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Transistor de Junção Bipolar Estrutura Básica

O transistor bipolar é um componente eletrônico constituído por materiais semicondutores de silício ou germânio, capaz de atuar como controlador da corrente, o que possibilita o seu uso como amplificador de sinais ou como interruptor eletrônico.

Em qualquer uma das duas funções o transistor encontra ampla aplicação:

-          Amplificador de sinais = equipamentos de som e imagem e controles industriais

-          Interruptor eletrônico = controles industriais, calculadoras e computadores eletrônicos.

O transistor bipolar proporcionou um grande desenvolvimento à eletrônica, devido a sua versatilidade de aplicação, constituindo-se em elemento chave de grande parte dos equipamentos eletrônicos e é o tipo mais comum e mais largamente usado como elemento discreto ( não integrado), sendo chamado bipolar porque nele circulam correntes de portadores majoritários e minoritários ( elétrons e lacunas ).

Tipos de Transistores Bipolares

Os transistores bipolares possuem duas junções PN, formadas pela justaposição de materiais semicondutores tipo P e tipo N e dessa forma obtemos dois tipos de transistores de junção bipolar o tipo NPN fig.1 e o tipo PNP fig.2 conforme figuras abaixo:

                                        fig.1                                                               fig.2

                               Principio e Característica de Funcionamento

Consideremos o transistor NPN, onde temos duas junções, logo se aplicarmos a cada junção uma fonte de tensão teremos quatro únicas possibilidade de polarização do transistor como segue:

a)

Como vimos no estudo da polarização dos diodos, aplicando-se na junção P o terminal positivo da fonte de tensão e na junção N o negativo da fonte o diodo estará diretamente polarizado e invertendo-se a fonte ele estará reversamente polarizado, logo no transistor acima a junção 1-3 através da fonte Ea estará reversamente polarizado e da mesma forma estará a junção 2-3 com Eb, dessa forma precisaremos aplicar uma tensão muito forte nas fontes para que os elétrons rompam a barreira de depleção, mais quando isso se suceder haverá um rompimento da junção e queima do componente, dessa forma o transistor será uma chave aberta não funcionando.

 

Nessas condições a junção 1-2 e 2-3  estarão diretamente polarizada, logo os elétrons são repelidos devido ao negativo da  fonte e por sua vez são atraídos através do terminal 3 pelo positivo das fontes, logo, se aplicarmos uma tensão nas fontes superior a 0,7v o transistor queima, isso significa que ele funciona como uma chave fechada.

A junção 1-3 está diretamente polarizada e a junção 2-3 reversamente polarizada, temos, portanto que os elétrons são repelidos de 1 para 3 devido ao negativo da fonte Ea e os elétrons de 2 são atraídos pelo positivo da fonte Eb acrescido dos elétrons de 1, a menos de uma pequena parcela de elétrons que são atraídos pelo pólo positivo da fonte Ea, como o potencial de Eb > Ea, a grande maioria dos elétrons serão atraídos pela fonte Eb, logo funciona, porém com uma corrente em 2 menor quando comparado com a próxima polarização.

Temos nessa condição uma inversão em relação ao item c, ou seja, 1-3 está reversamente polarizado e 2-3 está diretamente polarizado, logo os elétrons de 2 são repelidos devido ao negativo de Eb  e os elétrons de 1 são atraídos pela fonte Ea acrescido dos elétrons de 2 e somente uma pequena parcela de elétrons que chegam em 3 são atraídos pelo positivo de Eb que tem uma tensão menor que Ea.

Vemos, portanto que o item c e d funcionam de forma idêntica, só que d tem um funcionamento mais adequado, pois tendo 2 uma maior quantidade de elétrons que 1 isso acarreta um maior fluxo de elétrons, portanto uma maior corrente e potência  elétrica. O item c terá um menor fluxo de elétrons e, portanto uma menor potência dissipada, dessa forma sua utilização fica restrito aos circuitos integrados na família TTl.

Voltando ao item d observamos que a camada 2 é quem está emitindo os elétrons e devido a esse fato a mesma é chamada de emissor representado pela letra E, já a camada 1 é quem está recebendo os elétrons, portanto é um coletor de elétrons representado pela letra C e suas dimensões são maiores para dissipar a potência e finalmente a camada intermediária 3 deve ser mais estreita possível para evitar-se a recombinação dos pares elétrons-lacunas e é ela a base de sustentação entre o emissor e o coletor, portanto representada pela letra B de base.

O sentido da corrente elétrica será o convencional, logo contrário ao sentido do fluxo dos elétrons e dessa forma temos:   IE  = IC + IB

Estando as fontes Ea e Eb em paralelo com suas respectivas junções temos: Ea = VCB  e  Eb = BBE , logo VCE = VCB + VBE e ainda a potência dissipada no coletor PC = VCE  x IC

O valor de VBE será [ 0,6V < VBE < 0,7V ], para efeito de cálculo utilizaremos VBE = 0,6V.