Elaboração e apresentação: Adriano Furquim

Os transistores são componentes eletrônicos construídos a partir de cristais semicondutores, principalmente o silício e o germânio.

O termo vem de transfer resistor, ou seja transferir resistência. Isto porque a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia conforme variamos a corrente que injetamos na base. A corrente coletor-emissor será tão maior quanto maior for a corrente de base, de acordo com o ganho.

Os semicondutores não são utilizados em sua forma pura (Si e Ge) e sim misturados a outros elementos químicos. Esse processo é chamado de dopagem do cristal semicondutor. A dopagem visa a criação de tipos de cristais com características positivas e negativas que juntos vão formar os diversos tipos de componentes semicondutores:

1. Dopagem com elemento pentavalente obtemos um cristal tipo N.

2. Dopagem com elemento trivalente obtemos um cristal tipo P.

O processo de dopagem consiste em introduzir quantidades rigorosamente controladas de materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N.

Os elementos P possuem grande quantidade de portadores positivos e o elemento N grande quantidade de portadores negativos.

O P é anodo (+) e N é catodo (-).

Polarização Direta: o positivo da fonte de tensão ligado ao elemento P e o negativo ao elemento.

Polarização Reversa: o positivo da fonte de tensão no lado N e o negativo.

Um transistor se parece com dois diodos de costas um para o outro.

Teoricamente nenhuma corrente pode fluir por um transistor, já que os diodos bloqueariam a corrente dos dois lados.

Contudo, quando se aplica uma pequena corrente à camada central da estrutura, uma corrente muito maior pode fluir como um todo. Isso dá ao transistor seu comportamento de interruptor. Uma pequena corrente pode ligar e desligar uma grande corrente.

No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta:

Para fora se for NPN Para dentro se for PNP A seta sempre aponta para o elemento negativo. Os transistores podem funcionar como chave,

amplificador e regulador de tensão.

Com a formação das três regiões, aparecem automaticamente duas outras pequenas regiões internas, já conhecidas como barreira de potencial (campos eletrostáticos) ou região de depleção.

Os elementos P possuem grande quantidade de portadores positivos e o elemento N grande quantidade de portadores negativos.

P é anodo (+) e N é catodo (-).

Ligando uma bateria na junção base-emissor, observamos que corresponde a uma Polarização Direta.

Dessa maneira fluirá então uma corrente através da baixa resistência da junção emissor-base.

Se aplicarmos uma tensão através da segunda junção, fluirá uma corrente muito pequena através da resistência da junção base-coletor, pois a polarização é inversa.

Esta pequena corrente, que é causada pelos portadores minoritários, é chamada de corrente de fuga.

Os elétrons na região do emissor são repelidos pelo potencial negativo da fonte em direção à base, passando com facilidade pela junção base-emissor, pois a mesma está polarizada diretamente apresentando assim uma baixa resistência. Alguns elétrons se recombinam com as lacunas existentes na base, formando a corrente de base. Como o número de lacunas na base é inferior ao número de elétrons que nela penetram, e também devido ao fato da base ter dimensões muito reduzidas, a maioria dos elétrons atinge a junção base-coletor.

Esses elétrons que estão sendo atraídos pelo potencial positivo do coletor ultrapassam a junção base-coletor, chegando ao terminal positivo da fonte. Este movimento de elétrons nos elementos do transistor constituem as correntes elétricas através do mesmo.

A figura abaixo mostra como a região de emissor é fortemente dopada, e a região de base é fracamente dopada. Já a região de coletor apresenta uma dopagem mediana. A região de coletor é muito maior que as outras regiões devido ao fato de ser nesta região que se dissipa todo calor gerado durante o funcionamento do transistor. A região de base é muito fina e durante o processo de formação de junção PN emissor / base a camada de depleção se aprofunda mais na região de base principalmente devido ao fato desta região ser fracamente dopada. O mesmo ocorre na formação da junção entre coletor / base, porém com menor intensidade

Os transistores NPN e PNP funcionam de maneira análoga, porém um com correntes ao contrário do outro.

A corrente de emissor sempre será a corrente de base mais a corrente de coletor. Ie= Ic+Ib

A corrente de coletor é aproximadamente igual a corrente de emissor.

A corrente de base é sempre muito menor que a corrente de coletor ou corrente de emissor.

Cada uma das junções de um transistor apresenta uma queda de tensão, que é denominada conforme a junção. Temos então:

1. Vbe ou Veb = tensão entre base e emissor2. Vbc ou Vcb = tensão entre base e coletor3. Vce ou Vec = tensão entre coletor e emissor A maior deles é Vce (NPN) ou Vec(PNP). Podemos

dizer que Vce é a soma das outras duas, ou seja: Vce = Vbe + Vbc.

Aplicando as leis de Kirchoff obtemos: IE = IC + IB

NPN: VCE = VBE + VCB PNP: VEC = VEB + VBC

A Junção PN entre a Base e o Emissor tem uma Tensão de Barreira (V0) de 0,6 V, que é um parâmetro importante do TJB.

No TJB a Corrente é produzida por ambos os tipos de Portadores de Cargas (Elétrons e Lacunas), daí a origem do nome Bipolar.

A principal função do transistor é amplificar sinais, portanto o mesmo deve apresentar um “ganho”, na saída, de tensão ou de corrente.

Polarizando diretamente a junção base-emissor e inversamente a junção base-coletor, a corrente de coletor IC passa a ser controlada pela corrente de base IB.

A corrente de base sendo bem menor que a corrente de coletor, uma pequena variação de IB provoca uma grande variação de IC, Isto significa que a variação de corrente de coletor é um reflexo amplificado da variação da corrente na base.

Este efeito amplificação, denominado ganho de corrente pode ser expresso matematicamente pela relação entre a variação de corrente do coletor e a variação da corrente de base , isto é:

A relação entre Ic e Ie, com a Vcb constante, pode-se obter o α (alfa) de um transistor através da fórmula:

Como Ib é muito menor do que Ie e Ic, podemos dizer então que Ie é um pouco maior do que Ic (aproximadamente iguais). Logo, dividindo Ic por Ie, resulta em um valor menor do que 1. (α<1)

São as tensões contínuas aplicadas nos terminais do transistor para ele funcionar. A polarização pode ser:

Polarização NPN: tensão mais alta no coletor, média na base e baixa no emissor. A tensão da base é só um pouco maior que a do emissor (no máximo 0,8V a mais).

Polarização PNP: funcionam com tensão mais alta no emissor, média na base e tensão mais baixa no coletor.

Um transistor funcionando como um amplificador pode ser ligado no circuito de três formas diferentes, o nome da configuração é referenciado ao elemento do transistor que é comum aos circuitos de entrada e de saída. :

O emissor esta cheio de elétrons livres (material tipo N). Quando VBE for maior do que 0,7 V, o emissor injeta elétrons na base. A base fina é levemente dopada dando a quase todos os elétrons oriundos do emissor o poder de se difundir através da camada de depleção do coletor.

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): É igual ao quociente entre a tensão de entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente CA do sinal de entrada). A impedância de entrada está compreendida entre 10KΩ e 100KΩ.

Ze=Ee / Ie

IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): É igual ao quociente entre a tensão CA do sinal de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0).A impedância de saída esta situada entre 10KΩe 100KΩ.Zs= Es (saída em vazio)  /  Is (saída em curto)

AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada. A amplificação de corrente está compreendida entre 10 e 100 vezes.Ai = Is / Ie

AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal de saída e a tensão CA do sinal de entrada. A amplificação de tensão está situada entre 100 e 1000 vezes.Av = Es / Ee

AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a amplificação de corrente e a amplificação de tensão. A amplificação de potência está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes. 

Ap = Ai x Av   RELAÇÃO DE FASE: Ocorre uma defasamento de 18O° entre a tensão do sinal de saída e a tensão

do sinal de entrada (180° = 180 graus). 

Para polariza-lo ligamos uma bateria de tensão maior ( B2) entre o coletor e o emissor e uma bateria de tensão menor( B1) através de um potenciômetro na base do transistor.

Condição em que o cursor do potenciômetro está todo para o lado negativo da bateria B1, ou seja, a tensão aplicada à base do transistor é Zero (0).Nestas condições, a junção que existe entre a base e o emissor, que seria o percurso para uma corrente da bateria B1, não tem polarização alguma e nenhuma corrente pode fluir.A corrente de base ( Ib) do transistor é zero(0).

Da mesma forma , nestas condições a corrente entre o coletor e o emissor do transistor, percurso natural para a corrente da bateria B2 é nula.

Movimentando gradualmente o cursor do potenciômetro no sentido de aumentar a tensão aplicada à base do transistor, vemos que nada ocorre de anormal até atingirmos o ponto em que a barreira de potencial da junção emissor-base do transistor é vencida.(0,2 V para o germânio e aproximadamente 0,7V para o silício).Com uma tensão desta ordem, começa a circular uma pequena corrente entre a base e o emissor. Esta corrente entretanto tem um efeito interessante sobre o transistor: uma corrente também começa a circular entre o coletor e o emissor e esta corrente varia proporcionalmente com a corrente de base.

À medida que movimentamos mais o potenciômetro no sentido de aumentar a corrente de base, observamos que a corrente do coletor do transistor aumenta na mesma proporção.

Uma corrente de base de 0,1µA provoca uma corrente no coletor de 10mA, dizemos que o ganho de corrente ou Fator de amplificação do transistor é 100vezes, ou seja a corrente de coletor é 100 vezes maior que a corrente de base

A proporcionalidade entre a corrente de base e a corrente de coletor entretanto não se mantém em toda a faixa possível de valores.

Existe um ponto em que um aumento de corrente de base não provoca mais um aumento na corrente de coletor que então se estabiliza. Dizemos que chegamos ao ponto de saturação, ou seja, o “ transistor satura”. Observe então que existe um trecho linear deste gráfico que é denominado de “Curva característica do transistor”.

O Ponto “Q” (Quiescente) ou Ponto de Operação consiste basicamente em escolher a corrente de coletor Ic e a tensão Vce, a partir das condições de trabalho do circuito e dos dados do fabricante do transistor.

Quando se necessita de uma corrente constante independente de variações de tensão da fonte ou do ganho de corrente do transistor (βCC), a melhor região de operação é a linear devido a possibilidade de se estabelecer parâmetros firmes de operação.

Regiões de operação de um transistor Os transistores operam em duas regiões distintas, uma

chamada de fonte de corrente (região linear) e outra chamada de região de corte/saturação.

Região de corte / saturação É a região de operação de transistor onde ele atua como uma

chave elétrica, ligado e desligado, nesta região a corrente de base é bastante alta e a do coletor também, é a região onde o transistor sofre menos aquecimento e onde a tensão entre coletor e emissor é menor. (aproximadamente 0 V)

Na região de ruptura a tensão entre coletor e emissor fica muito elevada causando a destruição do componente, devendo ser evitada; já na região linear o transistor se comporta como uma fonte de corrente controlada, é uma região utilizada para amplificação e como a tensão VCE é muito elevada há uma geração de calor no transistor bastante elevada.

Uma variação de IB de 20 μA a 60 μA sobre a linha de carga produz uma variação de IC de 1,7 a 5 mA. O ganho de corrente do amplificador será aproximadamente igual a 82

Para o circuito em estudo o ganho de tensão pode ser encontrado através dos gráficos de entrada e de saída do circuito. No gráfico da figura 6-22 vemos que uma variação de VBE de 0,14 a 0,18 V(ou seja 0,04 V) produzirá uma variação de IB de 40 a 60 μA. Esta variação de IB produz na VCE uma variação de 3,5 a 5,3 V. O ganho de tensão será, portanto:

É a relação entre a potência de saída com a de entrada.

Esta ampliação varia conforme o valor da RL. Com RL de valor alto o ganho de corrente é baixo e o de tensão é alto. Com RL de valor baixo o ganho de corrente é alto e o de tensão é baixo.

Considerando o circuito da figura em que o transístor bipolar NPN é caracterizado por β=100 (ganho) e o transístor está na zona ativa, consideramos o circuito seguinte, calcule as tensões e correntes no transistor:

Circulando pela malha da base:-V1 + RB . IB + VBE = 0 ouIB = (V1 - VBE) / RB

IB = (10-0,7)/220 IB = 42,27µA

IC=β*IB ou IC=4,23mApara as tensões temos:VE=0 VB=0,7 VC=10-RC*IC ou VC=5,7 onde VBE=0,7 e VBC=-6,4 < 0,7 Podemos concluir que o transístor se encontra na zona ativa.

http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/164/37/

http://www.ivairsouza.com/transistor-polarizacao-mod.html

O sinal entra na base e sai no emissor, porém apenas com ganho de corrente.

Alta impedância(Z) de entrada. Baixa impedância(Z) de saída. Não há defasagem entre o sinal de saída e o de

entrada. Amplificação de tensão menor que um.

a) Quando Ib = 0 Ic = 0 . O transistor não funciona, e neste caso se diz que ele funciona como uma chave aberta ou representa-se por:

b) Ib =Cresce Ic= cresce na mesma proporção. d)Ib = atinge um determinado valor, (ponto de

saturação) e a partir dai mesmo que aumentemos Ib Ic= se mantém constante

O sinal entra no emissor e sai amplificado no coletor.

Baixa impedância(Z) de entrada. Alta impedância(Z) de saída. Não há defasagem entre o sinal de saída e o de

entrada. Amplificação de corrente igual a um.

Transistor de Baixa Potência: são os transistores pequenos que não suportam muito calor.

Transistor de Média Potência: são maiores que os anteriores e muitos possuem um furo para serem parafusados em um dissipador de calor.

Transistores de Alta Potência: são aqueles que tem o corpo grande próprio para suportarem altas temperaturas. Estes trabalham com dissipadores de calor.

Transistores de uso geral.-são transistores destinados a gerar ou amplificar sinais de pequena intensidade e de freqüência relativamente baixa.

Transistores de Potência- são transistores destinados a operar com correntes intensas mais ainda com sinais de baixas freqüências.

Transistores de RF (Radiofreqüência)-são transistores destinados a amplificar ou gerar sinais de freqüências elevadas, mais com pequenas intensidades de correntes.