Transistor de Junção Bipolar

Definição de BJT

O Transistor Bipolar de Junção (também conhecido como BJT ou Transistor BJT) é um dispositivo semicondutor de três terminais composto por duas junções p-n que são capazes de amplificar ou aumentar um sinal. É um dispositivo controlado por corrente. Os três terminais do BJT são a base, o coletor e o emissor. O BJT é um tipo de transistor que utiliza elétrons e furos como portadores de carga.

Um sinal de pequena amplitude, se aplicado à base, está disponível na forma amplificada no coletor do transistor. Esta é a amplificação fornecida pelo BJT. Note que é necessário uma fonte externa de alimentação DC para realizar o processo de amplificação.

Existem dois tipos de transistores bipolares de junção – transistores NPN e transistores PNP. Um diagrama desses dois tipos de transistores bipolares de junção é dado abaixo.

A partir da figura acima, podemos ver que cada BJT tem três partes chamadas emissor, base e coletor. JE e JC representam a junção do emissor e a junção do coletor, respectivamente. Agora, inicialmente, é suficiente para nós saber que a junção emissor-base está polarizada diretamente e as junções coletor-base estão polarizadas inversamente. O próximo tópico descreverá os dois tipos desses transistores.

Transistor Bipolar de Junção NPN

Em um transistor bipolar n-p-n (ou transistor NPN), um semicondutor do tipo p reside entre dois semicondutores do tipo n. No diagrama abaixo, um transistor n-p-n é mostrado. Agora, IE, IC são a corrente do emissor e a corrente do coletor, respectivamente, e VEB e VCB são a tensão emissor-base e a tensão coletor-base, respectivamente. De acordo com a convenção, se para o emissor, base e coletor, as correntes IE, IB e IC entram no transistor, o sinal da corrente é considerado positivo e, se a corrente sai do transistor, o sinal é considerado negativo. Podemos tabular as diferentes correntes e tensões dentro do transistor n-p-n.

Transistor Bipolar de Junção PNP

De maneira semelhante, para o transistor bipolar de junção p-n-p (ou transistor PNP), um semicondutor do tipo n está intercalado entre dois semicondutores do tipo p. O diagrama de um transistor p-n-p é mostrado abaixo.

Para transistores p-n-p, a corrente entra no transistor através do terminal do emissor. Como qualquer transistor bipolar de junção, a junção emissor-base está polarizada diretamente e a junção coletor-base está polarizada inversamente. Podemos tabular a corrente do emissor, base e coletor, bem como a tensão emissor-base, coletor-base e coletor-emissor para transistores p-n-p também.

Princípio de Funcionamento do BJT

A figura mostra um transistor n-p-n polarizado na região ativa (veja polarização do transistor), a junção BE está polarizada diretamente, enquanto a junção CB está polarizada inversamente. A largura da região de esgotamento da junção BE é menor em comparação com a da junção CB.

A polarização direta na junção BE diminui o potencial de barreira, permitindo que os elétrons fluam do emissor para a base. Como a base é fina e levemente dopada, ela possui muito poucos furos. Cerca de 2% dos elétrons do emissor recombina com furos na base e flui para fora através do terminal da base.

Isso constitui a corrente de base, que flui devido à recombinação de elétrons e furos (note que a direção da corrente convencional é oposta ao fluxo de elétrons). O grande número restante de elétrons cruzará a junção coletor polarizada inversamente para constituir a corrente do coletor. Assim, pela Lei de Kirchhoff das Correntes (KCL),

A corrente de base é muito pequena em comparação com as correntes do emissor e do coletor.

Aqui, a maioria dos portadores de carga são elétrons. O funcionamento de um transistor p-n-p é o mesmo do n-p-n, a única diferença é que a maioria dos portadores de carga são furos em vez de elétrons. Apenas uma pequena parte da corrente flui devido aos portadores de carga majoritários e a maior parte da corrente flui devido aos portadores de carga minoritários em um BJT. Portanto, eles são chamados de dispositivos de portadores de carga minoritários.

Circuito Equivalente do BJT

Uma junção p-n é representada por um diodo. Como um transistor tem duas junções p-n, ele é equivalente a dois diodos conectados de costas. Isso é chamado de analogia de dois diodos do BJT.

Características do Transistor Bipolar de Junção

As três partes de um BJT são o coletor, o emissor e a base. Antes de conhecer as características do transistor bipolar de junção, devemos conhecer os modos de operação para esse tipo de transistores. Os modos são:

• Modo Comum Base (CB)

• Modo Comum Emissor (CE)

• Modo Comum Coletor (CC)

Todos os três tipos de modos são mostrados abaixo.

Agora, vindo às características do BJT, existem diferentes características para diferentes modos de operação. As características são nada mais do que as formas gráficas das relações entre as diferentes variáveis de corrente e tensão do transistor. As características para transistores p-n-p são dadas para diferentes modos e parâmetros.

Características Comuns à Base

Características de Entrada

Para o transistor p-n-p, a corrente de entrada é a corrente do emissor (IE) e a tensão de entrada é a tensão coletor-base (VCB).

Como a junção emissor-base está polarizada diretamente, o gráfico de IE versus VEB é semelhante às características de polarização direta de um diodo p-n. IE aumenta para VEB fixo quando VCB aumenta.

Características de Saída

As características de saída mostram a relação entre a tensão de saída e a corrente de saída. IC é a corrente de saída e a tensão coletor-base, e a corrente do emissor IE é a corrente de entrada e funciona como parâmetro. A figura abaixo mostra as características de saída para um transistor p-n-p no modo CB.

Como sabemos, para transistores p-n-p, IE e VEB são positivos e IC, IB, VCB são negativos. Existem três regiões na curva: região ativa, região de saturação e região de corte. A região ativa é a região onde o transistor opera normalmente.

Aqui, a junção do emissor está polarizada inversamente. Agora, a região de saturação é a região onde ambas as junções emissor-coletor estão polarizadas diretamente. E finalmente, a região de corte é a região onde ambas as junções do emissor e do coletor estão polarizadas inversamente.

Características do Emissor Comum

Características de Entrada

IB (Corrente de Base) é a corrente de entrada, VBE (Tensão Base-Emissor) é a tensão de entrada para o modo CE (Emissor Comum). Portanto, as características de entrada para o modo CE serão a relação entre IB e VBE com VCE como parâmetro. As características são mostradas abaixo.

As características típicas de entrada CE são semelhantes às de um diodo p-n polarizado diretamente. Mas, conforme VCB aumenta, a largura da base diminui.

Características de Saída

As características de saída para o modo CE são a curva ou gráfico entre a corrente do coletor (IC) e a tensão coletor-emissor (VCE) quando a corrente de base IB é o parâmetro. As características são mostradas na figura abaixo.

Assim como as características de saída do transistor de base comum, o modo CE também tem três regiões chamadas (i) Região Ativa, (ii) Região de Corte, (iii) Região de Saturação. A região ativa tem a região do coletor polarizada inversamente e a junção do emissor polarizada diretamente.

Para a região de corte, a junção do emissor está ligeiramente polarizada inversamente e a corrente do coletor não é totalmente cortada. E, finalmente, para a região de saturação, ambas as junções do coletor e do emissor estão polarizadas diretamente.