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Transistor bipolar, Notas de estudo de Eletrônica

Faculdade de Tecnologia SENAI Porto Alegre (FATEC SENAI)Eletrônica

Transistor bipolar

Tipologia: Notas de estudo

2012

Compartilhado em 15/12/2012

alex-gomes-ag-3
alex-gomes-ag-3 🇧🇷

4.6

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bg1
SENAI-RJ 103
Eletrônica Básica – Transistor bipolar
Transistor
bipolar
Nesta seção...
4
Conceito
Estrutura básica
Tipos de transistores
Terminais do transistor
Simbologia
Aspecto real dos transistores
Teste de transistores
Defeitos comuns nos transistores
Tensões nos terminais do transistor
Junções do transistor e polaridade das tensões nos terminais
Polarização simultânea das junções
Princípio de funcionamento do transistor bipolar
Ganho de corrente do transistor
Configurações de ligação do transistor
Curvas características de um transistor
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pfe
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Transistor

bipolar

Nesta seção...

Conceito

Estrutura básica

Tipos de transistores

Terminais do transistor

Simbologia

Aspecto real dos transistores

Teste de transistores

Defeitos comuns nos transistores

Tensões nos terminais do transistor

Junções do transistor e polaridade das tensões nos terminais

Polarização simultânea das junções

Princípio de funcionamento do transistor bipolar

Ganho de corrente do transistor

Configurações de ligação do transistor

Curvas características de um transistor

Tipos de transistores

A configuração de estrutura em forma de sanduíche permite que se obtenham dois tipos distintos
de transistores:
  • um, com pastilhas externas de material N e pastilha central de material P. (Fig. 2)
Este tipo de transistor é denominado de transistor bipolar NPN.

Fig. 2

  • outro, com pastilhas externas de material P e pastilha central de material N, denominado de
transistor bipolar PNP. (Fig. 3)

Fig. 3

Os dois tipos de transistores podem cumprir as mesmas funções, diferindo apenas na forma
como as fontes de alimentação são ligadas ao circuito eletrônico.
N P N P N P

Terminais do transistor

Cada uma das pastilhas formadoras do transistor é conectada a um terminal que permite a
interligação da estrutura do componente aos circuitos eletrônicos. (Fig.4)

Fig. 4

Os terminais recebem uma designação que permite identificar cada uma das pastilhas:
  • a pastilha central é denominada de base, representada pela letra B;
  • uma das pastilhas externas é denominada de coletor, representada pela letra C;
  • a outra pastilha externa é denominada de emissor, representada pela letra E.
A figura 5 apresenta os dois tipos de transistores com a identificação dos terminais.
N P N
E P^ N^ P C
B
N P N
B
E C

Fig. 5

Embora as pastilhas do coletor e do emissor sejam do mesmo tipo de material semicondutor, não
é possível trocar as ligações de um terminal com o outro nos circuitos eletrônicos porque existe
diferença de volume de material semicondutor e de intensidade de dopagem entre as pastilhas.

Aspecto real dos transistores

Os transistores podem se apresentar nos mais diversos formatos (encapsulamentos), que geral-
mente variam em função:
  • do fabricante;
  • da função da montagem;
  • do tipo de montagem;
  • da capacidade de dissipar calor.
Por essa razão, a identificação dos terminais do transistor deve sempre ser feita com auxílio de
um manual de transistores ou folheto técnico específico do fabricante do componente.

Fig. 8

A figura 8 apresenta alguns tipos construtivos de transistores.
A figura 9, abaixo, é parte de um folheto técnico de um transistor, mostrando a posição dos seus
terminais.

Vista inferior (^) Vista frontal

Vista lateral

Fig. 9

Teste de transistores

Existem equipamentos destinados especificamente aos mais diversos testes nos transistores.
Entretanto, pode-se realizar um teste nos transistores usando um multímetro, o que permite
detectar os seus defeitos mais comuns.
Da mesma forma que em um diodo, o teste de transistores com multímetro não é definitivo. Um
diodo pode não apresentar defeito no teste com multímetro e mesmo assim apresentar mau funciona-
mento quando operando com tensões elevadas.
O teste com o multímetro detecta apenas os defeitos mais comuns nos transistores e diodos
como:
  • curto em uma junção PN;
  • abertura de uma junção PN.

Relembrando o teste de diodos

Para testar um diodo com multímetro, primeiro realiza-se a identificação da polaridade real das
pontas de prova do multímetro.
Após essa identificação, realiza-se o teste do diodo. (Fig. 10)

Baixa resistência Alta resistência

Fig. 10

Se a junção PN (diodo) em teste estiver em curto ou aberta, as leituras indicarão.
Dessa forma verifica-se que o transistor, para fins de teste com o multímetro, pode ser tratado
como dois diodos ligados em oposição. (Fig. 13)

Fig. 14

vermelho

preto

preto Os “diodos”devem conduzir

NPN
B
C
E

c

E
B
B
E

c

NPN
PNP
B

c

c

B

E
E

Fig. 13

A partir dessa conclusão, pode-se afirmar que testar um transistor é verificar se existe curto-
-circuito ou abertura entre cada par de terminais (BC, BE, CE).

Teste das junções base-coletor e base-emissor

Através desse teste pode-se verificar se há curto-circuito ou abertura das junções PN entre
base–emissor e base–coletor.
A polaridade apresentada nas pontas de prova das figuras que seguem corresponde a sua po-
laridade real (ponta de prova preta → - (sinal negativo); ponta de prova vermelha →
+ (sinal positivo).
Tomando como base um transistor NPN para a realização do teste de abertura das junções,
temos a situação mostrada na figura 14.
Com potencial positivo aplicado à base (anodos dos “diodos”), o instrumento deve indicar que
existe continuidade entre base–coletor e base–emissor. Pode-se afirmar, então, que não existe junção
aberta (BC ou BE).
Se houver uma junção aberta (BC ou BE) o instrumento indicará resistência altíssima (infinita)
quando esta junção estiver sendo testada.
Confira agora o teste de curto-circuito nas junções, apresentado na figura 15.

Os “diodos”devem bloquear

NPN
B
E
C
Fig. 15
Observa-se que agora a polaridade aplicada aos “diodos” é tal que deve fazer com que estes se
bloqueiem, indicando alta resistência. Se isto ocorrer, será possível afirmar que não existe curto entre
base–coletor e base–emissor.
Se houver uma junção em curto, o instrumento indicará baixa resistência.
Deve-se ainda proceder a teste entre coletor e emissor do transistor NPN, que deve apresentar
alta resistência nas duas medições, como mostram as figuras 16 e 17.
Fig. 16

Teste de curto-circuito

Fig. 19

Teste de coletor-emissor

Alta resistência nas duas medidas Fig. 20

PNP

Os “diodos”devem bloquear

C
E
B
I m p o r t a n t e
Os testes devem ser realizados utilizando as escalas de resistência R X 10 ou
R X 100 (preferencialmente usa-se a escala R X 10). Não se podem encostar uma na outra as
partes metálicas das pontas de prova, pois isso pode provocar erro nos testes.

Defeitos comuns nos transistores

As junções base–coletor e base–emissor são diodos. Assim sendo, devem indicar condução em
um sentido e bloqueio em outro, quando se invertem as ponteiras do multiteste sobre os terminais do
transistor. Se isso não ocorre, há um defeito que deve ser identificado.
Com este teste identificam-se os seguintes defeitos:

Curto em junção

Se, ao realizar o teste em uma das junções, foi verificada condução nos dois sentidos, a junção
está em curto e o transistor está danificado.
A figura 21 ilustra a existência de um curto na junção base–coletor do transistor.

Fig. 21

Abertura de uma junção

Se, ao realizar teste em uma das junções, se verifica bloqueio nos dois sentidos, houve rompi-
mento na ligação entre as duas pastilhas semicondutoras. Diz-se que a junção em teste está aberta e,
neste caso, o transistor está danificado.
A figura 22 mostra os resultados do teste realizado em uma junção base–emissor aberta.

Preto

Vermelho

C
B
E

Vermelho

Preto

Condução Condução

– B
C
E
B
C
E E
C
B

Bloqueio Bloqueio

Preto

Vermelho

Vermelho

Preto

Fig. 22

  • uma junção PN entre o cristal de base e o cristal do coletor, chamada de junção base–coletor.
(Fig. 24)
Fig. 24
Ao se unirem as três pastilhas semicondutoras de um transistor, ocorre um processo de difusão
dos portadores. Como em um diodo, esse processo de difusão dá origem a uma barreira de potencial
em cada junção.
No transistor, portanto, existem duas barreiras de potencial que se formam com a junção dos
cristais:
  • a barreira de potencial na junção base–emissor.
  • a barreira de potencial na junção base–coletor.
As figuras 25 e 26 mostram as barreiras de potencial nos dois tipos de transistor.

Fig. 25 Fig. 26

Junção base–emissor

Na condição de funcionamento, denominada de funcionamento na região ativa, a junção
base–emissor é polarizada diretamente.
A condução da junção base–emissor é provocada pela aplicação de tensão externa entre base e
emissor, com polaridade correta (tensão positiva no material P e negativa no material N).
C
E
B
P
N
P
B
C
E
N
P
N

Junção CB

N
P
N
P
N
P
As figuras 27 e 28 mostram a polaridade das tensões de base e de emissor em cada tipo de
transistor.
P
N
P
PNP
B
C
E
N
P
N
B
C
E
NPN

Fig. 29 Fig. 30

NPN
N
P
N
B
E
C
P
N
P
B
C
E
PNP

Fig. 27

Fig. 28

Junção base-coletor

Na região de funcionamento ativo, a junção base–coletor é polarizada inversamente.
O bloqueio da função base–coletor é provocado pela aplicação de tensão externa entre base–
–coletor, com polaridade adequada (tensão positiva no material N e negativa no material P).
As figuras 29 e 30 mostram a polaridade das tensões de coletor em relação à base em cada tipo de
transistor.
B1 B
A t e n ç ã o
Transistor → região ativa
  • a junção base–emissor deve ser polarizada diretamente.
  • a junção base–coletor deve ser polarizada inversamente.

Fig. 33

Analisando a figura observa-se que:
  • a bateria B1 polariza a junção base–emissor do transistor diretamente.
  • a bateria B2 aplica uma tensão positiva ao coletor, maior que a tensão positiva da base.
Se o coletor é mais positivo que a base, então esta é mais negativa que aquele, de forma que a
junção base–coletor fica polarizada inversamente. (Fig. 34)

Fig. 34

  • tensão de coletor a base (denominada de VCB). (Fig. 36)

Fig. 36

  • tensão de coletor a emissor (denominada de VCE). (Fig. 37)

Fig. 37

Fig. 35

B
V BE
C
E
A alimentação simultânea das duas junções, através das baterias externas, dá origem a três
tensões entre os terminais do transistor. Observe:
  • tensão de base a emissor (denominada de VBE). (Fig. 35)
V C B
E
B
C
V C E
C
E
B