Como Funciona um Transistor?

Como Funciona um Transistor?

Definição de Transistor

Um transistor é definido como um dispositivo semicondutor usado para amplificar ou comutar sinais eletrônicos.

Existem diferentes tipos de transistores disponíveis, mas vamos nos concentrar no transistor NPN no modo emissor comum. Este tipo tem uma região de emissor fortemente dopada e larga, que contém muitos elétrons livres (portadores majoritários).

A região do coletor é larga e moderadamente dopada, então tem menos elétrons livres do que o emissor. A região da base é muito fina e levemente dopada, com um pequeno número de buracos (portadores majoritários). Agora, conectamos uma bateria entre o emissor e o coletor. O terminal do emissor do transistor está conectado ao terminal negativo da bateria. Portanto, a junção emissor-base fica polarizada diretamente, e a junção base-coletor fica polarizada inversamente. Nessa condição, nenhuma corrente fluirá através do dispositivo. Antes de ir para a operação real do dispositivo, vamos recapitular os detalhes construtivos e de dopagem de um transistor NPN. Aqui, a região do emissor é mais larga e muito fortemente dopada. Portanto, a concentração de portadores majoritários (elétrons livres) nesta região do transistor é muito alta.

Por outro lado, a região da base é muito fina, na faixa de alguns micrômetros, enquanto as regiões do emissor e do coletor estão na faixa de milímetro. A dopagem da camada p intermediária é muito baixa, e como resultado, há um número muito pequeno de buracos presentes nesta região. A região do coletor é mais larga, como já dissemos, e a dopagem aqui é moderada, resultando em um número moderado de elétrons livres nesta região.

A tensão aplicada entre o emissor e o coletor cai em dois lugares. Primeiro, a junção emissor-base tem um potencial de barreira direta de cerca de 0,7 volts em transistores de silício. O restante da tensão cai através da junção base-coletor como uma barreira inversa.

Independentemente da tensão através do dispositivo, o potencial de barreira direta através da junção emissor-base sempre permanece em 0,7 volts, e o restante da tensão de fonte cai através da junção base-coletor como potencial de barreira inversa.

Isso significa que a tensão do coletor não pode superar o potencial de barreira direta. Portanto, os elétrons livres no emissor não podem atravessar a base. Como resultado, o transistor se comporta como um interruptor desligado.

NB: – Nesta condição, o transistor idealmente não conduz qualquer corrente, não haverá queda de tensão na resistência externa, portanto, toda a tensão de fonte (V) cairá através das junções, conforme mostrado na figura acima.

Agora, vamos ver o que acontece se aplicarmos uma tensão positiva no terminal da base do dispositivo. Nessa situação, a junção emissor-base recebe tensão direta individualmente e certamente pode superar o potencial de barreira direta, e, portanto, os portadores majoritários, ou seja, os elétrons livres na região do emissor, atravessarão a junção e entrarão na região da base, onde encontrarão um número muito pequeno de buracos para recombinar.

Mas devido ao campo elétrico através da junção, os elétrons livres migrando da região do emissor ganham energia cinética. A região da base é tão fina que os elétrons livres vindos do emissor não têm tempo suficiente para recombinar e, portanto, atravessam a região de depleção inversamente polarizada e, finalmente, chegam à zona do coletor. Como há uma barreira inversa presente através da junção base-coletor, ela não obstruirá o fluxo de elétrons livres da base para o coletor, pois os elétrons livres na região da base são portadores minoritários.

Dessa forma, os elétrons fluem do emissor para o coletor e, portanto, a corrente do coletor para o emissor começa a fluir. Como há poucos buracos presentes na região da base, alguns dos elétrons vindos da região do emissor recombinarão com esses buracos e contribuirão para a corrente da base. Esta corrente da base é bastante menor do que a corrente do coletor para o emissor.

Alguns elétrons do emissor contribuem para a corrente da base, enquanto a maioria passa pelo coletor. A corrente do emissor é a soma da corrente da base e da corrente do coletor. Portanto, a corrente do emissor é a soma da corrente da base e da corrente do coletor.

Agora, vamos aumentar a tensão da base aplicada. Nessa situação, devido ao aumento da tensão direta através da junção emissor-base, proporcionalmente mais elétrons livres virão da região do emissor para a região da base com mais energia cinética. Isso causa um aumento proporcional da corrente do coletor. Dessa forma, controlando um sinal de base pequeno, podemos controlar um sinal de coletor bastante grande. Este é o princípio básico de funcionamento de um transistor.