Aula 13 - Transistor de Junção Bipolar

Um transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas no qual um tipo de semicondutor (tipo P ou tipo N) é intercalado entre dois outros tipos semelhantes de semicondutores.

Um transistor de junção bipolar é formado por três camadas de materiais semicondutores, se for um transistor pnp, ele terá duas regiões tipo p e uma região tipo n, da mesma forma, se for um transistor npn, ele terá duas regiões tipo n e uma região tipo p.

Transistores têm três terminais, a saber, emissor, coletor e base. Explicamos as funcionalidades de cada um desses terminais abaixo:

1. Emissor – Em um transistor, o emissor fornece uma grande seção de portadores de carga majoritários. O emissor é sempre polarizado diretamente em relação à base, de modo que ele fornece o portador de carga majoritário à base. O emissor de um transistor é fortemente dopado e de tamanho moderado.
2. Coletor – Em um transistor, a seção que coleta a maioria do portador de carga fornecido pelo emissor é chamada de coletor. A junção coletor-base é sempre polarizada reversamente. A seção coletora do transistor é moderadamente dopada, mas maior em tamanho para que possa coletar a maior parte do portador de carga fornecido pelo emissor.
3. Base – A seção do meio do transistor é conhecida como base. A base forma dois circuitos, o circuito de entrada com o emissor e o circuito de saída com o coletor. O emissor-base é polarizado diretamente e oferece baixa resistência ao circuito. A junção coletor-base é polarizada reversamente e oferece maior resistência ao circuito. A base de um transistor é levemente dopada e muito fina, devido ao qual oferece a maior parte do portador de carga à base.

Fig. 01 - Transistor de  junção bipolar

Transistores de junção bipolar são bastante conhecidos e utilizadas na eletroeletrônica. A estrutura simplificada e gráfico da corrente de coletor em função da tensão coletor-emissor e tensão base-emissor, etá mostrado na figura 01.

Fig. 02 - Transistores

A função dos transistores, mostrado na figura 02, é amplificar corrente. Eles podem ser usados ​​para amplificar a corrente de saída de um CI lógico de modo que possa operar de uma lâmpada, relé ou outro dispositivo de alta corrente. Ao circular corrente em uma resistência provoca uma queda de tensão de modo que o transístor pode ser utilizado para amplificar a tensão.

Um transistor pode ser utilizado como um interruptor ( saturação - com a corrente máxima, ou  em corte - totalmente sem corrente) ou como um amplificador. A quantidade de amplificação de corrente é chamado de ganho, hfe.

Fig. 03 - Tipos de transistores.

Existem dois tipos de transistores, NPN e PNP, com símbolos diferentes, mostrados na figura 03. Os terminais são chamados de base (B), colector (C) e o emissor (E).

Darlington é a configuração com dois transistores ligados em conjunto para dar um ganho muito elevado de corrente.

Além do transistor de junção bipolar (BJT) , existem transistores de efeito de campo (FET). Eles têm símbolos de circuito e propriedades diferentes.

Códigos de transistores
Existem três principais séries de códigos transistor utilizados:

1. Códigos começando com B (ou A), por exemplo, BC108, BC478. A letra B primeiro é para o silício, A é para germânio (raramente usado). A segunda letra indica o tipo, por exemplo C significa frequência de áudio de baixa potência, D significa frequência de áudio de alta potência; F significa frequência de rádio (RF) de baixa potência. O resto do código identifica o transistor. Não há nenhuma lógica óbvia para o sistema de numeração. Por vezes, uma letra é adicionada ao final (por exemplo, BC108C) para identificar uma versão especial do tipo principal, por exemplo, um maior ganho de corrente ou um estilo diferente de encapsulamento. Se um projeto especifica uma versão de maior ganho (BC108C) ele deve ser usado, mas se o código geral é dado (BC108) qualquer transistor com esse código é adequado.
2. Códigos começando com TIP, por exemplo TIP31A. TIP refere-se ao fabricante: Texas Instruments e é um transistor de potência. A letra no final identifica versões com classificações de diferentes tensão.
3. Códigos começando com 2N, por exemplo 2N3053. A inicial '2 N 'identifica a peça como um transistor (2 junções) e o resto do código identifica o transistor particular. Não há nenhuma lógica óbvia para o sistema de numeração.

Fig. 04 - Teste de transistores

Teste de transistores bipolares: Com o Multímetro Analógico é possível verificar se o transistor está aberto ou se está em curto. Para efeito de teste, um transistor bipolar pode ser considerado equivalente a dois diodos ligados em oposição. O teste é realizado com um multímetro na escala de resistência. Em geral, usamos a escala Rx10 ou Rx1 e, a resistência é baixa na polarização direta e alta na polarização inversa. Considerando a equivalência para o tipo NPN as junções emissor/base e coletor/base diretamente polarizadas devem apresentar resistência baixa. As junções emissor/base e coletor/base estão inversamente polarizadas devem apresentar alta resistência. Na medição entre coletor e emissor, a resistência deve ser alta nos dois sentidos.

Fig. 05 - Outros tipos de transistores

Um defeito comum em transistores de potência é curto entre coletor e emissor, que pode ser detectado por esses testes. Lembrar que certos tipos de transistor podem ter diodo interno entre emissor e coletor e também resistência interna entre base e emissor, mas o curto citado é observado pela baixa resistência em ambos os sentidos. 

O transistor de junção bipolar é o transistor mais importante do ponto de vista histórico e o mais utilizado. No entanto, há outros transistores: Transistor de efeito de campo (FET, “Field Effect Transistor”), transístores de junção unipolar (UJT), os transistores MOSFET (“Metal Oxide Semicondutor Field Effect Transistor”), e os CMOS (“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na circuitos integrados de alta densidade.

Região de Funcionamento de Transistores

Fig. 06 - Regiões de funcionamento
de transistores

Em cada transístor bipolar existem duas junções que irão apresentar regiões de funcionamento diferentes, as junções base-emissor e base-coletor se encontram polarizadas direta ou inversamente.

Os transístores têm três áreas de funcionamento distintas:

• Corte - Ambas as junções estão polarizadas inversamente;
• Saturação - Ambas as junções estão polarizadas diretamente;
• Ativa - Junção base-emissor polarizada diretamente e junção base coletor polarizada inversamente.

Podemos trabalhar com a chamada curva característica de entrada. Nesta curva, para cada valor constante de VCE, variando-se a tensão de entrada VBE, obtém-se uma corrente de entrada IB, resultando num gráfico com o aspecto apresentado abaixo.
Observa-se que é possível controlar a corrente de base, variando-se a tensão entre a base e o emissor.
Através desta curva, podemos definir três estados do transístor, o CORTE, a SATURAÇÃO e a ATIVA

• CORTE: IC = 0
• SATURAÇÃO: VCE = 0
• ATIVA: Região entre o corte e a saturação.

Para a configuração Emissor Comum a relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada determina o ganho de corrente denominado de b ou hFE (forward current transfer ratio). O ganho de corrente b não é constante, valores típicos são de 50 a 900. Matematicamente, hfe representa a razão entre a corrente do coletor (IC) e a corrente da base (IB) quando o transistor está operando em sua região ativa ou linear. É expresso como: hfe = IC / IB.

A utilização do transístor nos seus estados de SATURAÇÃO e CORTE, isto é, de modo que ele ligue conduzindo totalmente a corrente entre emissor e o coletor, ou desligue sem conduzir corrente alguma é conhecido como operação como chave.

A figura abaixo um exemplo disso, em que ligar a chave T e fazer circular uma corrente pela base do transístor, ele satura e acende a lâmpada. a resistência ligada a base é calculado, de forma que, a corrente multiplicada pelo ganho dê um valor maior do que o necessário o circuito do coletor, no caso, a lâmpada.
Veja que temos aplicada uma tensão positiva num transístor NPN, para que ele sature, conforme mostra a figura.

Os Limites dos Transístores

Fig. 09 - Parâmetros de transistores

Os transístores, como quaisquer outros dispositivos têm suas limitações (valores máximos de alguns parâmetros) que devem ser respeitadas, para evitar que os mesmos se danifiquem. Os manuais técnicos fornecem pelo menos quatro parâmetros que possuem valores máximos:

• Tensão máxima de coletor - VCEMAX
• Corrente máxima de coletor - ICMAX
• Potência máxima de coletor - PCMAX
• Tensão de ruptura das junções

Na figura 09 há exemplos de parâmetros de transístores comuns.

A folha de dados do transistor NPN BC639 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC635 a BC639.

A folha de dados do transistor PNP BC64 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC636 a BC640.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/05/2024