Transistor de Junção Bipolar (TJB) Introdução

O transistor de Junção Bipolar (ou Transistor Bipolar) é um componente eletrônico que possui três terminais, que são: Coletor, Base e Emissor. Cada um dos terminais é formado por um material semicondutor dopado, para um TJB NPN, temos que o Coletor é formado por um material tipo N, a Base por um material tipo P e o Emissor por um material tipo N. Dessa forma, temos a formação de duas junções PN, Base-Emissor e Base-Coletor. O termo Bipolar refere-se a fato que a corrente no transistor é formada por elétrons livres e lacunas.

Existem dois tipos de TJB, o NPN e o PNP. Para o PNP, temos que o material semicondutor de cada terminal é o inverso do que foi descrito, anteriormente, para o TJB NPN. Assim, para um TJB PNP, temos que o Coletor é formado por um material tipo P, a Base por um material tipo N e o Emissor por um material tipo P. O esquemático de um transistor NPN e um PNP, respectivamente, podem ser vistos na imagem a seguir: 

Figura 1. Esquemático NPN e PNP

Operação

Para um transistor NPN, temos que a Base e o Emissor formam uma junção PN, assim, devemos polarizar essa junção diretamente, como se é feito com um diodo. Entretendo, o Emissor apresenta uma alta densidade de elétrons livres, enquanto que a Base apresenta uma baixa densidade de lacunas. Dessa forma, os elétrons livres do Emissor se recombinam com as lacunas da Base gerando um pequeno fluxo de corrente do Emissor para a Base, assim, gerando um pequeno fluxo de corrente formada por lacunas da Base para o Emissor. 

Como a densidade de lacunas é bem menor que a densidade de elétrons livres, a maior parte dos elétrons livres do Emissor não conseguem se recombinarem com as lacunas da Base e são atraídos pela tensão positiva aplicada no Coletor. Para um transistor PNP, as tensões na Base e Coletor devem ser negativas em relação à Tensão no Emissor.

Como uma pequena parte dos elétrons livres do Emissor flui para a Base. Temos que a corrente do Emissor será maior que corrente do Coletor, assim, tem-se que:

$I_{E}=I_{C}+I_{B}$

Características

A corrente da Base é, em geral, bem menor que a corrente do Coletor, dessa forma, o transistor apresenta um ganho de corrente, que é dado por:

$h_{FE}=\frac{I_{C}}{I_{B}}$

O ganho típico de um transistor é de 20 a 200 ou até bem mais. A relação entre a corrente do Coletor e do Emissor é dada por:

$\alpha=\frac{I_{C}}{I_{E}}$

Essa relação apresentará um valor sempre menor que 1, tipicamente entre 0.95 e 0.99. Um TJB é dito como uma fonte de corrente controlada por corrente, podendo ser representado pelo modelo da figura a seguir: 

Figura 2. Modelo ideal de um TBJ NPN

Pelo modelo apresentado, nota-se que a tensão entre a Base e o Emissor deve ser próxima ou maior que 0.7 V para que ocorra condução de corrente elétrica. 

Região de Operação

O TBJ apresenta três regiões de operação, que são: região de Corte, Saturação e Ativa. Assim, temos valores limites de corrente e tensão para cada região de operação.

Na região de Corte, o corrente da Base é igual a 0, com isso, impossibilitando a presença de corrente no Coletor e no Emissor.

Região de saturação, a corrente no Coletor é limitada pela carga ligada entre a fonte e o Coletor, dessa forma, a corrente do Coletor independe da corrente da Base.

Região Ativa, temos que a corrente no Coletor é diretamente proporcional a corrente da Base. As regiões de operação do TJB podem ser resumidas pelo gráfico a seguir:

Figura 3. Curva característica 

Nota-se que para cada corrente de Base existe uma corrente de Coletor máxima, além disso, é apresentada a região de ruptura que representa a tensão máxima entre Coletor e Emissor suportada pelo TJB. A partir desse gráfico, é possível ainda, traçar a curva de carga do TJB.

Além da tensão máxima entre Coletor e Emissor, outra limitação de operação do TJB, como todo componente eletrônico, é a sua potência, dada por:

$P=V_{CE}\times I_{C}$

Assim, para uma tensão máxima entre Coletor e Emissor, pode-se calcular a corrente máxima do Coletor por:

$I_{C}=\frac{P_{MAX}}{V_{CE}}$

Com isso, encerra-se a primeira parte do conteúdo sobre Transistor Bipolar nesta página, a segunda parte abordará suas aplicações. Até lá e parabéns por ter chegado até aqui.

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