Transistor Bipolar de Junção TBJ Funcionamento Configurações e Polarização

Dispositivos de Circuitos Eletrônicos Aula 3 Prof Landulfo Silveira Jr landulfojuniorulifecombr Assunto da aula 4 TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO TBJ Funcionamento do TBJ Configuração EC BC e CC Polarização do TBJ transistor como chave Transistor transfer resistor ou resistor de transferência O transistor de junção bipolar TJB é o tipo de transistor mais comum devido sua facilidade de polarização e durabilidade Recebe este nome porque o processo de condução é realizado por dois tipos de carga positiva lacunas e negativa elétrons O transistor de junção bipolar foi o primeiro tipo de transistor a ser produzido e que valeu o Prêmio Nobel aos seus inventores Os primeiros transistores foram produzidos com germânio e logo depois começou a ser utilizado o silício O objetivo dos inventores foi substituir as válvulas termiônicas que consumiam muita energia tinham muito baixo rendimento e funcionavam com tensões da ordem das centenas de volts O TJB é um dispositivo de três terminais sendo os quais a Base o Emissor e o Coletor O nome bipolar vem do transporte de carga se efetuar por dois portadores elétrons e lacunas Existem essencialmente dois tipos de TJB o do tipo NPN e PNP O primeiro tem semicondutor de que é feito o Coletor a Base e o Emissor dopado NPN respectivamente De modo análogo se passa com o do tipo PNP O parâmetro mais importante utilizado nos modelos do TJB é o ganho de corrente entre coletor e base denotado por β Este está relacionado com o processo de fabricação a tecnologia e as dimensões do dispositivo Estrutura física Junções PNP e NPN A região de Base é bem estreita em relação ao Emissor e Coletor 1150 e a base é menos dopada 110 sendo o Emissor o mais dopado A resistência da base é mais elevada que nas outras partes Junções do TBJ e regiões de depleção As junções em temperatura ambiente e equilíbrio térmico do dispositivo formam duas Regiões de Depleção em torno de JçEB e de JçCB Sem efeito de polarizações externas cada uma das regiões de depleção se comporta tal como nos diodos As regiões de operação do TBJ dependem de um polarização simultânea das duas junções e as condições necessárias são indicadas a seguir Com Polarização simultânea JçEB JçCB CORTE Reversa Reversa ATIVA Direta Reversa SATURAÇÃO Direta Direta Polariação junçao NPN Elétrons injetados Difusão de elétrons Elétrons coletados Lacunas injetadas Elétrons recombinados Fluxo de corrente no TBJ NPN Com a tensão externa VBE 07V o diodo BaseEmissor conduz através da injeção de elétrons do Emissor para a Base Sendo a Base estreita e pouco dopada uma pequena parte destes elétrons se recombinam com as lacunas majoritárias na Base A maior parte do elétrons vindo do Emissor são acelerados pelo potencial positivo na junção reversa no Coletor e pelo potencial positivo externo de VCB Assim grande parte dos elétrons atravessam a Base e a junção JçCB e são acelerados para o ou coletados no Coletor A corrente de Emissor IE é portanto a porção de elétrons injetados mais a porção de lacunas da Base para o Emissor A corrente de Base IB é a porção de lacunas que deixam a base em direção do Emissor e a porção de lacunas que se recombinam com elétrons A corrente de Coletor IC se constitui dos elétrons que atravessam a base e a junção reversa JçCB Região Ativa transistor PNP JçEB Direta Depleção reduzida diodo em condução VBE 07 V JçCB Reversa Depleção aumentada diodo em corte IE lacunas injetadas IB lacunas recombinadas elétrons perdidos IC lacunas atraídas pelo potencial de VCB potencial negativo no Coletor Para o transistor PNP a analise é a mesma que o NPN porém com as cargas trocadas Transistor símbolo e relações básicas B base C coletor E emissor Relações básicas do transistor BE CB CE BE E C B C V V V V I I I I V 70 Onde VBE tensão entre a base e o emissor VCE tensão entre o coletor e o emissor VCB tensão entre o coletor e a base NPN PNP Configurações EC BC e CC Emissor comum EC de longe a polarização mais utilizada Emissor Comum Base Comum Coletor Comum Configuração Emissor Comum Curvas características entrada VBE x IB e saída VCE x IC Configuração Base Comum Curvas características entrada VBE x IE e saída VCB x IC Configuração Coletor Comum Seguidor de Emissor Utilizado como casador de impedância possui alta impedância de entrada e baixa de saída As curvas características são iguais às de emissor comum Curvas características entrada VBE x IB e saída VCE x IC Datasheet 2N4123 NPN general purpose transistor httpspdf1alldatasheetcomdatasheetpdfdownload50017FAIRCHILD2N4123html Parâmetros importantes hfe ganho β VCEmáx ICmáx 2N4123 OFF CHARACTERISTICS VBRCEO CollectorEmitter Breakdown Voltage IC 10 mA IB 0 30 V VBRCBO CollectorBase Breakdown Voltage IC 10 μA IE 0 40 V VBREBO EmitterBase Breakdown Voltage IE 10 μA IC 0 50 V ICBO Collector Cutoff Current VCB 20 V IE 0 50 nA IEBO Emitter Cutoff Current VEB 30 V IC 0 50 nA ON CHARACTERISTICS hFE DC Current Gain VCE 10 V IC 20 mA 50 150 VCE 10 V IC 50 mA 25 VCEsat CollectorEmitter Saturation Voltage IC 50 mA IB 50 mA 03 V VBEsat BaseEmitter Saturation Voltage IC 50 mA IB 50 mA 095 V SMALL SIGNAL CHARACTERISTICS Cob Output Capacitance VCB 50 V f 100 kHz 40 pF Cib Input Capacitance VEB 05 V f 01 MHz 80 pF hfe SmallSignal Current Gain IC 20 mA VCE 10 V f 10 kHz IC 10 mA VCE 20 V f 100 MHz 50 200 25 fT Current Gain Bandwidth Product IC 10 mA VCE 20 V f 100 MHz 250 MHz NF Noise Figure VCE 50 V IC 100 μA RS 10 kΩ BW 10 Hz to 157 kHz 60 dB Aplicação básica Transistor como chave Um circuito com TBJ pode ser empregado para funcionar como uma chave LigaDesliga Para tal o circuito deve ser polarizado para que o transistor opere na região de saturação e corte Exemplo circuito de chaveamento O circuito abaixo é um exemplo de aplicação do transistor TBJ como uma chave Circuito inversor de sinal em lógica computacional saturação corte IB Porta inversora de sinal 3 μA 62 68x10 70 5 3 B B B BE i B BE B B BE RB i I I R V V I V R I V V V V 0 1 39 V 6 39 5 39 V 6 820 7 79 10 79 mA 7 10 12562 3 3 6 C C RC CC CE C RC C C RC C B C V V V V V V V x R I V I x I I Transistor está SATURADO pois VC é negativo quando há corrente em IB De fato VC 0 V de fato na prática VC é muito pequeno mas não zero Exercício Projete um circuito transistorizado transistor BC537A ou 2N4123 para acionar um LED branco utilizando a saída digital de um arduino VSD 50 V O LED apresenta as seguintes características VLED 30 V e ILED 30 mA Circuito acionador de LED via Arduino Quando um circuito a transistor é usado para acionar um relé um cuidado especial deve ser tomado quando há o corte de Vi pois esse degrau gera um corte em IC ocorrendo a descarga do relé sob a forma de pico de alta tensão em VL que pode queimar o transistor por aumento da tensão reversa em VCE Circuito acionador de relé Para tal utilizase um diodo reversamente polarizado em paralelo com o relé Pósaula estudo de assuntos discutidos na aula e preparação para os assuntos das próximas aulas Fazer um mapa conceitual do transistor bipolar de junção com as polarizações possíveis EC BC e CC Ler o capítulo 4 Polarização CC do TBJ BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos 8ª edição São Paulo Editora Pearson PrenticeHall 2004 pdf disponível no Ulife material complementar A 11ª edição está disponível em Minha Biblioteca Projetar e simular no CircuitLab httpswwwcircuitlabcom um circuito com transistor como chave para acionar um relé de 12 V 100 mA Obrigado pela presença Boa semana a todos Abraços