Transistor Bipolar de Junção TBJ: Funcionamento, Polarização e Configurações

Transistor Bipolar de Junção TBJ É um componente semicondutor de três terminais coletor base emissor onde uma pequena corrente em um terminal base controla uma corrente bem maior que atravessa os outros dois terminais É construído sobrepondo camadas de material N e P N N P Emissor Base Coletor Emissor Base Coletor P P N Emissor Base Coletor Emissor Base Coletor Transistor NPN Símbolo Transistor PNP Símbolo Polarização do transistor bipolar Junção diretamente polarizada Emissor Base Coletor N N P Ib Ie Fluxo de elétrons A junção baseemissor é polarizada diretamente fazendo com que os portadores majoritários elétrons da camada N de emissor vão para a camada da base tornandose portadores minoritários Como a base é delgada e fracamente dopada apenas alguns elétrons conseguem alcançar o terminal da base formando uma corrente de base Ib Uma nuvem de elétrons livres se concentra na região da base Junção inversamente polarizada Emissor Base Coletor N N P Ic 0A A junção basecoletor é polarizada inversamente portanto praticamente não há corrente de coletor Ic Apenas uma pequena corrente devido aos portadores minoritários da camada N coletor consegue alcançar o terminal de coletor A junção baseemissor é polarizada diretamente enquanto a junção base coletor é polarizada inversamente A camada N de emissor fortemente dopada injeta uma grande quantidade de elétrons na base devido a polarização direta Estes tornam se portadores minoritários na região da base e podem atravessar a junção basecoletor inversamente polarizada sendo atraídos pelo potencial positivo de coletor Emissor Base Coletor N N P Ib Ie Fluxo de elétrons Ic Duas junções polarizadas diretamente e inversamente Relação das correntes no transistor Ie Ic Ib ganho de corrente Ie 1Ib Diagrama esquemático Emissor Base Coletor Ie Ib Ic Ib β Ic Configurações Configuração BC Configuração CC 53 Configuração EC Ganho de tensão elevado Ganho de corrente elevado Ganho de potência elevado Configuração emissor comum transistor de silício N P N 12V C E B Vce 12V Vbe 07V Vbc 113V 07V Diagrama esquemático Vbc Vce Vbe Curvas características do transistor para configuração emissor comum Vce Vbe Rb Rc Ib Ic Circuito de entrada Circuito de saída Entrada Ib μA Vbe V 07V Saída Circuitos digitais Região de corte chave aberta e saturação chave fechada Ic mA Vce V Ib4 Ib3 Ib2 Ib1 Região Linear ativa Região de saturação Região de corte Ib4 Ib3 Ib2 Ib1 Limites de operação do transistor Icmáx máxima corrente de coletor permitida Vcemáx máxima tensão de coletoremissor permitida Vcesat mínima tensão coletoremissor que garante que o transistor está operando na região linear ou saturação Pcmáx potência máxima permitida dissipada no coletor do transistor Pc Vce Ic W IcmA Vce V Vcemáx Icmáx Vcesat 03V Curva Pcmáx Região proibida Especificações técnicas ESPECIFICAÇÕES MÁXIMAS Especificação Símbolo 2N4123 Unidade Tensão coletoremissor VCEO 30 Vcc Tensão coletorbase VCBO 40 Vcc Tensão emissorbase VEBO 50 Vcc Corrente de coletor contínua Ic 200 mAce Dissipação total do dispositivo TA 25C PD 625 mW Redução acima de 25C 50 mWC Faixa de temperatura da junção e de armazenamento TjTstg 55 a 150 ºC CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS Característica Símbolo Máx Unidade Resistência térmica entre junção e encapsulamento RθJC 833 ºCW Resistência térmica entre junção e ambiente RJCA 200 ºCW 2N4123 ENCAPSULAMENTO 2904 TIPO 1 TO92 TO226 AA TRANSISTOR NPN DE SILÍCIO DE PROPÓSITO GERAL Especificações técnicas CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS TA 25C a menos que especificado outro valor Características Símbolo Min Mín Unidade CARACTERÍSTICAS NO ESTADO DESLIGADO Tensão de ruptura coletoremissor 1 IC 10 mAcc IE 0 VBRCEO 30 VCC Tensão de ruptura coletorbase IC 10 μAcc IE 0 VBRCBO 40 VCC Tensão de ruptura emissorbase IE 10 μAcc IC 0 VBREBO 50 VCC Corrente de corte do coletor VCE3 20 Vcc IE 0 ICBO 50 nAcc Corrente de corte do emissor VBE 30 Vcc IC 0 IEBO 50 nAcc CARACTERÍSTICAS NO ESTADO LIGADO Ganho de corrente cc IC 20 mAcc VCEi 10 Vcc hFE 50 150 IC 50 mAcc VCE 10 Vcc 25 Tensão de saturação do coletoremissor 1 IC 50 mAcc IB 50 mAcc VCEsat 03 Vcc Tensão de saturação baseemissor 1 IC 50 mAcc IB 50 mAcc VBEsat 095 Vcc CI Transistor Vista superior C B E NC E B C 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 C B E NC E B C pnp ou npn Polarização e Aplicações do Transistor Polarização é a aplicação de tensões contínuas em um circuito para estabelecer valores fixos de corrente e tensão ponto quiescente Q O ponto de operação do transistor Q pode mudar de acordo com o sinal de entrada em comando Ib Ic mA Vce V Ib Ponto Q VceQ IcQ Polarização fixa Equação de entrada Vcc IbRb Vbe Equação de saída Vcc IcRc Vce Se Vce 03V Ic Ib Se Vce 03V Ic Ib considerase Vce 03V Vce Vbe Rb Rc Ib Ic Circuito de entrada Circuito de saída Vcc Exemplo 1 Vce Vbe Rb Rc Ib Ic Vcc 22k 240k 50 12V Entrada 12V Ib240k 07V Ib 12V 07V240k 47A Saída 12V Ic22k Vce Ic 50 47A 24mA Vce 12V 24mA 22k 67V Resultado gráfico Ic mA Vce V Ib 47A Ponto Q 68V 24mA Exemplo 2 Entrada 12V Ib100k 07V Ib 12V 07V100k 113A Saída 12V Ic22k Vce Ic 50 113A 56mA Vce 12V 56mA 22k 03V Como Vce 03V então considerase Vce 03V Recalculando Ic 12V Ic22k 03V Ic 12V 03V22k 5mA Vce Vbe Rb Rc Ib Ic Vcc 22k 100k 50 12V Resultado gráfico Ic mA Vce V Ib 113A Ponto Q 03V 5mA Determinar a região de operação Vbc Vce Vbe 1K 70K β 100 12 V 5 V Determinar a região de operação Vbc Vce Vbe 1K 50K Reg Linear β 100 β 50150 10V 10V Dados Ic 10mA Vce 3V V1 5V Calcular R1 e R2 Calcular ib1 ib2 ic1 ic2 Vce1 Vce2 Ib1 106 uA Ic1 106 mA Ib2 10706 mA Ic2 10706 mA Vce2 31342 Vce2 24342 Exercício Vbc Vce Vbe Rc Rb Considerar βsat 10 Determinar os valores de Rb e Rc para que o Led ligue e desligue com entradas Vbb0 e 10 V Dados Id 12 mA Vd 14V 12mA Vcc 10v Vbb 0 10 Portas lógicas com transistor Porta lógica inversora Símbolo S Rb Rc Vcc A A S 1 Quando A 0V transistor aberto Ib 0A Ic 0A S 5V S Rb Rc Ib Ic 5V A 2 Quando A 5V transistor fechado Malha de entrada Ib 5V07VRb Ib é suficiente para saturar o transistor Malha de saída 5V IcRc Vce Vce S 03V Ic 5V 03VRc Vce Rb Rc Ib Ic 5V S A 5V Tabela porta inversora A S 0V 5V 5V 0V A S 0 1 1 0 Porta lógica NOR Símbolo Tabela lógica S Rb Rc Vcc A B B A S 0V 0V 5V 0V 5V 0V 5V 0V 0V 5V 5V 0V B A S Funcionamento 1 Quando A B 0V Ib 0A Ic 0A 5V Ic Rc Vce Vce S 5V S Rb Rc 5V A B Ib Ic Vce 2 Quando A ou B 5V Malha de entrada Malha de saída 5V 07V IbRb Vbe Vce S 03V Ib 5V 07V 07VRb 5V Rc Ic 03V Ib é suficiente para saturar o transistor Ic 5V 03VRc S Rb Rc 5V Ib Ic Vce 5V Diodo aberto Diodo conduzindo 3 Quando A B 5V Ib é suficiente para saturar o transistor Vce S 03V S Rb Rc 5V Ib Ic Vce 5V Diodo conduzindo Diodo conduzindo Porta lógica NAND Símbolo Tabela lógica S Rb Rc 5V A B 5V B A S 0V 0V 5V 0V 5V 5V 5V 0V 5V 5V 5V 0V Funcionamento 1 Quando A B 0V Malha de entrada IRb 5V VbRb Vb 07V Ib 0A Ic 0A Malha de saída 5V Ic Rc Vce Vce S 5V S Rb Rc 5V A B 5V IRb Ib Ic Vce Vb Diodos conduzindo Diodo cortado 2 Quando A ou B 0V Malha de entrada IRb 5V VbRb Vb 07V Ib 0A Ic 0A Malha de saída 5V Ic Rc Vce Vce S 5V S Rb Rc 5V 5V IRb Ib Ic Vce Vb Diodo conduzindo Diodos cortados 5V 3 Quando A B 5V Malha de entrada IRb Ib 5V RbIb 07V Vbe Ib 5V 07V 07VRb Ib é suficiente para saturar o transistor Malha de saída 5V Ic Rc Vce Vce S 03V Ic 5V 03VRc S Rb Rc 5V 5V IRb Ib Ic Vce Vb Diodos cortados Diodo conduzindo 5V Circuito de chaveamento com transistor Esquema Circuitos equivalentes Se A 0V Ib 0A Ic 0A S 5V chave aberta Se A 5V Ib 0A Ic 5VRc S 03V chave fechada Formas de onda de chaveamento do transistor ton tempo de ligamento 40ns toff tempo de desligamento 150ns ts tempo de armazenamento t ns A S 0V 5V 03V 5V ts ton toff t ns