Transistor como Amplificador

Definição de Transistor

Um transistor é definido como um dispositivo semicondutor com três terminais (Emissor, Base e Coletor) e duas junções (Base-Emissor e Base-Coletor).

O transistor é um dispositivo semicondutor com três terminais: Emissor (E), Base (B) e Coletor (C). Ele possui duas junções: Base-Emissor (BE) e Base-Coletor (BC). Os transistores operam em três regiões: corte (totalmente desligado), ativo (amplificando) e saturação (totalmente ligado).

Quando os transistores operam na região ativa, eles agem como amplificadores, aumentando a intensidade do sinal de entrada sem alterações significativas. Este comportamento é devido ao movimento dos portadores de carga. Considere um transistor bipolar de junção npn (BJT) polarizado para operar na região ativa, onde a junção BE está polarizada diretamente e a junção BC está polarizada inversamente.

Em um transistor npn, o emissor é fortemente dopado, a base é levemente dopada e o coletor é moderadamente dopado. A base é estreita, enquanto o emissor é mais amplo, e o coletor é o mais amplo.

A polarização direta entre os terminais base e emissor causa uma pequena corrente de base (IB) a fluir para a região da base. Esta corrente geralmente está na faixa de microampères (μA), já que VBE é tipicamente cerca de 0,6 V.

Este processo pode ser visto como elétrons saindo da região da base ou buracos sendo injetados nela. Os buracos injetados atraem elétrons do emissor, levando à recombinação de buracos e elétrons.

No entanto, devido à menor dopagem da base em comparação com o emissor, haverá um número maior de elétrons em comparação com buracos. Assim, mesmo após o efeito de recombinação, muitos mais elétrons permanecerão livres. Estes elétrons agora atravessam a região da base estreita e se movem em direção ao terminal do coletor, influenciados pela polarização aplicada entre os terminais do coletor e da base.

Isso constitui nada mais do que a corrente do coletor IC fluindo para o coletor. A partir disso, pode-se notar que, variando a corrente fluindo para a região da base (IB), pode-se obter uma variação muito grande na corrente do coletor, IC. Isso é nada mais do que a amplificação de corrente, o que leva à conclusão de que o transistor npn operando em sua região ativa atua como um amplificador de corrente. O ganho de corrente associado pode ser expresso matematicamente como-

Agora considere o transistor npn com o sinal de entrada aplicado entre seus terminais base e emissor, enquanto a saída é coletada através do resistor de carga RC, conectado entre os terminais do coletor e da base, conforme mostrado na Figura 2.

Agora considere o transistor npn com o sinal de entrada aplicado entre seus terminais base e emissor, enquanto a saída é coletada através do resistor de carga RC, conectado entre os terminais do coletor e da base, conforme mostrado na Figura 2.

Observe ainda que o transistor é sempre garantido para operar em sua região ativa usando as fontes de tensão apropriadas, V EE e VBC. Aqui, uma pequena mudança na tensão de entrada Vin é vista para mudar a corrente do emissor IE consideravelmente, pois a resistência do circuito de entrada é baixa (devido à condição de polarização direta).

Isso, por sua vez, muda a corrente do coletor quase no mesmo intervalo, devido ao fato de que a magnitude da corrente de base é bastante baixa para o caso em questão. Essa grande mudança em IC causa uma queda de tensão significativa através do resistor de carga RC, que é nada mais do que a tensão de saída.

Portanto, obtém-se a versão amplificada da tensão de entrada nos terminais de saída do dispositivo, o que leva à conclusão de que o circuito atua como um amplificador de tensão. A expressão matemática para o ganho de tensão associado a este fenômeno é dada por

Embora a explicação fornecida seja para o BJT npn, a mesma analogia se aplica também aos BJT pnp. Seguindo os mesmos princípios, pode-se explicar a ação de amplificação de outros tipos de transistores, como o Transistor de Efeito de Campo (FET). Além disso, é importante notar que existem muitas variações para o circuito amplificador de transistores, como

Primeiro Conjunto: Configuração Comum Base/Porta, Configuração Comum Emissor/Fonte, Configuração Comum Coletor/Dreno

Segundo Conjunto: Amplificadores Classe A, Amplificadores Classe B, Amplificadores Classe C, Amplificadores Classe AB

Terceiro Conjunto: Amplificadores de Única Etapa, Amplificadores Multietapas, e assim por diante. No entanto, o princípio básico de funcionamento permanece o mesmo.