Eletronica De Potencia

TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO

O Transístor Bipolar de Junção, TJB (BJT), é um dispositivo Semicondutor, composto por três Regiões de Semicondutores dopados (Base, Coletor e Emissor), separadas por duas Junções p-n. A Junção p-n entre a Base e o Emissor tem uma Tensão de Barreira (V0) de 0,6 V, que é um parâmetro importante do TJB (BJT). Contrariamente ao Transístor de Efeito de Campo, TEC (FET), no qual a Corrente é produzida apenas por um único tipo de Portador de Cargas (Elétrons ou Lacunas), no TJB (BJT) a Corrente é produzida por ambos os tipos de Portadores de Cargas (Elétrons e Lacunas), daí a origem do nome Bipolar.

Figura 1 - Transístor de Junção Bipolar

Existem dois Tipos de TsJB (BJTs): npn e pnp. O Tipo npn consiste em duas Regiões n separadas por uma Região p. O Tipo pnp consiste em duas Regiões p separadas por uma Região n. As Figuras 2 e 3 representam os seus respectivos símbolos esquemáticos. A explicação seguinte refere-se ao TJB (BJT) npn, que é utilizado nesta Demonstração.

Figura 2 - Símbolo esquemático de um TJB, npn

Figura 3 - Símbolo esquemático de um TJB, pnp

O transístor consiste em duas junções pn, a junção emissor-base (JEB) e a junção coletor-base (JCB, habitualmente designadas simplesmente junção de emissor e junção de coletor. Dependendo da condição de polarização (direta ou inversa) de cada uma das junções, obtêm-se diferentes modos de funcionamento do transístor (SEDRA, 2000), como se mostra na Tabela 1.

Tabela 1 – Modos de funcionamento dependendo da condição de polarização

Modo de funcionamento Polarização JEB Polarização JCB

Corte Inversa Inversa

Ativo Direta Inversa

Saturação Direta Direta

O modo ativo é aquele em que o transístor é usado para funcionar como amplificador. Em aplicações de comutação utilizam-se os modos de corte e de saturação. A figura 4 ilustra esses três modos de funcionamento.

Figura 4 - Curvas Características IC-VCE de um TJB npn

CÁLCULO DAS CORRENTES

As correntes de deriva devidas aos portadores minoritários gerados termicamente são pequenas e desprezadas na análise. A polarização direta da junção emissor-base fará com que uma corrente circule pela junção composta de 2 componentes: elétrons injetados no emissor e lacunas injetadas na base (SEDRA, 2000).

A componente de elétrons é muito maior que a de lacunas, isto é obtido usando-se um emissor fortemente dopado e uma base levemente dopada e bem estreita. O fato de a base ser muito estreita faz com que os elétrons injetados na base se difundam (corrente de difusão) em direção ao coletor.

No caminho, alguns elétrons que estão se difundindo através da região da base se recombinam com as lacunas (portadores majoritários na base), mas como ela é muito estreita e fracamente dopada, a porcentagem de elétrons perdidos por recombinação é muito pequena.

A maioria dos elétrons que se difundem alcançará a região de depleção coletor-base. Pelo fato do coletor ser mais positivo que a base, esses elétrons serão arremessados através da região de depleção para o coletor, constituindo a corrente de coletor (SEDRA, 2000), conforme a equação abaixo:

Em que IS é a corrente de saturação, VBE é a tensão base-emissor e VT é a tensão térmica. (Sedra, 2000).

Observe que o valor de iC independe de vCB.

A corrente de saturação IS é inversamente proporcional à largura da base e diretamente proporcional à área de JEB, dobrando a cada 5º C de aumento de temperatura.

A corrente de base pode ser representada por uma parcela de iC tal que

A constante β, denominada ganho de corrente de emissor comum, é um dos parâmetros característicos de um transistor.

A corrente de emissor é a soma da corrente de coletor com a corrente de base

Define-se iC = α ⋅iE, onde

α