Eletrônica – Conheça o Transistor de Junção Bipolar

Olá, meus queridos caiçaras! No post de hoje, vamos entender um pouco mais o que é, para que serve e um pouco da história do transistor de junção bipolar (TJB). Veja como a invenção deste componente revolucionou a eletrônica, sendo chamada de grande invenção do século 20.

Um pouco de história…

O transistor de junção bipolar foi o primeiro transistor a ser produzido. Fruto de uma intensa pesquisa, realizada por um grupo de pesquisadores da Beel Telephone, liderados por Shockley. O primeiro transistor foi bem diferente, do que vemos hoje…

O mesmo veio para substituir as válvulas, que até então, eram utilizadas para amplificação de sinais. A válvula possui muitas desvantagens, como alto aquecimento, alto consumo, devido à sua potência e baixa durabilidade, pois a vida útil de seu filamento é cerca de alguns milhares de horas.

O surgimento do transistor revolucionou o mercado, pois um pequeno dispositivo era capaz de amplificar pequenos sinais, além do baixo consumo, sendo infinitamente mais viável do que as válvulas.

A estrutura de um TJB

Bom, conhecemos um pouco da história do transistor, caso queira se aprofunda mais um pouco sobre o surgimento deste fantástico componente, recomendo a leitura deste artigo do Embarcados: “A história do primeiro transistor”.

O TJB tem três regiões dopadas, sendo:

  • Base: Camada fina, região fracamente dopada;
  • Coletor: Região mais dopada que a base, entretanto, menos dopado que o emissor;
  • Emissor: Região fortemente dopada.
Fonte: https://aquiesaber.blogspot.com/2013/06/transistor.html

O mesmo é construído, a partir de duas junções PN (base-emissor) e (base-coletor) de material semicondutor, seja silício ou germânico. Por conta dessas duas junções, este componente recebe o nome de bipolar. A simbologia do componente é apresentada, conforme imagem a seguir:

Fonte: https://electronics.stackexchange.com/questions/375186/why-current-flow-from-collector-terminal?rq=1

Fluxo de correntes no TJB

Bom, aqui apresentarei o fluxo de correntes no transistor NPN, que utiliza o fluxo convencional, onde a corrente sai pelo emissor. Já no PNP, que utiliza o sentido real, a corrente entra pelo emissor.

O transistor possui três correntes sendo: a corrente de emissor (Ie), corrente de base (Ib), a corrente no coletor (Ic). O emissor é uma fonte direta, sendo assim, sua corrente é a maior das 3. Praticamente, todos os elétrons do emissor circulam pelo coletor, ou seja, a corrente do coletor é, aproximadamente, a corrente de emissor. A corrente de base é, relativamente, pequena comparada às demais. Ao aplicar a Lei de Kirchhoff , percebe-se que:

Com esta equação, podemos confirmar que, a corrente de coletor é igual a soma das correntes de coletor e da corrente de base.

O que torna este componente útil é a capacidade de amplificação de corrente, pois a corrente de coletor é muito maior que a corrente de base. O ganho de corrente  é definido como a corrente de coletor dividida pela corrente de base:

Geralmente, em transistores de baixa potência, o ganho de corrente varia de 100 a 300. Já em transistores de alta potência, o ganho varia de 20 a 100.

Como o TJB pode operar?

O TJB foi, originalmente, projetado para trabalhar com amplificação de corrente, substituindo, até então, as válvulas eletrônicas. Mas, o mesmo pode ser aplicado como chave, aplicação esta muito utilizada em circuitos digitais. Trabalhando na região de saturação, onde o transistor conduz e no corte, onde não há circulação de corrente elétrica e o transistor se comporta como uma chave aberta.  Para trabalhar como amplificador, o transistor opera na sua região ativa, o gráfico a seguir elucida este conceito:

Fonte: https://www.ebah.com.br/content/ABAAAem1sAK/transistores-bipolares

Esta curva, característica do transistor, é importante compreender, pois indica relação de tensão entre coletor emissor x corrente de emissor.

As configurações básicas no TJB

O TJB pode operar com 3 tipos de configurações básicas: BC (base comum), CC (coletor comum) e EC (emissor comum). Este termo se dá, devido ao terminal ser comum à entrada e saída do circuito.

Bom, vamos explicar com um pouco mais de detalhe, cada uma das configurações:

  • Base Comum: Esta configuração é pouco utilizada em circuitos de baixa frequência. Entretanto, é comumente aplicado em circuitos, que requerem baixa impedância de entrada;
  • Coletor Comum: Esta configuração é, comumente, utilizada nos estágios de saída de amplificadores Classe B ou Classe AB;
  • Emissor Comum: Esta configuração é, comumente, utilizada em amplificadores de pequenos sinais. Além disso, pode operar também como uma fonte de corrente.

Um ponto importante de ressaltar é que, não existe configuração “melhor” ou “pior”. Cada uma apresenta características e aplicações distintas, que devem ser levadas em consideração, pelo projetista do circuito eletrônico.

O datasheet

Sabemos que, o datasheet é onde contém todos os parâmetros de um componente eletrônico. Entretanto, quem nunca teve contato, toma um susto com o excesso de informações ali contidas. Mas, fique tranquilo! O mesmo não é um bicho de 7 cabeças e, para analisar os principais parâmetros dos transistor, devemos levar em consideração os seguintes dados:

  • Vcb (tensão entre coletor base);
  • Vceo (tensão entre coletor emissor com a base aberta);
  • Veb (tensão entre coletor base);
  • Valores máximos de corrente e potência;
  • O ganho de corrente , geralmente, identificado como hfe.

Estes parâmetros, geralmente, já vêm na primeira folha do datasheet e são, facilmente, identificados. Veja o datasheet do BC548.

Além disso, é uma forma de identificar os pinos de base, coletor e emissor, que pode ser feito observando o datasheet do componente, ou testando com o multímetro (geralmente eu sempre olho o datasheet, acho mais rápido). Entretanto, é importante saber como identificar.

Para finalizar…

Bom galera, minha intenção foi trazer um overview sobre o transistor de junção bipolar (TJB), componente largamente utilizado nos mais diversos projetos eletrônicos.  O transistor, na minha opinião, é um dos componentes mais fantásticos existentes e merece o título de grande invenção do século 20. Afinal, sem esse camarada, a gente não teria computadores, circuitos microcontrolados e dispositivos tão pequenos, que cabem na palma de nossa mão. Se você quer ser aprofundar na matemática/teoria, tem um vídeo excelente do canal WR Kits que, na minha opinião, é um dos melhores canais de eletrônica existentes.

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Muito obrigado e até a próxima!

Yhan Christian

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