09 
Figura 02 – Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. .................................... 09 
Figura 03 – Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ ..................................... 10 
Figura 04 – Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. .................................... 10 
Figura 05 – Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. .................................... 11 
Figura 06 – Operação do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ...................................... 12 
Figura 07 – Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ........ 13 
Figura 08 – Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ........ 14 
Figura 09 – Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ ......... 15 
Figura 10 – Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ........ 15 
Figura 11 – Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ........ 16 
Figura 12 – Coletor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. .............................. 17 
Figura 13 – Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ. ..................................................... 18 
Figura 14 – Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ. ..................................................... 21 
Figura 15 – Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ. ..................................................... 22 
Figura 16 – Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ............................................ 23 
Figura 17 – Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ............................................ 23 
Figura 18 – Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ. ............................................ 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
01 – HISTÓRIA DO TRANSÍSTOR .............................................................................. 05 
História do Transistores Bipolares de Junção - TBJ........................................................ 07 
02 – CONSTRUÇÃO DO TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ .......................... 09 
03 – OPERAÇÃO DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. ......................... 11 
04 – CONFIGURAÇÃO BASE COMUM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. ..... 13 
05 – CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM - TBJ. ....................................................... 13 
06 – COLETOR COMUM DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. .............. 17 
07 – FOLHA DE DADOS DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. .............. 18 
08 – UM EXEMPLO DE PROJETO UTILIZANDO DO TBJ ............................................. 18 
09 – TESTE DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. ................................. 22 
REFERÊNCIAS. ....................................................................................................... 25 
 
 
 
 
 
 
 
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1. HISTÓRIA DO TRANSÍSTOR 
 
Para entender melhor o Transistor de junção bipolar, vamos entender 
primeiramente sobre a história do Transístor. O triodo termiônico, um tubo a vácuo 
inventado em 1907, possibilitou a amplificação da tecnologia de rádio e a telefonia 
de longa distância. O triodo, no entanto, era um dispositivo frágil que consumia uma 
quantidade substancial de energia. Em 1909, o físico William Eccles descobriu o 
oscilador de diodo de cristal. O físico Julius Edgar Lilienfeld depositou uma patente 
para um transistor de efeito de campo (FET) no Canadá em 1925, que foi planejado 
para ser um substituto de estado sólido para o triodo. Lilienfeld também apresentou 
patentes idênticas nos Estados Unidos em 1926 e 1928. No entanto, Lilienfeld não 
publicou nenhum artigo de pesquisa sobre seus dispositivos, nem suas patentes 
citam exemplos específicos de um protótipo funcional. Como a produção de 
materiais semicondutores de alta qualidade ainda estava a décadas de distância, as 
ideias de amplificadores de estado sólido de Lilienfeld não teriam encontrado 
utilidade prática nas décadas de 1920 e 1930, mesmo se tal dispositivo tivesse sido 
construído em 1934, o inventor alemão Oskar Heil patenteou um dispositivo similar 
na Europa. 
De 17 de novembro de 1947 a 23 de dezembro de 1947, John Bardeen e 
Walter Brattain da Bell Labs da AT&T em Murray Hill, Nova Jersey, nos Estados 
Unidos, realizaram experimentos e observaram que quando dois pontos de ouro 
eram aplicados a um cristal de germânio, sinal foi produzido com a potência de saída 
maior que a entrada. O líder do Grupo de Física do Estado Sólido, William Shockley, 
viu o potencial nisso, e nos próximos meses trabalhou para ampliar o conhecimento 
sobre semicondutores. O termo transistor foi cunhado por John R. Pierce como uma 
contração do termo transresistência. De acordo com Lillian Hoddeson e Vicki Daitch, 
autores de uma biografia de John Bardeen, Shockley propôs que a primeira patente 
do Bell Labs para um transistor deveria ser baseada no efeito de campo e que ele 
fosse nomeado como o inventor. Tendo desenterrado as patentes de Lilienfeld que 
entraram na obscuridade anos antes, os advogados da Bell Labs desaconselharam 
a proposta de Shockley porque a ideia de um transistor de efeito de campo que 
usasse um campo elétrico como uma "grade" não era nova. Em vez disso, o que 
Bardeen, Brattain e Shockley inventaram em 1947 foi o primeiro transistor de contato 
 
 
 
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pontual. Em reconhecimento a essa conquista, Shockley, Bardeen e Brattain 
receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Física de 1956 "por suas pesquisas 
sobre semicondutores e sua descoberta do efeito do transistor". 
Em 1948, o transistor de ponto de contato foi inventado independentemente 
pelos físicos alemães Herbert Mataré e Heinrich Welker enquanto trabalhavam na 
Compagnie des Freins et Signaux, uma subsidiária da Westinghouse localizada em 
Paris. Mataré tinha experiência anterior no desenvolvimento de retificadores de 
cristal de silício e germânio no esforço de radar alemão durante a Segunda Guerra 
Mundial. Usando esse conhecimento, ele começou a pesquisar o fenômeno da 
"interferência" em 1947. Em junho de 1948, testemunhando correntes fluindo através 
de pontos de contato, Mataré produziu resultados consistentes usando amostras de 
germânio produzidas por Welker, semelhante ao que Bardeen e Brattain haviam 
realizado antes, em dezembro de 1947. Percebendo que os cientistas da Bell Labs 
já haviam inventado o transistor antes deles, a empresa se apressou em colocar seu 
"transistron" em produção para uso amplificado na rede de telefonia da França. 
 
Os primeiros transistores de junção bipolar foram inventados por William 
Shockley, da Bell Labs, que solicitou a patente (2.569.347) em 26 de junho de 1948. 
Em 12 de abril de 1950, os químicos Gordon Teal e Morgan Sparks, da Bell Labs, 
produziram com sucesso uma junção NPN bipolar que amplificava o transistor de 
germânio. A Bell Labs anunciou a descoberta deste novo transistor "sanduíche" em 
um comunicado de imprensa em 4 de julho de 1951. 
O primeiro transistor de alta frequência foi o transistor de germânio de 
superfície-barreira desenvolvido pela Philco em 1953, capaz de operar até 60 MHz. 
Estas foram feitas por gravura de depressões em uma base de germânio do tipo N 
de ambos os lados com jatos de sulfato de índio (III) até que ele tivesse alguns dez 
milésimos de uma polegada de espessura. O índio galvanizado nas depressões 
formava o coletor e o emissor. 
O primeiro rádio transistor tipo "protótipo" foi apresentado pela INTERMETALL 
(empresa fundada por Herbert Mataré em 1952) na Internationale Funkausstellung 
Düsseldorf entre 29 de agosto de 1953 e 9 de setembro de 1953. 
O primeiro rádio transistorizado de bolso de "produção" foi o Regency TR-1, 
lançado em outubro de 1954. Produzidocomo uma joint venture entre a Divisão de 
 
 
 
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Regência da Industrial Development Engineering Associates, I.D.E.A. e Texas 
Instruments de Dallas, Texas, o TR-1 foi fabricado em Indianapolis, Indiana. Era um 
rádio quase de bolso com 4 transistores e um diodo de germânio. O desenho 
industrial foi terceirizado para a firma de Chicago Painter, Teague e Petertil. Foi 
lançado inicialmente em uma das quatro cores diferentes: preto, branco, vermelho e 
cinza. Outras cores deveriam seguir em breve. 
 
O primeiro auto rádio de produção "transistor" foi desenvolvido pelas 
corporações Chrysler e Philco e foi anunciado na edição de 28 de abril de 1955 do 
Wall Street Journal. A Chrysler havia fabricado o rádio para todos os transistores, o 
Mopar modelo 914HR, disponível como opção a partir do outono de 1955 para sua 
nova linha de carros Chrysler e Imperial de 1956, que atingiu os andares da 
concessionária em 21 de outubro de 1955. 
 
O primeiro transistor de silício em funcionamento foi desenvolvido na Bell 
Labs em 26 de janeiro de 1954 por Morris Tanenbaum. O primeiro transistor de 
silício comercial foi produzido pela Texas Instruments em 1954. Este foi o trabalho 
de Gordon Teal, um especialista no cultivo de cristais de alta pureza, que já havia 
trabalhado no Bell Labs. O primeiro MOSFET efetivamente construído foi de Kahng 
e Atalla no Bell Labs em 1960. 
 
 
História do Transistores Bipolares de Junção - TBJ 
 
O TJB é um dispositivo de três terminais, sendo os quais, a Base, o Emissor 
(Emitter) e o Coletor (Collector). O nome de "bipolar, vem de o transporte de carga se 
efetuar por dois portadores, electrões e lacunas. O parâmetro mais importante utilizado 
nos modelos do TJB é o {\displaystyle \beta }\beta. Este está relacionado com o 
processo de fabrico, a tecnologia e as dimensões do dispositivo. 
 
Existem essencialmente dois tipos de TJB, o do tipo NPN (veja a imagem) e PNP. O 
primeiro, como o nome indica, tem semicondutor de que é feito o Coletor, a Base, e o 
 
 
 
8 
Emissor, dopado N-P-N, respetivamente. De modo análogo se passa com o do tipo 
PNP. 
 
 
 
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 2. CONSTRUÇÃO DO TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ 
 
Os três terminais do transistor bipolar recebem o nome de: 
I. EMISSOR, 
II. BASE, 
III. COLETOR. 
 
 
Figura 01 - Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
O emissor é fortemente dopado e tem função de emitir portadores de carga para 
a base. 
 
Figura 02 - Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
A base é levemente dopada e muito fina. 
 
 
 
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Dessa forma, a maioria dos portadores de carga lançados do emissor para a 
base, tenderão a atravessá-la e dirigir-se ao coletor. 
 
Figura 03 - Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
Um fio conecta cada uma das três regiões: emissor, base e coletor. 
 
 
Figura 04 - Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
Transmissores p-n-p são complementares aos n-p-n e são muito menos comuns que os 
transistores. 
 
 
 
 
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Figura 05 - Construção do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
3. OPERAÇÃO DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ . 
 
O nome Transistor Bipolar de Junção se deve ao fato de conter junções PN tais 
como as dos diodos e pelo fato de que tantos os elétrons quanto as lacunas formam a 
corrente no dispositivo.. 
 
 
 
 
 
 
12
 
Figura 06 - Operação do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
A região de Base é bem estreita em relação ao Emissor e Coletor (1:150) e a 
base é menos dopada (1:10) , sendo o Emissor o mais dopado. A “resistência” da base é 
mais elevada que nas outras partes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. CONFIGURAÇÃO BASE COMUM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ. 
 
A Configuração de Base Comum do Transistor Bipolar de Junção – Tbj pode ser 
observada no diagrama a seguir: 
 
 
Figura 07 - Configuração Base Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
As análises feitas para o amplificador EC são válidas para o amplificador em base 
comum, considerando-se a grande aproximação entre eles. Assim sendo, a compliance 
de saída é aproximadamente a mesma. Então, temos: 
rc= Rc// RL 
PP =2ICQ.rC ou PP =2VCEQ 
 
 
5. CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - 
TBJ. 
 
Entre as três configurações do TBJ, a mais utilizada, na prática, é a em emissor 
comum, requerendo assim uma análise mais cuidadosa. Faremos o emprego da 
estrutura cristalina do TBJ NPN pela última vez, pois daqui para frente sempre 
empregaremos o símbolo em nossas análises. 
Para analisar a ligação EC, primeiramente colocamos o transistor na vertical, com 
o emissor em baixo. Cuidamos para que esse terminal seja realmente comum às duas 
 
 
 
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fontes, ligando os negativos nele. Dois resistores Rb e Rc limitam a corrente na base e 
no coletor, nessa ordem. 
 
 
Figura 08 - Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
Achamos mais conveniente apresentar as três etapas de funcionamento 
acompanhadas de ilustrações apropriadas. Vamos omitir as fontes e os resistores para 
simplificar, mas admita que Vcc » VBB, com VBB > 0,7V, e que utilizaremos o sentido 
real para as correntes. 
 
1° Etapa - injeção de portadores no emissor - Nesta etapa, a polarização correta 
do diodo emissor permite às fontes injetarem elétrons no interior do emissor pela 
repulsão mútua entre elétrons das fontes e os livres e em excesso pertencentes a essa 
região. 
 
 
 
 
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Figura 09 - Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
2° Etapa - entrada dos elétrons na base e recombinação com as lacunas - Nesta 
etapa, os elétrons do emissor têm energia suficiente para vencer a barreira de potencial 
do diodo emissor e penetrar na base. Lá, poucos elétrons livres encontram lacuna em 
sua trajetória, mas os que conseguem se recombinam e formam a corrente da base. A 
grande maioria mantém a trajetória em direção ao coletor pela repulsão contínua 
provocada pelo campo elétrico das fontes. 
 
Figura 10 - Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
3° Etapa - elétrons atravessando o diodo coletor e formando a corrente - Aqui, os 
elétrons livres do emissor, que não conseguiram se recombinar na base, atravessam a 
 
 
 
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grande região de depleção do coletor (diodo reverso) deixando boa parte da energia 
adquirida das fontes e sendo atraídos pelo forte potencial positivo de Vcc. 
 
Figura 11 - Configuração Emissor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
Leis de Kirchhoff no TBJ na configuração EC - As leis de kirchhoff aplicadas ao transistor 
na última das etapas anteriores fornece: 
IE = IB +IC e VCE=VBE + VCB 
Onde 
IE - corrente do emissor 
IB- corrente da base 
IC- corrente do coletor 
VCE - tensão de coletor relativa ao emissor 
VBE - tensão de base relativa ao emissor 
VCB - tensão de coletor relativa à base 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. COLETOR COMUM DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ . 
 
A Configuração de Base Comum do Transistor Bipolar de Junção – Tbj pode ser 
observada no diagrama a seguir: 
 
 
Figura 12 - Coletor Comum do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
Sabendo que o sinal de saída é retirado no emissor do transistor, a resistência CA 
vista neste ponto (re) é igual a: 
re =Re //RL 
A corrente CA de saturação e a tensão VCE de corte são obtidas por meio de 
deduções matemáticas idênticas às que foram apresentadas para o amplificador EC, 
sendo seus respectivos valores iguais a: 
 
A compliance CA de saída é menor que: 
•PP=2ICQ.re ouPP=2VCEQ 
 
 
 
 
 
 
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7. FOLHA DE DADOS DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ . 
 
As folhas de dados dos fabricantes especificam o quanto VBE varia com a 
temperatura. Na falta do dado correto, uma boa aproximação é que VBE diminui 2mV a 
cada grau Celsius de aumento na temperatura.Por exemplo: se um diodo emissor tem 
uma queda de 0, 7V a 250C, a 1000C a tensão cai para 0,55V. 
 
 
 
8. UM EXEMPLO DE PROJETO UTILIZANDO DO TBJ. 
 
O transistor como chave 
 
O primeiro circuito que estudamos com o transistor é a configuração típica de 
uma chave. Com um projeto consistente, o transistor opera apenas no modo de 
saturação e corte. Esta aplicação é o cerne do funcionamento dos computadores e 
circuitos digitais. Estude-a com atenção e perspicácia, pois futuramente você entrará em 
contato direto com os circuitos digitais e a base da operação destes será vista aqui. 
Esquema do circuito - A chave eletrônica com o transistor é feita usando-se o 
terminal da base como controle e a saída é retirada no coletor, ambos relativos ao terra. 
 
 
 
 
 
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Figura 13 - Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ 
 
O controle é, tipicamente, um sinal quadrado que varia de O a um nível fixo, que é 
5V para circuitos denominados TTL (Transistor - Transistor Lógico). Quando o sinal de 
controle está em 0V, a malha da base está submetida a 0V de d.d.p.; portanto, não há 
corrente na base e, por conseguinte, no coletor também não. Como Ic=0A ,a queda de 
tensão em Rc é nula e, para que a lei de Kirchhoff das tensões continue válida, VCE tem 
de assumir o valor da fonte Vcc, chave aberta. No instante em que o pulso sobe para o 
nível alto - nível fixo de tensão - há corrente na base e, se esta corrente for 
suficientemente alta, o transistor entra na região de saturação tornando Vce próximo à 
0V. A corrente circulante no coletor é ICSAT e, de coletor para emissor, o transistor se 
assemelha a uma chave fechada. Novamente para a lei de Kirchhoff permanecer 
inalterada, o resistor de coletor Rc tem entre seus terminais a tensão da fonte Vcc. 
Como pode ser notado na figura 8.18, o sinal quadrado de saída é exatamente o 
oposto ao do controle. Isto é devido às condições em que ocorrem os chaveamentos. 
Quando controle 0V, a saída = Vcc. Caso contrário, se controle = VBB’ a saída = 0V. Por 
isso, os sinais são recíprocos. Condição suficiente para o funcionamento da chave 
eletrônica - A condição necessária e essencial é que a corrente IB seja grande o 
suficiente para levar IC à saturação. Os profissionais que projetam chaves a transistor 
usam uma regra super-dimensionada para escolha dos resistores RB e Rc. Eles adotam 
um β= 10. Este β praticamente não se encontra, mesmo em transistores de potência que 
são conhecidos por terem betas pequenos. Dessa maneira dividimos o projeto em três 
etapas: 
 
1° etapa - O resistor Rc normalmente é a carga que se deseja acionar. É 
imprescindível conhecer sua resistência elétrica ou a corrente de funcionamento. Esta 
corrente deverá ser tida como ICSAT. 
2° etapa - Podemos calcular IB usando um beta crítico igual a 10. Portanto, 
IB=ICSAT/10 
3° etapa - Encontramos o valor de RB usando a lei de Ohm, já que sabemos que 
a tensão nos terminais dele deve ser VBB – 0,7V e IB acabamos de encontrar: RB=(VBB 
-0,7V) / IB. 
 
 
 
 
20
Durante a montagem do circuito, na prática, o beta provavelmente será maior que 
10. Isto é um fator benéfico, porque IB é a mesma corrente especificada no projeto, já 
que ela depende apenas de VBB e de RB (IB=[VBB0,7V] /RB).Se lB é a mesma e o beta 
aumentou, significa que teríamos no coletor uma IC ainda maior (IC=β.IB). Sabemos que 
essa situação não existirá, já que o circuito do coletor satura no mesmo valor de ICSAT 
que estipulamos. 
Reta de carga no modo chave - Como desejamos que o transistor atue como 
chave, a reta de carga para o circuito deve ter o ponto de operação Q oscilando entre a 
saturação e o corte. Quaisquer outros pontos que não sejam as extremidades da reta 
estão proibidos de ocorrer quando adotamos a regra de projeto acima estudada. 
Acionando cargas com o transistor - No estudo feito acima, buscamos 
especificar um resistor de base para que o transistor saturasse irremediavelmente. Na 
prática, a chave é muito usada para acionar relés, motores CC de pequena capacidade, 
lâmpadas de baixa potência, LED’s indicadores etc. Veja alguns exemplos destas 
aplicações: 
Acionando LED e lâmpadas incandescentes de baixa potência. 
 
 
 
 
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Figura 14 - Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ 
Observação 1 
Toda vez que um transistor chavear cargas indutivas é necessário acrescentar 
um diodo, reversamente polarizado, em paralelo com a carga. Isto porque quando a 
carga está sendo acionada (transistor saturado) a indutância da carga recebe energia da 
fonte. Durante o desligamento (transistor indo para o corte) ocorre a inversão da tensão 
nos terminais da carga (lei de Lenz) para manter a corrente circulando no mesmo 
sentido. Essa tensão pode ser suficientemente alta e destruir o diodo coletor. O diodo D1 
faz o retorno da corrente e dissipa a energia armazenada na indutância da carga, 
protegendo o transistor. 
 
Observação 2 
As especificações Vebo (tensão reversa no diodo emissor) são relativamente 
pequenas, se comparadas com o diodo coletor Tipicamente, situam-se na faixa de 4 a 
10V O diodo D2 limita a tensão reversa no diodo emissor em - 0,7V já que ele está em 
antiparalelo com a junção base emissor. 
 
 
 
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• Motor CC de baixa potência 
 
 
Figura 15 - Exemplo de Projeto Utilizando do TBJ 
 
Observação 
O motor CC é uma carga RLE (resistência -indutância - tensão gerada). 
 
 
9. TESTE DE UM TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - TBJ . 
 
O teste pode ser realizado conforme definições abaixo: 
 
 
 
 
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Figura 16 - Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
Figura 17 - Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
 
 
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O Teste de TBJ com Multímetro Digital pode ser realizado, segue alguns modelos 
contem um testador interno: 
 
Figura 18 - Teste do Transistor Bipolar de Junção - TBJ 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
 
 
TRANSISTOR Disponível em < 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3299017/mod_resource/content/1/TBJ_A1G.
pdf> acessado em 01/05/2020. 
 
TRANSISTOR Disponível em < 
http://joinville.ifsc.edu.br/~bruno.martins/ELG/Transistores%20TBJ_Senai.pdf> 
acessado em 01/05/2020.