Transistor Bipolar de Juno - TBJ

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA ESCOLA POLITCNICA

Departamento de Engenharia Eltrica

Manoel Messias Silva Jnior

DISCIPLINA: DISPOSITIVOS ELETRNICOS ENGC41

INTRODUO

No final de 1947, uma das maiores invenes j realizadas pelo homem, revolucionaria completamente a eletrnica; o transistor bipolar de juno. Seus inventores, Dr. John Bardeen, Dr. William Schocley e Dr. Walter H. Brattain ganharam por esse trabalho, o prmio Nobel em 1956.

ESTRUTURA E SIMBOLOGIA

O transistor bipolar de juno um dispositivo de trs terminais ligados a uma regio interna formada por um cristal de material semicondutor extrnseco, dividido em trs partes, com caractersticas construtivas e eltricas distintas, sendo duas de mesma polaridade P ou N e a outra de polaridade contrria, isto , o transistor bipolar pode ser do tipo PNP ou NPN.

TBJ

A estrutura de camadas apresentada ao lado. Pode ser verificado que este semicondutor possui trs camadas (podendo ser NPN ou PNP) e duas junes (J1 e J2)

TBJ Os trs terminais de um transistor bipolar recebem o nome de emissor, base e coletor. A figura a seguir mostra a estrutura do transistor bipolar e seus smbolos.

Terminais (EBC)

Emissor - regio maior nvel de dopagem do transistor. do emissor de onde partem os portadores de carga, em outras palavras, o emissor quem define o sentido da corrente, por isto ele possui uma flecha no seu terminal no smbolo do transistor.

Base - regio mais estreita e com nvel mdio de dopagem. Comparada as outras regies, a base se parece como uma pelcula muito fina. Serve para fazer com que o transistor comece a funcionar.

Coletor - regio de maior rea e menos dopada do transistor. O coletor tem a maior rea, pois nessa regio onde h maior dissipao de energia por efeito Joule. Para transistores de maior potncia a regio de coletor est ligada a cpsula d transistor.

ANALOGIA A DOIS DIODOS

Podemos fazer uma analogia do transistor bipolar de juno com dois diodos, para entendermos alguns aspectos de seu funcionamento, porm no podemos construir nenhum transistor dessa maneira. A analogia baseada na estrutura do diodo de juno PN. Do terminal de base para os terminais de emissor ou coletor vemos um diodo PN. Essa analogia utilizada para o testes e identificao dos terminais do transistor bipolar de juno.

TESTE DO TRANSISTOR

Fazendo-se uma analogia com diodos, podemos testar um transistor bipolar e identificar seus terminais. Primeiramente identificamos a polaridade do transistor e o terminal de base e depois os terminais de coletor e emissor. A regio de emissor do transistor mais dopada do que a regio de coletor. Essa caracterstica utilizada para a identificao do emissor e do coletor, pois a tenso de conduo do emissor levemente superior a tenso de conduo do coletor. No exemplo a seguir o transistor BD135 testado com um multmetro digital

TESTE DO TRANSISTOR

E C B

Transistores Darlington podem indicar valores errneos

MODOS DE OPERAO DOS TRANSISTORES BIPOLARES

Para um transistor bipolar operar num circuito necessrio que seja convenientemente polarizado. A polarizao consiste na fixao de tenses e correntes nos terminais do dispositivo, dentro de seus limites de operao e modo de funcionamento desejado. Existem quatro combinaes possveis de polarizao do transistor bipolar de juno, porm somente trs so utilizadas. Vamos considerar na anlise um transistor NPN, porem o mesmo procedimento poderia ser aplicado a um transistor com polaridade complementar.

Primeira situao de polarizao

Os diodos equivalentes das junes emissor (BE) e base coletor (BC) so diretamente polarizados.

Primeira situao de polarizao

Como os dois diodos BE e BC esto diretamente polarizados, ento conduziro muito bem. Considerando os diodos equivalentes como ideais, o circuito equivalente para essa situao apresentado abaixo.

Segunda situao de polarizao

Os diodos equivalentes das junes base emissor (BE) e base coletor(BC) so reversamente polarizados.

Segunda situao de polarizao A essa situao de polarizao chamamos corte e dizemos que o transistor est cortado quando a polarizao entre base e emissor e entre base e coletor reversa. O transistor cortado, ainda considerando o exemplo anterior do interruptor utilizado para acender ou apagar uma lmpada, corresponde a situao de chave aberta, isto , a lmpada permanecer apagada se o interruptor se mantiver nesta situao

Segunda situao de polarizao

A primeira e a segunda forma de polarizao utilizada em circuitos em que o transistor deva funcionar como uma chave. So chamados de circuitos de chaveamento. Podemos utilizar esta topologia para acionar motores, lmpadas, vlvulas, cilindros e etc. As fontes chaveadas tambm possuem transistores, ou componentes similares, funcionando no regime de corte e saturao.

Terceira situao de polarizao

O diodo BE diretamente polarizado e o diodo BC reversamente polarizado.

Terceira situao de polarizao

Os circuitos que utilizam transistores operando na regio ativa so chamados de circuitos lineares. Um exemplo destes circuitos so os amplificadores de udio, fontes de alimentao do laboratrio de eletrnica e a fonte desenvolvida nesta disciplina. O transistor utilizado para controlar uma determinada tenso ou corrente de um circuito. O transistor poder estar ligado em srie ou em paralelo, depende apenas da topologia do circuito.

CURVA CARACTERSTICA

Caractersticas dos pontos importantes da curva caracterstica de um transistor

Equaes

O transistor pode ser considerado um n:

IE= IC+IB

O transistor pode ser considerado uma malha:

VCE=VBE+VCB

Define-se:

E

C

I

I

como sendo o ganho de corrente na configurao base comum

Por exemplo: IE=2mA e IC=1,98mA

99,02

98,1

mA

mA

Notao de Tenso e Corrente

Grandezas contnuas (correntes e tenses) sero representadas por letras maisculas e ndices maisculos, por exemplo, correntes de coletor (IC), emissor (IE) e de base (IB). Tenso entre dois pontos representada por ndice com duas letras, a primeira o ponto de maior potencial e a segundo o ponto de menor potencial, por exemplo, a tenso base emissor (VBE), a tenso coletor-emissor (VCE) e coletor-base (VCB). Se a tenso for entre terminal e terra (GND), usa-se somente a letra relativa ao terminal, VB, tenso da base ao terra.

IB= IE IC=2mA 1,98mA=0,02mA=20uA

Considerando o smbolo

Continuam validas as equaes

IE= IC+IB

VCE=VBE+VCB

VCE

VBE

VCB

Para a montagem emissor comum define-se o ganho:

O Ganho de Corrente

B

C

I

I

Esse parmetro tambm designado por hFE nos manuais

Por exemplo: IC=2mA e IB=20A

10002,0

2

20

2

A

mA

o valor do beta no constante varia com a temperatura e com o valor da corrente de coletor.

Os transistores so construdos para aplicaes especificas (udio, vdeo, chave, etc) ou mesmo uso geral e por isso mesmo tem diferentes tamanhos e caractersticas.

BC548 BD 140 2N3055

Datasheet (folha de dados)

As grandezas que determinam os principais limites em um transistor so a mxima corrente de coletor, a mxima tenso inversa entre base e emissor, a mxima tenso inversa entre emissor e coletor e a mxima potencia dissipada pelo transistor

Curvas Caractersticas de Coletor

So grficos de ICxVCE tendo IB como parmetro

Circuito para obter as curvas

RBB

VVBBI

BE

B

Por exemplo: VBB ajustado para IB=10A

VCE variado, variando-se VCC

VCE(V) 0,1 0,2 0,5 1 2 3 4 5 6

IC(mA)

IC medido,

Com esses dados levantado o grfico

Observar a relao entre as duas correntes: 100

2

2

A

mA

Se o procedimento for repetido para outros valores de IB sero obtidas varias curvas chamadas de curvas caractersticas de coletor

As Regies de Operao do Transistor

Regio ativa ou regio de amplificao A juno base emissor est polarizada diretamente e a juno base coletor reversamente. Nessa regio o transistor usado como amplificador.

BCII .

Regio de Saturao As duas junes esto polarizadas diretamente. Nessa regio o transistor usado como chave fechada.

BCII .

Regio de Corte As duas junes esto polarizadas reversamente. Nessa regio o transistor usado como chave aberta.

0BCII

Referencias Bibliogrficas

Na preparao deste material didtico foram utilizadas diversas fontes, entre as quais destacam-se: [1] O material de aulas do Prof. Ademrio Carvalho UFBA; [2] BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L.; Dispositivos Eletrnicos e Teoria de Circuitos. 8.Ed. So Paulo: Prentice-Hall, 2007. [3] MALVINO, A. P.; Eletrnica. 4.ed. So Paulo: Makron Books, 2009. V.1