Transistor Bipolar de Junção: Funcionamento e Aplicações

TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO TBJ CC O transistor bipolar de junção TBJ é um dispositivo formado por material semicondutor que permite controlar a corrente elétrica em um circuito através da variação de um sinal de entrada O TBJ é um componente eletrônico que possui três terminais denominados base coletor e emissor Ele é formado por três camadas de material semicondutor do tipo N e P as quais podem ser organizadas como NPN ou PNP Na figura 1 estão representados os esquemas dos transistores do tipo PNP e NPN Figura 1 Esquemas de transistores NPN e PNP Fonte Adaptado de OLIVEIRA 2021 As três camadas do TBJ são conectadas de modo a formar duas junções PN que são polarizadas por uma fonte de alimentação Os TBJ são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos e é considerado uma peçachave na indústria eletrônica permitindo à amplificação de sinais o chaveamento e a construção de circuitos lógicos Na figura 1 está representado o esquema das camadas nos condutores isolantes e semicondutores Figura 2 Transistor Bipolar de Junção TBJ Fonte Adaptado de SPARKFUN 2019 No TBJ quando uma corrente é aplicada à região de base ela é capaz de controlar o fluxo de elétrons que circula entre os terminais coletor e emissor permitindo ou não que a corrente flua através do transistor O TBJ é amplamente utilizado em circuitos eletrônicos para amplificação de sinal chaveamento de circuitos e na construção de circuitos lógicos Ele é uma peça fundamental na indústria de eletrônicos permitindo o desenvolvimento de tecnologias como o computador televisão telefonia celular entre outros A depender da polarização dos terminais do TBJ ou seja do nível de tensão eou corrente aplicado a eles o transistor pode em uma de três regiões que são região de corte região ativa e região de saturação Regiões do TBJ O modo de operação do TBJ pode ser controlado pela quantidade de corrente aplicada na base que pode ser usada para aumentar ou diminuir o fluxo de corrente entre o coletor e emissor A depender da polarização o TBJ pode operar em três regiões distintas corte ativa e saturação Região de corte não há fluxo de corrente entre os terminais do transistor pois a polarização das junções PN não permite a passagem de elétrons Nesta região o transistor opera como uma chave eletrônica no estado aberto ou seja em bloqueio impedindo a condução de corrente elétrica Região de saturação o transistor é fortemente polarizado e o fluxo de corrente entre os terminais do coletor e emissor é máximo Nesta região o transistor opera como uma chave eletrônica no estado fechado ou seja em condução favorecendo a condução de corrente elétrica Região ativa uma pequena corrente é aplicada na base do transistor o que permite que um grande fluxo de corrente seja controlado entre os terminais do coletor e emissor Nesta região o transistor atua como um amplificador linear de sinal Na figura abaixo está representada a curva característica do transistor para diferentes valores de corrente aplicadas a ele e as suas regiões de operação no gráfico Figura 3 Regiões de operação do TBJ para diferentes valores de corrente aplicados à base Fonte Adaptado de OLIVEIRA 2019 O TBJ operando com sinais CC Os circuitos digitais são construídos a partir de um pequeno número de elementos primitivos as portas lógicas As portas lógicas são usadas para implementações físicas da álgebra de Boole de modo que as funções lógicas possam ser implementadas para os sistemas digitais funcionarem adequadamente As portas lógicas formam a base do hardware a partir do qual todos os circuitos digitais são construídos elas são baseadas no fato de que um transistor pode operar como uma chave binária cujo tempo de comutação é muito pequeno O transistor bipolar de junção TBJ pode ser utilizado em circuitos eletrônicos com sinais de corrente contínua CC Para isso o transistor deve ter o seu controle de polarização com base na aplicação de sinais contínuos aos seus terminais permitindo ou não o fluxo de corrente contínua através de suas junções PN A polarização pode ser feita de duas maneiras polarização direta e polarização reversa Na polarização direta a junção baseemissor é polarizada diretamente e a junção basecoletor é polarizada reversamente Na polarização reversa ambas as junções são polarizadas reversamente Nas aplicações em que se utiliza o transistor somente com sinais CC podese ter o transistor operando nas regiões de corte e saturação principalmente As suas principais aplicações são no funcionamento como chaves eletrônicas a partir das quais podese ter o funcionamento de portas lógicas Com combinações de três portas lógicas formadas por transistores e resistores é possível que se faça diversas funções lógicas Abaixo estão apresentas as tabelas verdade do funcionando das três portas lógicas básicas bem como os esquemas de ligação dos transistores e resistores para desempenhar as funções desejadas Em todos os casos as condições são as seguintes Quando Vin Vc transistor fica em bloqueio e Vout Vcc Quando Vin Vc transistor fica em condução e Vout 0V terra Porta lógica NOT inversora A função lógica NOT tem como sinal de saída o inverso do sinal de entrada Figura 4 Porta lógica NOT feita com TBJ Fonte Adaptado de TANENBAUM 2001 Porta lógica NAND NÃOE A função lógica NAND apresenta sinal na saída quando qualquer um dos transistores de entrada estão em bloqueio Figura 5 Porta lógica NAND feita com TBJ Fonte Adaptado de TANENBAUM 2001 Porta lógica NOR NÃOOU A função lógica NOR apresenta sinal na saída quando ambos os transistores de entrada estão em bloqueio Figura 6 Porta lógica NOR feita com TBJ Fonte Adaptado de TANENBAUM 2001 REFERÊNCIAS BOYLESTAD NASHELSKY L Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos São Paulo Pearson 2004 OLIVEIRA JOSSANA M S F Acionamentos elétricos Chaves controláveis BJT MOSFET IGBT GTO Disponível em httpsmaterialpublicimdufrnbrcursodisciplina2444 Acesso em 12 de abril de 2023 OLIVEIRA THIAGO O que são transistores e quais tipos mais usados 2021 Disponível em 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