Transistor de Junção Bipolar (TJB)

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1 Transistor de Junção Bipolar (TJB) 25-abr-11 1

2 DEFINIÇÃO : O termo TRANSISTOR vem da expressão em inglês TRANSfer resistor (resistor de transferência), como era conhecido pelos seus inventores. É um componente que possui três terminais, e que apresenta resistência (impedância) variável entre dois deles. Essa resistência é controlada pelo terceiro terminal. O processo de transferência de resistência, significa que a variação dessa resistência (impedância), característica do componente, é feita acima ou abaixo de parâmetros (polarização por tensão DC) pré-estabelecidos. Essa variação de resistência é feita por meio da variação de corrente no terminal de controle chamado de BASE, o que consequentemente, ocasiona uma variação de corrente nos outros dois terminais onde é feita a variação de resistência que provoca o processo de amplificação ou chaveamento de sinal. APLICAÇÃO : Por sua característica de controle de corrente, o transistor pode ser utilizado como amplificador de sinal ou como interruptor eletrônico em aplicações como equipamentos de som, imagem, controles industriais, máquinas, computadores, etc abr-11 2

3 Construção do Transistor de Junção Bipolar (TJB) : O transistor é um dispositivo semicondutor que possui duas junções de materiais semicondutores, uma P-N e outra N-P formando dois bipolos, daí a origem do seu nome. 25-abr-11 3

4 Tipos de Transistor Bipolar 25-abr-11 4

5 Terminais do Transistor Bipolar 25-abr-11 5

6 Símbolos do Transistor Bipolar 25-abr-11 6

7 Funcionamento do Transistor de Junção Bipolar (TJB) : 25-abr-11 7

8 25-abr-11 8

9 Observação: 25-abr-11 9

10 Operação do Transistor de Junção Bipolar (TJB) : O transistor necessita ser polarizado convenientemente de forma funções de amplificação ou chaveamento eletrônico. a realizar suas Polarizar um transistor significa aplicar tensões contínuas (DC) em seus terminais de forma que, haja fluxo de corrente entre o terminal Emissor e o terminal Coletor, sendo que esse fluxo seja controlado pela polarização no terminal Base. Polarização NORMAL do Transistor A polarização utilizada para o TJB é chamada de Polarização Normal,. Essa polarização consiste em polarizar a Junção Emissor-Base DIRETAMENTE e a Junção Coletor-Base INVERSAMENTE. 25-abr-11 10

11 Para o transistor do tipo NPN, a polarização NORMAL é feita da mesma forma, porém o sentido das tensões de polarização (baterias) e das correntes de polarização são inversas ao transistor PNP. Representação da Polarização NORMAL para os Transistores PNP e NPN 25-abr-11 11

12 Abaixo estão as representações esquemáticas para os transistores NPN e PNP com Polarização Normal. A alimentação simultânea das duas junções, através das baterias externas, dá origem a três tensões e três correntes entre os terminais do transistor: Tensão entre base e emissor (V BE ou V EB ); Tensão entre coletor à base (V CB ou V BC ); Tensão de coletor a emissor (V CE ou V EC ); Corrente de base (I B ); Corrente de coletor (I C ); Corrente de emissor (I E ); 25-abr-11 12

13 1ª Letra: Indica o terminal referente à ponta da seta 2ª Letra: Indica o terminal referente à parte traseira da seta Sentido da corrente de EMISSOR 1ª Letra: Indica o terminal referente à ponta da seta Sentido da corrente de EMISSOR 2ª Letra: Indica o terminal referente à parte traseira da seta 25-abr-11 13

14 Equações do Transistor V CE = V BE + V CB V EC = V EB + V BC I E = I B + I C I E = I B + I C 25-abr-11 14

15 1. Formas de Polarização do Transistor Circuito de Polarização do Transistor de Junção Bipolar (TJB) : Figura 1 Figura 2 A Figura 1 apresenta a forma convencional de polarização já estudada. A Figura 2 apresenta a polarização utilizada normalmente para polarizar um transistor: o A bateria B1 polariza diretamente a junção base-emissor. o A bateria B2 aplica uma tensão positiva ao coletor. Essa tensão é maior que a tensão positiva da base, de forma que a junção base-coletor fica polarizada inversamente. 25-abr-11 15

16 2. Polarização do Transistor na configuração Emissor Comum A configuração mais frequentemente utilizada para o transistor, aparece na Figura 1 para o transistor NPN e Figura 2 para o transistor PNP. È chamada de configuração Emissor Comum, porque o emissor e comum em relação aos terminais de entrada e saída (neste caso, comum aos terminais de coletor e base). Figura 1 Transistor NPN na configuração Emissor Comum. 25-abr-11 16

17 Figura 2 Transistor PNP na configuração Emissor Comum. 25-abr-11 17

18 Controle da corrente de base sobre a corrente do coletor: A principal característica do transistor quando polarizado, é o fato de que a corrente de base (pequena) exerce um controle eficiente sobre a corrente de coletor. Esse controle é devido à influência da corrente de base sobre a largura da barreira de potencial da junção Base-Emissor, ou seja, quando V BE aumenta, a barreira de potencial torna-se mais estreita. Esse estreitamento permite que um maior número de portadores do emissor atinja a base. Esse portadores são absorvidos pelo coletor, uma vez que a base não tem capacidade para recombiná-los. Verifica-se então um aumento na corrente de coletor. Assim, se I B aumenta, I C aumenta e se I B diminui, I C diminui. 25-abr-11 18

19 3. Curvas Características do Transistor na configuração Emissor Comum Dois conjuntos de curvas características são necessários para descreverem totalmente o comportamento da configuração emissor-comum: um para circuito de entrada ou Base-Emissor e um para o circuito de saída ou Coletor-Emissor. Ambos são mostrados na Figura 3 e Figura 4. Figura 3 Curvas Características de Entrada 25-abr-11 19

20 Figura 4 Curvas Características de Saída 25-abr-11 20

21 Em resumo, quando empregado como chave em um circuito, o transistor terá dois pontos de operação de interesse: um na região de corte e outro na região de saturação. A condição de corte deveria idealmente estabelecer I C = 0 ma para tensão V CE escolhida. Como o valor de I CEO é tipicamente baixa para o silício, o corte em termos de chaveamento ocorrerá quando I B = 0 µa ou Ic = I CEO. Nota: A corrente I CEO é especificada na folha de dados do fabricante juntamente com a corrente I CBO (corrente ente coletor e base com o emissor em aberto). A corrente é a corrente de fuga especificada para a montagem em Base-Comum onde o transistor pode ser utilizado como regulador de tensão. Essa corrente é sempre fornecida pelo fabricante na folha de dados do transistor, ao contrário da corrente I CEO que algumas vezes não é fornecida porém ela pode ser obtida a partir de I CBO. 25-abr-11 21

22 4. Ganho de Corrente do Transistor (β) Através de um transistor, é possível utilizar uma pequena corrente (I B ) para controlar a circulação de uma corrente de valor muito maior (I C ). A corrente controlada (I C ) e a corrente de controle (I B ) podem ser relacionadas entre si para determinar quantas vezes uma é maior que a outra, ou seja: β = I C I B O resultado dessa relação é denominado tecnicamente de Ganho de Corrente Contínua entre base e coletor, representado pela letra grega β (beta) para corrente contínua (ou hfe para corrente alternada). Conhecendo-se o ganho de corrente entre base e coletor ( β ), é possível determinar a corrente de coletor a partir da corrente de base, ou seja: I = β. C I B 25-abr-11 22

23 Para o Transistor funcionando com chave em um circuito, o ganho de corrente β utilizado é o chamado beta de saturação (β SAT ) que corresponde ao ganho de corrente quando o transistor se encontra na região de SATURAÇÃO. Esse ganho pode ser obtido na Folha de dados do transistor. Nessa folha são fornecidos os parâmetros de saturação incluindo I BSAT e I CSAT. Com esses valores podemos calcular oβ SAT. β SAT = I I CSAT BSAT 25-abr-11 23

24 5. Encapsulamento do Transistor e Identificação dos Terminais Após o transistor ter sido fabricado, são adicionados terminais de ouro, alumínio ou níquel, eles são acrescentados à estrutura e encapsulados em um invólucro do tipo mostrado na Figura 5. Aqueles de construção mais robusta são dispositivos de alta potência, enquanto os que possuem um pequeno encapsulamento metálico na forma de chapéu (top hat) ou estrutura de plástico são dispositivos de baixa ou média potência. Figura 5 Tipos de Transistores 25-abr-11 24

25 Sempre que possível, no encapsulamento do transistor haverá alguma marca indicando os terminais que estão conectados ao emissor, coletor ou base de um transistor. Alguns dos modelos normalmente utilizados estão indicados na Figura 6. Ponto Branco (Encapsulamento) Figura 6 Identificação dos Terminais do Transistor A construção interna de uma pastilha TO-92 da linha Fairchild aparece na Figura 7 abaixo. Observe o tamanho bem reduzido do dispositivo semicondutor real. Ha fios de conexão de ouro, uma armação de c obre e um encapsulamento de material epóxi. 25-abr-11 25

26 Chip Passivado Estrutura de Cobre Injeção axial de Composto Moldado Invólucro de Epóxi Saliências Travantes (b) (c) Transistor 2N4123 (a) Figura 7 Construção Interna de um Transistor TO abr-11 26

27 25-abr-11 27

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