Transistor bipolar (tbj)

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Universidade Rovuma 
Departamento de Engenharia e Ciências Tecnológicas 
Curso: Engenharia eletrica 
 
 
Disciplina: Fundamentos de Electrónica 
2º ano 
Turma A 
 
Tema: Transistores Bipolares (TBJ) 
 
 
Discente 
Aldo Fernando Macedo Bacalhau 
 
 
 Docente 
 Eng. Leonel Muthemba 
 
 
 
 
Nampula 
2021
 
 
 
 
Aldo Fernando Macedo Bacalhau 
 
 
 
 
 
 
Tema: Transistores Bipolares (TBJ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nampula 
2021
Trabalho de carácter avaliativo da 
disciplina de Fundamentos de Elerónica, 
como pré-requesito para a aprovação do 1 
semetre no 2 ano do curso de engenharia 
eléctrica 
 
 
Índice 
Capitulo I: Introdução e Objectivos.................................................................................. 4 
Introdução ......................................................................................................................... 4 
Capitulo II: Referencial Teórico ....................................................................................... 5 
Transístor de junção bipolar (TJB) ................................................................................... 5 
Tipos de transistores bipoloar ........................................................................................... 5 
Transistor NPN ............................................................................................................. 5 
Transistor PNP .............................................................................................................. 5 
Estrutura ........................................................................................................................... 6 
Curvas características de coletor ...................................................................................... 8 
Regiões de operação: reta de carga (ponto Q) .................................................................. 9 
Corte ............................................................................................................................... 10 
Saturação ........................................................................................................................ 11 
Zona activa directa.......................................................................................................... 12 
Conexão Darlington ........................................................................................................ 12 
Cálculos .......................................................................................................................... 13 
Aplicações ...................................................................................................................... 15 
Capitulo III: Metodologia ............................................................................................... 16 
Conclusão ....................................................................................................................... 17 
Bibliografia ..................................................................................................................... 18 
 
 
 iV 
 
Capitulo I: Introdução e Objectivos 
Introdução 
 
O presente trabalho tem como tema transistores bipolares de junção (TBJ). 
Primeiramente transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou 
germânio, usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos 
eletrônicos. Os transistores são como blocos fundamentais na construção de todos os 
dispositivos eletrônicos modernos, sendo usados em chips de computadores e 
smartphones. A gama de trangistores bipolares destacam-se pelo facto de serem 
compostos por duas regiões polares. 
Os trangistores bipolares são ligados por três terminais que têm os nomes de 
emissor, base e coletor. 
O transístor de junção bipolar foi o primeiro tipo de transistor a ser produzido, e 
que valeu o Prémio Nobel, aos seus inventores. Os primeiros transístores foram 
produzidos com Germânio e passado algum tempo começou a ser utilizado o Silício. 
 
Objectivos 
1.1 Geral: descrever o modo de funcionamenento dos trangistores . 
 
1.2.Especifico: descrever os tipod de transistores bipolares, suas caracteristicas e 
utilização. 
5 
 
Capitulo II: Referencial Teórico 
Transístor de junção bipolar (TJB) 
 
O transístor de junção bipolar, TJB, (bipolar junction transistor, BJT, em inglês), 
é o tipo de transístor mais comum, devido sua facilidade de polarização e durabilidade. 
Recebe este nome porque o processo de condução é realizado por dois tipos de carga - 
positiva (lacunas) e negativa (elétrons). 
 
Tipos de transistores bipoloar 
 
Um transistor bipolar é um elemento amplificador capaz de fornecer uma corrente 
proporcional à aplicada na sua entrada. 
Existem dois tipos diferentes de transistores bipolares, cujos nomes são os NPN e 
os PNP. Tanto uns como outros são formados por três cristais. Estes três cristais são 
ligados três terminais que têm os nomes de emissor, base e coletor. (Garcia, Padilla, & 
Dominguez, 1994). 
 
 A base é a região mais estreita, menos dopada (com menor concentração 
de impureza) e extremamente fina. 
 O emissor é a região mais dopada (com maior concentração de impureza), 
onde são emitidos os portadores de carga (elétrons no caso de transistor 
NPN e lacunas no caso de transistor PNP). 
 O coletor é a região mais extensa, porque é nela que a potência se dissipa. 
 
Transistor NPN 
 
 
Figura 1 fonte eletronica analógica- (Pinto & Albuquerque, 2011) 
As regiões NPN não possuem as mesmas dimensões, como às vezes a literatura 
sugere, e, portanto, não é possível confundir o emissor com o coletor. As áreas cinza de 
cada lado da junção representam as regiões de carga espacial ou de depleção (Pinto & 
Albuquerque, 2011). 
 
Transistor PNP 
De maneira simplificada, para compreender a operação de trabalho do PNP, basta 
inverter o sentido das tensões e correntes. Consideremos uma situação em que as duas 
6 
 
junções foram polarizadas diretamente, assim as correntes que circulam serão altas (da 
ordem de mA). Se as duas junções estiverem polarizadas reversamente, todas as correntes 
serão praticamente nulas. No entanto, se a junção da base com o emissor for polarizada 
diretamente e a outra junção polarizada reversamente, também as correntes de coletor e 
emissor serão altas, aproximadamente de mesmo valor (Pinto & Albuquerque, 2011). 
Este facto deve-se porque: Em polarização normal (como amplificador), a junção 
base-emissor é polarizada diretamente e a junção base-coletor reversamente. 
 
 
Figura 2 fonte eletrónica analógica- (Pinto & Albuquerque, 2011) 
 
Estrutura 
 
Como a junção base-emissor está polarizada diretamente, os elétrons são emitidos 
no emissor (que possui alta dopagem), isto é, passa a existir uma corrente (de elétrons) 
indo do emissor para a base. Os elétrons atingem a base e, por ela ser muito fina e pouco 
dopada, quase todos atingem a região de carga espacial (região de depleção) da junção 
base-coletor, onde são acelerados pelo campo elétrico e direcionados para o coletor. Dos 
elétrons emitidos no emissor, apenas pequena parcela (1% ou menos) consegue se 
recombinar com as lacunas da base, formando a corrente de base; os outros (99% ou mais) 
atingem a junção do coletor. Observe que externamente o sentido indicado é o 
convencional para as três correntes: de base (IB), de coletor (IC) e de emissor (IE). A 
maneira como o transistor está conectado é chamada de ligação base comum. 
 
 
Figura 3 ligação base comum-fonte: eletrónica analógica- (Pinto & Albuquerque, 2011) 
 
7Na estrutura definida na figura 2 – ligação base comum –, a junção base emissor 
é polarizada diretamente e a junção basecoletor reversamente. A polarização direta faz 
aparecer um fluxo de elétrons indo do emissor para a base e, como essa 
região é muito estreita e com baixa dopagem, poucos elétrons se recombinam com lacunas 
existentes na base (1% ou menos dos elétrons emitidos). Quase todos os elétrons emitidos 
conseguem atingir a região de carga espacial da junção base coletor, onde são acelerados 
em direção ao coletor. A corrente de base é originada da corrente das lacunas, que se 
difunde no emissor, e dos elétrons, que se recombinam com lacunas na base. A corrente 
de base apresenta valor muito pequeno, normalmente 200 vezes menor que a de emissor. 
Retorne à figura 4.2 e observe a indicação das três correntes do transistor, considerando 
o sentido convencional. Em um transistor podemos adotar a seguinte relação entre as três 
correntes: 
𝐼𝐸= 𝐼𝐶+ 𝐼𝐵 
Defini-se α = 
𝐼𝐶
𝐼𝐸
 
 
Podemos representar o transistor como indicado na figura 4. Nesse caso, a ligação 
é chamada de emissor comum. A polarização das duas junções continua como antes, 
junção base-emissor polarizada diretamente e junção base-coletor reversamente. A 
operação é a mesma da ligação base comum. 
 
 
Figura 4 ligação emissor comum- fonte eletrónica analógica- (Pinto & Albuquerque, 
2011) 
 
 
Para essa configuração, define-se o ganho de corrente como: 
 β= 
𝐼𝐶
𝐼𝐵
 
8 
 
A relação entre os dois parâmetros é dada por: 
S α = 
β
β+1
 e β = 
α
α−1
 
 
 
Curvas características de coletor 
 
Curvas características de coletor são gráficos que relacionam a corrente de coletor 
com a tensão entre coletor e emissor, considerando como parâmetro a corrente de base. 
Essas representações são chamadas também de curvas características de saída (Pinto & 
Albuquerque, 2011). 
 
No circuito representado no gráfico da figura 4.7a, a corrente de base é fixada em 
determinado valor – por exemplo, 1 mA. A tensão entre coletor e emissor é variável e, 
para cada valor de 𝑉𝐶𝐸, é atribuída uma medida de corrente de coletor. Em seguida, esses 
valores são colocados em um gráfico (𝐼𝐶.𝑉𝐶𝐸), como mostra a figura 6. 
 
 
Figura 5 Figura 6 
 
 
 Analisando o primeiro gráfico, é possível notar que na região de saturação, para 
uma pequena variação em 𝑉𝐶𝐸, ocorre aumento demasiado de 𝐼𝐶. Quando a junção base-
coletor passa a ser polarizada reversamente, o transistor entra na região ativa, também 
chamada de região de amplificação. A partir desse ponto, a corrente de coletor 
praticamente não varia quando 𝑉𝐶𝐸 aumenta. Nessa região, o transistor se comporta como 
fonte de corrente constante. Na prática, ocorre aumento na corrente de coletor quando 𝑉𝐶𝐸 
9 
 
se eleva por efeito Early. Como a polarização reversa da junção basecoletor aumenta, a 
largura da região de carga espacial avançará mais na base e, portanto, mais elétrons 
emitidos poderão ser capturados em direção ao coletor. 
 
Para 𝐼𝐵= 1mA, 𝐼𝐶 = 150𝑚𝐴, o que significa um ganho aproximadamente: 
 β= 
𝐼𝐶
𝐼𝐵
 = 150 
 
Nessas condições, poderíamos esperar que, se 𝐼𝐵 aumentasse para 2 mA, o valor 
da corrente de coletor também dobraria. Isso, porém, não acontece, pois 𝐼𝐶 aumenta 
aproximadamente para 260 mA. Outra expectativa seria em relação às curvas 
características, que deveriam estar espaçadas igualmente, mas o que se verifica é que a 
separação diminui à medida que as correntes aumentam. A explicação para esse fato é 
que o ganho de corrente não se mantém constante, e sim varia conforme a corrente de 
coletor. 
 
 
Regiões de operação: reta de carga (ponto Q) 
O circuito da figura 7 simboliza um transistor com as curvas características 
apresentadas na figura 6. 
 
 
Figura 7 ligaçao emissor comum- fonte: (Pinto & Albuquerque, 2011) 
 
Na figura 7, o equacionamento do circuito de coletor resultaem: 
𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶x 𝐼𝐶x 𝑉𝐶𝐸 
Essa é a equação de uma reta, chamada de reta de carga, que é representada no 
plano 𝐼𝐶·𝑉𝐶𝐸𝐸 das curvas características de coletor. 
 
10 
 
Para traçarmos essa reta, utilizamos dois pontos: 
 
Primeiro ponto: igualando 𝐼𝐶 = 0 na equação anterior, obtemos 𝑉𝐶𝐸= 𝑉𝐶𝐶 
que fisicamente representa o corte. 
Segundo ponto: fazendo 𝑉𝐶𝐸 = 0, obtemos 𝐼𝐶 = 
𝑉𝐶𝐶
𝑅𝐶
, que fisicamente representa a 
saturação. Na saturação, o transistor se comporta como uma chave 
fechada e as duas junções estão polarizadas diretamente. Para garantirmos que 
o transistor sature, temos de impor algumas condições, uma delas considerar 
𝑉𝐶𝐸 ≅0. No entanto, para obtermos essa condição, devemos ter 𝐼𝐶 < · 𝐼𝐵; 
como o ganho de corrente de um transistor varia entre um mínimo e um máximo, usamos 
o valor mínimo (mín); portanto, 𝐼𝐶 < mín·𝐼𝐵. 
Após a determinação desses dois pontos, devemos uni-los, traçando a reta de 
carga. 
Obrigatoriamente, o ponto de operação, também chamado de ponto quiescente, 
representado por Q (valores de IBQ, ICQ, VCEQ), estará sempre em cima da reta de 
carga. 
 
 
Figura 8 curvas característica de coletor com a recta de carga (Pinto & Albuquerque, 
2011) 
 
Corte 
Quando 𝐼𝐵=0, o transistor se encontra na região de corte de sua operação. Nesta 
condição, existe uma quantidade muito pequena de corrente de fuga no colector, 𝐼𝐶𝐸𝑂, 
11 
 
devido principalmente a portadores produzidos termicamente. Como 𝐼𝐶𝐸𝑂 é extremante 
pequena, normalmente se omite no analise de circuitos, de tal forma 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶. 
 
 
Figura 9 Corte (FLOYD, 2008) 
 
 
Saturação 
Se 𝑉𝐵𝐸 >0 e 𝑉𝐵𝐶>0 
 
Figura 10- estrutura de dispositivo com as tensoes e correntes convencionais. (transistor 
de junação bipolar-wikipedia, 2013) 
 
Neste caso, o transístor conduz corrente e como a junção coletor-base é polarizada 
diretamente, tem-se 𝐼𝐶 < 𝐵𝐼𝐵.Considera-se que o transístor está plenamente saturado 
quando 𝑉𝐶𝐸 ≈ 0.2𝑉. 
Deste modo, é o circuito exterior ao dispositivo que determina se está na Zona Ativa 
Direta ou na Saturação. 
Aplicação em Circuitos Digitais. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuitos_digitais
12 
 
Zona activa directa 
 Se 𝑉𝐵𝐸>0 e 𝑉𝐵𝐶<0 
Aplicação emcircuitos analógicos. 
 
Conexão Darlington 
Conexão Darlington é uma ligação realizada entre dois transistores quando se 
deseja obter um transistor equivalente com valor de ganho de corrente elevadíssimo. 
 
Figura 11: a) conexão darlington, b) transistor equivalente. Fonte (Pinto & Albuquerque, 
2011) 
O transistor equivalente tem ganho de corrente igual a  =  1· 2 , em que  1 e 
2 são os ganhos dos transistores TR1 e TR2, respectivamente. A tensão baseemissor 
quando em condução vale: 
𝑉𝐵𝐸=𝑉𝐵𝐸1+𝑉𝐵𝐸2 
 
Esse tipo de conexão é usado na saída de estágios de potência, em fontes de 
alimentação e em qualquer situação em que for necessário obter variações de corrente 
extremamente baixas com fornecimento de grandes correntes. 
 
 
Figura 12 a) exemplo de conexão Darlington (PNP). b) circuito equivalente. c) gráfico do 
ganho de corrente conforme 𝐼𝑐. Fonte: (Pinto & Albuquerque, 2011). 
13 
 
Cálculos 
1. Determine se o transistor da figura se encontra em saturação. Suponha 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡)= 
0,2 V 
 
 
Resolução 
𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡)= 
𝑉𝐶𝐶− 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡) 
𝑅𝑐
 = 
10𝑣−0,2 𝑣 
1.0 𝑘 Ω
 = 
9.8 𝑣
1.𝑜 𝑘 Ω
 = 9.8 mA 
 
Agora: vendo se 𝐼𝐵 é suficientemente grande para produzir 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡). 
𝐼𝐵= 
𝑉𝐵𝐵− 𝑉𝐵𝐸
𝑅𝐶
 = 
3𝑣−0.7 𝑣
10 𝑘 Ω
 = 
2.3𝑣
10 𝑘 Ω
= 0.23 mA 
𝐼𝐶 = 𝛽𝐶𝐷𝐼𝐵 = (50)x(0,23 mA)= 11,5 mA 
 
2. Certo transistor tem que ser operado com 𝑉𝐶𝐸 = 6v. Se o seu valor nominal de 
potência máxima é 250 mW. Qual é a corrente máximaque o coletor pode 
manejar?Resolução: 
𝐼𝑐= 
𝑃𝐷(𝑚á𝑥)
𝑉𝐶𝐸
 = 
250 𝑚𝑊
6𝑣
 = 41.7 mA 
 
3. No circuito abaixo, considere as seguintes informações: 𝐼𝐶 = 2mA, 𝛽 = 200 e 
transistor de Sí. Calcule: 
a) 𝑉𝐶𝐸 
b) 𝐼𝐵 
c) 𝑅𝐵𝐵 
 
Qual é o estado do transistor( saturado/cortado/região activa)? 
14 
 
 
 
 
Resolução 
a) Equacionando a malha de saida: 10= 3k.2mA+ 𝑉𝐶𝐸 
 → 𝑉𝐶𝐸= 10-6= 4v 
 
b) A relação entre 𝐼𝐵 e 𝐼𝑐 é dada pelo 𝛽, logo: 
𝐼𝐵= 
𝐼𝐶
𝛽
 = 
2𝑚𝐴
200
 = 0,01mA= 10𝜇A 
 
c) Equacionando a malha de entrada: 
5 = 𝑅𝐵𝐵.𝐼𝐵.0,7V 
⟶𝑅𝐵𝐵= 
5−0,7
10μA
 = 430k𝛺 
 
Como 𝑉𝐶𝐸 = 4V, o transistor se encontra na região activa. 
15 
 
Aplicações 
 
Transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou germânio, 
usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos 
eletrônicos. Os transistores são como blocos fundamentais na construção de todos os 
dispositivos eletrônicos modernos, sendo usados em chips de computadores e 
smartphones, por exemplo. (Helerbrock, 2021). 
Os transistores têm duas funções básicas: amplificar a corrente elétrica ou barrar 
a sua passagem. Quando na função de amplificador, os transistores são alimentados por 
uma baixa corrente elétrica de entrada, amplificando-a e, assim, produzindo uma corrente 
elétrica de saída com maior intensidade. 
Um exemplo de circuito que utiliza transistores nessa configuração são os 
microfones. O som captado pelos microfones produz uma corrente elétrica de baixa 
intensidade, em seguida, essa corrente passa através de um conjunto de transistores, que 
produz um sinal elétrico bem mais intenso, capaz de acionar os alto-falantes de uma caixa 
de som, por exemplo. 
Os transistores também podem funcionar como interruptores, ligando ou 
desligando a corrente elétrica em um circuito: da mesma forma como eles são capazes de 
amplificar a corrente elétrica, eles também são capazes de atenuá-la, e esse processo pode 
ocorrer em uma grande velocidade (os transistores atuais fazem isso bilhões de vezes por 
segundo). 
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Capitulo III: Metodologia 
O presente trabalho de pesquisa quanto a tipologia é um trabalho de pesquisa 
bibliografica. Para a elaboração do precente trabalho foram utilizados diversos manuais 
de Física reconhecidos juntamente com uma ligeira leitura de outros manuais, como é o 
caso de Garcia, L. M., Padilla, A. J., & Dominguez, F. R. (1994). Eletrónica Analógica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
Conclusão 
Existem dois tipos diferentes de transistores bipolares, cujos nomes são os NPN e 
os PNP. Tanto uns como outros são formados por três cristais. Estes três cristais são 
ligados três terminais que têm os nomes de emissor, base e coletor. (Garcia, Padilla, & 
Dominguez, 1994). 
Num trangistor bipolar do tipo NPN as regiões N,P e N não possuem as mesmas 
dimensões, como às vezes a literatura sugere, e, portanto, não é possível confundir o 
emissor com o coletor. As áreas cinza de cada lado da junção representam as regiões de 
carga espacial ou de depleção. 
Conexão Darlington é uma ligação realizada entre dois transistores quando se 
deseja obter um transistor equivalente com valor de ganho de corrente elevadíssimo. 
Curvas características de coletor são gráficos que relacionam a corrente de coletor 
com a tensão entre coletor e emissor, considerando como parâmetro a corrente de base. 
Essas representações são chamadas também de curvas características de saída. 
Em um transistor podemos adotar a seguinte relação entre as três correntes 𝐼𝐸= 
𝐼𝐶+ 𝐼𝐵. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bibliografia 
FLOYD, T. L. (2008). Dispositivos electrónicos. 
Garcia, L. M., Padilla, A. J., & Dominguez, F. R. (1994). Eletrónica Analógica. 
Helerbrock, R. (2021). transistor. Fonte: brasil escola: 
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transistor.htm 
Pinto, L. F., & Albuquerque, R. O. (2011). São Paulo. 
transistor de junação bipolar-wikipedia. (2013). Fonte: wikipedia: 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_jun%C3%A7%C3%A3o_bipolar