Transistor Bipolar: História e Funcionamento

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2 – Transistor Bipolar
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
1
 Antes de 1950 todo equipamento eletrônico utilizava válvulas;
 O aquecedor de uma válvula típica consumia muita energia.
2 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
 O transistor projetou a indústria dos semicondutores e todas as invenções 
relacionadas, como os circuitos integrados, os microprocessadores, os 
componentes optoeletrônicos, rádios etc. e criou a indústria de 
computadores.
3 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
ENIAC 1946 
Eletronic Numerical Interpreter and Calculator, 
"Na medida em que uma calculadora no ENIAC é 
equipada com 18 mil tubos de vácuo e pesa 30 
toneladas, os computadores do futuro deverão ter 
apenas mil tubos de vácuo e pesar 1,5 mil 
toneladas". 
Revista Popular Mechanics, em 1949.
O ENIAC tinhas as seguintes características:
 totalmente eletrônico
 17.468 válvulas
 500.000 conexões de solda
 30 toneladas de peso
 180 m² de área construída
 5,5 m de altura
 25 m de comprimento
 realizava uma soma em 0,2 ms
 realizava uma multiplicação em 5ms com números 
de 10 dígitos.
 Em 1965 o Dr. Gordon E. Moore, então presidente da Intel, apresentou um artigo 
prevendo que a quantidade de transistores em uma única pastilha dobraria a cada 18 
meses. Em 1975 Moore revisou sua previsão para cada 2 anos.
4 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
 O transistor bipolar de junção (BJT) foi inventado nos laboratórios da Bell 
Telephone em 1947.
 O BJT é formado por três regiões dopadas denominadas: 
EMISSOR; BASE e COLETOR
5 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
 Tipo de transistor
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Regiões do transistor NPN Regiões do transistor PNP
Símbolos
Correntes e tensões no transistor
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BCE III 
A relação entre a corrente do coletor e a da 
base é dada pelo ganho de corrente do 
transistor, que em corrente contínua é 
representado por β ou hFE, e é definido 
por: 
B
C
CC I
I

As equações anteriores podem ser 
rearranjadas em diferentes formas:
BCCC II   )1(  CCBE II 
Para valores elevados de β 
(normalmente β>100) : CCCC  1
Podendo-se considerar:
CCCBE III  
8 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Existem diversos modelos que podem ser 
adotados para representar o transistor 
operando na região linear, um destes 
modelos foi proposto por Ebers e Moll e 
está representado de forma simplificada 
na figura abaixo.
Modelo Equivalente
Variações no Ganho
Devido às tolerâncias de fabricação, o 
ganho de um transistor pode variar numa 
faixa de até 3:1. Além disso, outros 
fatores como corrente do coletor e 
temperatura também afetam o ganho.
9 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
A junção base-emissor do transistor é similar à junção PN de um diodo.
Representação Gráfica das Características do Transistor
Característica Ic - VBE
Efeito da temperatura sobre a característica 
Ic - VBE com corrente de emissor constante
10 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Representação Gráfica das Características do Transistor
Circuito emissor comum
Regiões de corte
B
BEBB
B R
VVI 
BCCC II  
CCCCCE RIVV 
Regiões de operação do transistor
11 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Reta de Carga
Circuito emissor comum
Reta de carga
B
BEBB
B R
VVI 
BCCC II  
CCCCCE RIVV 
12 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Identificando a Saturação
Circuito emissor comum
A
kR
VVI
B
BEBB
B 3,99100
7,010





mAII BC 96,43,9950  
VkmVCE 6,291096,420 
Considerando operação na RAD:
Resultado impossível!
O transistor não está 
operando na RAD.
Considerando operação na SAT:
VV SatCE 3,0)( 
mA
kR
VVI
C
CECC
SatC 97,110
3,020
)( 




O ganho de corrente é menor 
quando o transistor está 
operando na saturação:
84,19
3,99
97,1)(
)(  
 m
I
I
B
SatC
SatCC
13 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
O transistor como chave
Devido à possíveis variações no ganho do transistor, é 
prudente garantir sua saturação projetando a corrente de 
base entre 2 a 10 vezes o valor da corrente calculada.
Desta forma:
O transistor do circuito ao lado funcionando na saturação 
terá uma corrente do coletor dada por:
AI B 50
Antes da saturação tem-se a seguinte equação aproximada:
uAm
I
I
CC
satC
máxB 49100
9,4


mA
kR
VVI
C
CECC
SatC 9,43
3,015
)( 




Ou seja, valores de levariam o transistor a 
funcionar na saturação, como representado na reta de carga. 
mAuII máxBsatB 49,0491010 
E o resistor de base seria calculado por:


 k
m
RB 18,2949,0
7,015
14 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Circuitos de Polarização
A fonte de alimentação da base pode ser a 
mesma que alimenta o coletor.
1. Polarização de Base:
Ponto Q instável.
B
BEBB
B R
VVI 
BCCC II  
CCCCCE RIVV 
15 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Circuitos de Polarização
A fonte de alimentação da base pode ser a 
mesma que alimenta o coletor.2. Polarização por 
Realimentação do Emissor:
Reduz o deslocamento do ponto Q com a 
variação do ganho
EC
CECC
C RR
VVI



BCCC II  
0 BBCCEEBE RIVRIV
CC
B
E
BECC
C RR
VVI



De (2.1) e (2.3) em (2.2)
Eq. (2.1)
Eq. (2.2)
Eq. (2.3)
0 B
CC
C
CCECBE R
IVRIV
 Eq. (2.4)
Resultando em:
Eq. (2.5)
Exemplo:
16 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Circuitos de Polarização
A fonte de alimentação da base é a mesma que 
alimenta o coletor.
3. Polarização por 
Realimentação do Coletor:
É menos sensível à variação do ganho que os 
circuitos anteriores
BCCC II  
0)(  CBCCECC RIIVV
0)(  BEBBCBCCC VRIRIIV
CCBC
BECC
C RR
VVI
/


BCC IIIPara 
Eq. (3.1)
Eq. (3.2)
Eq. (3.3)
e de (3.3) em (3.2)
Eq. (3.4)
Exemplo:
17 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Circuitos de Polarização
A fonte de alimentação da base é a mesma que 
alimenta o coletor.
4. Polarização por Divisor 
de Tensão:
É pouco sensível à variação do ganho
Circuito equivalente:
21
21
RR
RR
RTH 


CCTH VRR
RV 


21
2
0 EEBETHBTH RIVRIV
CC
E
B
II


CCTHE
BETH
E RR
VVI
/


Eq. (4.1)
Eq. (4.2)
Eq. (4.3)
Eq. (4.4)
Eq. (4.5)
18 IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I
Circuitos de Polarização
4. Polarização por Divisor 
de Tensão: Divisor de tensão firme:
CCTHE
BETH
C RR
VVI
/


CC
TH
E
RR

 100
100
ECC
TH
RR  
Exemplo:
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I19
ACIONADORES DE LED
1-Acionador de LED com polarização da base
Este circuito executa a função de um bom 
acionador de LED, porque ele está projetado 
para saturação forte, na qual o ganho de 
corrente não importa. Se você tiver de mudar 
a corrente no LED desse circuito, pode alterar 
tanto a resistência no coletor quanto a tensão 
de alimentação do coletor. A resistência da 
base é feita 10 vezes maior que a resistência 
do coletor, porque desejamos uma forte 
saturação quando a chave for fechada.
Visualize um curto entre os terminais coletor-emissor. Então, a tensão de alimentação do 
coletor (15 V) aparece na conexão do LED com o resistor de 1,5 kΩ. Se ignorarmos a queda 
de tensão do LED, a corrente no coletor será idealmente de 10 mA. Mas se admitirmos uma 
queda de 2 V no LED, então a tensão no resistor de 1,5 kΩ será de 13 V e a corrente no 
coletor será 13 V dividido por 1,5 kΩ, ou seja, 8,67 mA.
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I20
2-Acionador de LED com polarização de emissor
ACIONADORES DE LED
O circuito de polarização do emissor 
opera na região ativa quando a chave é 
fechada. Para mudar a corrente no LED, 
você deve variar a tensão de alimentação 
da base ou a resistência do emissor. Por 
exemplo, se você variara tensão de 
alimentação da base, a corrente no LED 
variará numa proporção direta.
Na Figura a corrente do emissor é zero, o que significa que ele está no corte. Quando 
a chave fecha, o transistor vai para a região ativa. Idealmente, a tensão no emissor é 
de 15 V. Isso implica que obtemos uma corrente de emissor de 10 mA. Dessa vez, a 
queda de tensão no LED não tem efeito. Não importa se o exato valor da queda de 
tensão no LED é de 1,8, 2 ou 2,5 V. Isso é uma vantagem sobre o projeto da 
polarização da base. A corrente no LED independe da queda de tensão no LED. Uma 
outra vantagem é que o circuito não necessita de um resistor no coletor.
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I21
OS TRANSISTORES PNP
As três regiões do transistor 
PNP e seu símbolo.
Símbolo esquemático do transistor 
PNP com indicação das correntes. 
Na Figura são mostradas as três correntes do transistor no sentido da circulação de 
corrente convencional. Como antes, essas correntes relacionam-se como segue:
Resumidamente, aqui está o que ocorre com os níveis atômicos. O emissor injeta 
lacunas na base. A maior parte dessas lacunas circula para o coletor. Por essa razão, a 
corrente no coletor é quase igual à corrente no emissor. A corrente na base é muito 
menos que essas duas correntes. Como antes, o ganho de corrente do transistor é 
igual à corrente no coletor dividida pela corrente na base. Como no caso dos 
transistores npn, o ganho de corrente varia enormemente com a corrente do coletor, 
temperatura e substituição do transistor.
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I22
FONTE DE ALIMENTAÇÃO NEGATIVA
Se você tiver um circuito com transistores npn, pode usar sempre o mesmo circuito com 
uma fonte de alimentação negativa e transistores pnp. Por exemplo, o circuito mostra uma 
polarização por divisor de tensão com um transistor pnp e uma fonte de alimentação de –10 
V. O transistor 2N3906 é o complemento do 2N3904. Isso significa que suas características 
têm valores absolutos iguais aos do 2N3904, mas todas as correntes e polaridades das 
tensões são invertidas. O circuito é similar ao circuito com transistor npn mostrado no 
exemplo do circuito de polarização por divisor de tensão.
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I23
FONTE DE ALIMENTAÇÃO POSITIVA
21
2
RR
RVccVth



As fontes de alimentação positivas são muito mais usadas do que as fontes de 
alimentação negativas. Por isso, você verá sempre os transistores pnp desenhados como 
invertidos, conforme mostrado na Figura. Você não precisa de nenhuma outra equação 
nesse caso. Se você aplicar a lei de Ohm e as ideias básicas discutidas anteriormente, 
poderá analisar esse circuito rápida e facilmente. 
IFSC - Engenharia de Telecomunicações - Eletrônica I24
CONFIGURAÇÃO DARLINGTON
Configuração Darlington
A corrente de base do primeiro transistor aparece ・ vezes maior no seu emissor. Devido 
ao emissor do primeiro transistor estar conectado à base do segundo transistor, a 
corrente aparecerá ・ vezes maior no emissor do segundo transistor. Esta configuração 
composta por dois transistores e resistores de polarização equivale a um transistor 
simples tendo o ganho total igual a:
Esta configuração pode ser empregada dentro do encapsulamento de um único transistor. 
O que ocorre geralmente nos transistores de potência com altos ganhos.