Transistor de junção bipolar

O transistor bipolar de junção, TBJ, (bipolar junction transistor, BJT, em inglês), é o tipo de transistor mais comum, devido a sua facilidade de polarização e durabilidade. Recebe esse nome porque o processo de condução é realizado por dois tipos de carga - positiva (lacunas) e negativa (elétrons).

História

O transistor bipolar de junção foi o primeiro tipo de transistor a ser produzido, e que valeu o Prémio Nobel^[1], aos seus inventores. Até hoje, permanece como o único prémio Nobel a ser atribuído a um dispositivo de engenharia.

Os primeiros transistores foram produzidos com Germânio e passado algum tempo começou a ser utilizado o Silício.

O objetivo dos inventores foi substituir as válvulas termoiônicas, que consumiam muita energia, tinham muito baixo rendimento e funcionavam com tensões da ordem das centenas de volts.

TJB do tipo NPN

Estrutura do TBJ

O TBJ é um dispositivo de três terminais, sendo os quais, a Base, o Emissor (Emitter) e o Coletor (Collector). O nome de "bipolar", vem de o transporte de carga se efetuar por dois portadores, elétrons (N) e lacunas (P). O parâmetro mais importante utilizado nos modelos do TBJ é o ganho de corrente entre coletor e base, denotado por ${\displaystyle \beta }$. Este está relacionado com o processo de fabrico, a tecnologia e as dimensões do dispositivo.

Existem essencialmente dois tipos de TBJ: NPN (veja na imagem) e PNP. O primeiro, como o nome indica, tem semicondutor de que é feito o Coletor, a Base, e o Emissor, dopado N-P-N, respetivamente. De modo análogo se passa com o do tipo PNP.

Modos de Funcionamento[2]

Corte transversal da estrutura de um TJB

Estrutura do dispositivo com as tensões e correntes convencionais

As relações mais básicas das grandezas associadas ao dispositivo são:

Da lei dos nós:

${\displaystyle i_{E}=i_{C}+i_{B}}$

Da lei das malhas:

${\displaystyle v_{BC}=v_{CE}-v_{BE}}$

CORTE

Se ${\displaystyle v_{BE}<0}$ e ${\displaystyle v_{BC}<0}$

Neste modo o transístor não tem corrente a percorrê-lo.

${\displaystyle i_{B}=i_{C}=0}$

Ou seja, funciona como um circuito aberto entre os seus terminais.

Tem aplicação em Circuitos Digitais.

SATURAÇÃO

Se ${\displaystyle v_{BE}>0}$ e ${\displaystyle v_{BC}>0}$

Neste caso, o transístor conduz corrente e como a junção coletor-base é polarizada diretamente, tem-se ${\displaystyle i_{C}<\beta i_{B}}$.

Considera-se que o transístor está plenamente saturado quando ${\displaystyle v_{CE}\approx 0.2V}$.

Deste modo, é o circuito exterior ao dispositivo que determina se está na Zona Ativa Direta ou na Saturação

Aplicação em Circuitos Digitais

MODO ATIVO DIRETO

Se ${\displaystyle v_{BE}>0}$ e ${\displaystyle v_{BC}<0}$

Aplicação em Circuitos Analógicos

Referências

1. «The Nobel Prize in Physics 1956». NobelPrize.org (em inglês). Consultado em 17 de setembro de 2024
2. de Medeiros Silva, Manuel (2013). Circuitos com Transístores Bipolares e MOS. [S.l.: s.n.]

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