Transistores de Junção Bipolar (TJB ou BJT): Estrutura, Operação e Aplicações, Resumos de Dispositivos Semicondutores

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Dispositivos Eletrônicos I

Transistores de Junção Bipolar (TJB ou BJT) Instituto Federal Catarinense Campus Blumenau Curso de Engenharia Elétrica Professor Damian Larsen Bogo

• Foi inventado em 1947 no Bell Telephone Laboratories, que resultou no Prêmio Nobel de Física em 1956.
• Resultou não só na substituição dos circuitos valvulados, mas na revolução dos circuitos eletrônicos;
• É um dispositivo de três terminais, que pode ser utilizado em diversas aplicações, como amplificação de sinal, lógica, memórias, etc.

Estrutura e Operação

• Estrutura simplificada:
  • Tipo PNP

Estrutura e Operação

• O transistor consiste em duas conexões pn , a conexão emissor-base (EBJ) e a conexão coletor-base (CBJ).
• Dependendo da condição de polarização, diferentes modos de operação teremos.
• Vale ressaltar que a tanto em tamanho, quanto em dopagem, os transistores não são simétricos.

Estrutura e Operação

• O modo ativo é o modo região mais importante, é quando o transistor opera como amplificador.
• O modo de saturação e de corte são utilizados para aplicações de chaveamento. No modo de corte não há circulação de corrente.

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Das três formas de operação o modo ativo é o mais importante.
• Nosso estudo em transistores focará no modo ativo.

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Corrente de Base: 𝑖 𝐵 = 𝑖 𝑐 𝛽 𝑖 𝐵 = 𝐼 𝑆 𝛽 𝑒 ൗ 𝑣𝐵𝐸 𝑉𝑇
• Para transistores, 𝛽 normalmente varia entre 50 e 200 , mas pode chegar a 1000.
• 𝛽 é chamado de ganho de corrente emissor comum

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Corrente de Emissor:
  • Respeitando a LCK 𝑖𝐸 = 𝑖𝐶 + 𝑖𝐵 𝑖 𝐸 = 𝛽 + 1 𝛽 𝑖 𝐶 𝑖 𝐸 = 𝛽 + 1 𝛽 𝐼 𝑆 𝑒 ൗ 𝑣𝐵𝐸 𝑉𝑇

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Corrente de Emissor:
  • Podemos escrever 𝛽 em função de 𝛼: 𝛽 = 𝛼 1 − 𝛼
  • Para um 𝛽 = 100 , temos que 𝛼 ≅ 0 , 99. Logo, pequenas mudanças de 𝛼 correspondem a grandes mudanças de 𝛽.

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Os modelos apresentados no slide anterior são aplicáveis a qualquer valor positivo de 𝑣 𝐵𝐸 . Diferentemente do que veremos, nesses casos não temos limitação de 𝑣 𝐵𝐸 , esses modelos são utilizados para grandes sinais.

Estrutura e Operação – Modo Ativo Transistor npn

• Exemplo:
  • Um transistor npn com 𝐼𝑆 = 10 − 15 𝐴 e 𝛽 = 100 está conectado da seguinte forma: O emissor está aterrado, a base é alimentada por uma fonte de corrente constante de 10 𝜇𝐴, o coletor está conectado a uma fonte de tensão de 5 V através de um resistor de 3 kΩ. Assumindo que o transistor está operando no modo ativo, determine 𝑉𝐵𝐸 e 𝑉𝐶𝐸. Substitua a fonte de corrente por um resistor conectado a fonte de 5 V e calcule o valor deste para que opere nas mesmas condições.

Estrutura e Operação – Modo Saturado Transistor npn

• Para que o transistor opere no modo ativo, CBJ precisa estar reversamente polarizado.
• No caso de um transistor npn , isso significa que 𝑣 𝐶𝐵 ≥ 0. Contudo, sabemos que a junção pn não fica diretamente polarizada antes de atingir 0 , 4 𝑉.
• Logo, o transistor consegue manter o modo ativo até que a tensão 𝑣 𝐶𝐵 seja aproximadamente − 0 , 4 𝑉.

Estrutura e Operação – Modo Saturado Transistor npn