O que é um transistor NPN?

O que é um Transistor NPN?

Definição de Transistor NPN

Um transistor NPN é um tipo amplamente utilizado de transistor de junção bipolar, onde uma camada de semicondutor do tipo P está flanqueada por duas camadas do tipo N.

Construção do Transistor NPN

Como discutido acima, o transistor NPN tem duas juncções e três terminais. A construção do transistor NPN é como mostrado na figura abaixo.

As camadas emissor e coletor são mais largas em comparação com a base. O emissor é fortemente dopado. Portanto, pode injetar um grande número de portadores de carga para a base.A base é levemente dopada e muito fina em comparação com as outras duas regiões. Ela passa a maioria dos portadores de carga para o coletor, que são emitidos pelo emissor.O coletor é moderadamente dopado e coleta os portadores de carga da camada da base.

Símbolo do Transistor NPN

O símbolo do transistor NPN é como mostrado na figura abaixo. A ponta da seta indica a direção convencional da corrente do coletor (IC), corrente da base (IB) e corrente do emissor (IE).

Princípio de Funcionamento

A junção emissor-base está em condição de polarização direta pela tensão de alimentação VEE, enquanto a junção coletor-base está em polarização inversa pela tensão de alimentação VCC.

Em condição de polarização direta, o terminal negativo da fonte de alimentação (VEE) está conectado ao semicondutor do tipo N (Emissor). Da mesma forma, em condição de polarização inversa, o terminal positivo da fonte de alimentação (VCC) está conectado ao semicondutor do tipo N (Coletor).

A região de esgotamento da junção emissor-base é mais fina em comparação com a região de esgotamento da junção coletor-base (Note que a região de esgotamento é uma região onde não há portadores de carga móveis e ela se comporta como uma barreira que opõe-se ao fluxo da corrente).

No emissor do tipo N, o portador de carga majoritário são elétrons. Portanto, os elétrons começam a fluir do emissor do tipo N para a base do tipo P. E, devido aos elétrons, a corrente começará a fluir na junção emissor-base. Esta corrente é conhecida como corrente do emissor IE.

Os elétrons movem-se para a base, um semicondutor do tipo P fino e levemente dopado com poucos buracos para recombinar. Portanto, a maioria dos elétrons passa pela base, com apenas alguns recombinando.

Devido à recombinar, a corrente fluirá através do circuito e esta corrente é conhecida como corrente da base IB. A corrente da base é muito pequena em comparação com a corrente do emissor. Geralmente, é 2-5% da corrente total do emissor.

A maioria dos elétrons passa pela região de esgotamento da junção coletor-base e passa pela região do coletor. A corrente fluindo pelos elétrons restantes é conhecida como corrente do coletor IC. A corrente do coletor é maior em comparação com a corrente da base.

Circuito do Transistor NPN

O circuito do transistor NPN é como mostrado na figura abaixo.

O diagrama mostra como as fontes de tensão estão conectadas: o coletor liga-se ao terminal positivo de VCC através de uma resistência de carga RL, que limita o fluxo máximo de corrente.

O terminal da base está conectado ao terminal positivo da tensão de alimentação da base VB com a resistência da base RB. A resistência da base é usada para limitar a corrente máxima da base.

Quando ligado, o transistor permite que uma grande corrente do coletor flua, impulsionada por uma menor corrente da base entrando no terminal da base.

Pela Lei de Kirchhoff, a corrente do emissor é a soma da corrente da base e da corrente do coletor.

Modo de Operação do Transistor

O transistor opera em diferentes modos ou regiões, dependendo da polarização das juncções. Ele tem três modos de operação.

• Modo de corte

• Modo de saturação

• Modo ativo

• Modo de corte

No modo de corte, ambas as juncções estão em polarização inversa. Neste modo, o transistor se comporta como um circuito aberto. E ele não permitirá que a corrente flua através do dispositivo.

Modo de Saturação

No modo de saturação do transistor, ambas as juncções estão conectadas em polarização direta. O transistor se comporta como um circuito fechado e a corrente flui do coletor para o emissor quando a tensão base-emissor é alta.

Modo Ativo

Neste modo do transistor, a junção emissor-base está em polarização direta e a junção coletor-base está em polarização inversa. Neste modo, o transistor opera como um amplificador de corrente.

A corrente flui entre o emissor e o coletor e a quantidade de corrente é proporcional à corrente da base.

Transistor NPN como Interruptor

O transistor opera como ligado no modo de saturação e desligado no modo de corte.

Quando ambas as juncções estão conectadas em condição de polarização direta e tensão suficiente é fornecida à tensão de entrada. Nesta condição, a tensão coletor-emissor está próxima a zero e o transistor opera como um curto-circuito.

Nesta condição, a corrente começará a fluir entre o coletor e o emissor. O valor da corrente fluindo neste circuito é,

Quando ambas as juncções estão conectadas em polarização inversa, o transistor se comporta como um circuito aberto ou interruptor desligado. Nesta condição, a tensão de entrada ou a tensão da base é zero.

Portanto, toda a tensão Vcc aparece no coletor. Mas, devido à polarização inversa da região coletor-emissor, a corrente não pode fluir através do dispositivo. Assim, ele se comporta como um interruptor desligado.

O diagrama de circuito de um transistor na região de corte é como mostrado na figura abaixo.

Pinagem do Transistor NPN

O transistor tem três terminais; coletor (C), emissor (E) e base (B). Na maioria das configurações, o terminal do meio é para a base.

Para identificar os pinos do emissor e do coletor, há um ponto na superfície do transistor SMD. O pino exatamente abaixo deste ponto é o coletor e o pino restante é o pino do emissor.

Se o ponto não estiver presente, todos os pinos serão colocados com espaçamento irregular. Aqui, o pino do meio é a base. O pino mais próximo do pino do meio é o emissor e o pino restante é o pino do coletor.