Introdução aos transistores de junção bipolar (BJT)

A invenção do transistor bipolar em 1948 marcou o início de uma revolução na eletrônica. Os feitos técnicos que antes exigiam tubos de vácuo relativamente grandes, mecanicamente frágeis e famintos por energia foram subitamente alcançados com partículas minúsculas, mecanicamente robustas e econômicas de silício cristalino. Essa revolução tornou possível o projeto e a fabricação de dispositivos eletrônicos leves e baratos que agora consideramos normais. Entender como os transistores funcionam é de suma importância para qualquer pessoa interessada em compreender a eletrônica moderna.

A função e aplicações para transistores de junção bipolar

Minha intenção aqui é focar o mais exclusivamente possível na função prática e na aplicação de transistores bipolares, ao invés de explorar o mundo quântico da teoria dos semicondutores. Na minha opinião, é melhor deixar as discussões sobre lacunas e elétrons para outro capítulo. Aqui, quero explorar como usar esses componentes, não analisam seus detalhes íntimos internos. Não quero subestimar a importância de compreender a física dos semicondutores, mas às vezes um foco intenso na física do estado sólido prejudica a compreensão das funções desses dispositivos em um nível de componente. Ao fazer esta abordagem, no entanto, suponho que o leitor possui um certo conhecimento mínimo de semicondutores:a diferença entre "P" e "N" semicondutores dopados, as características funcionais de uma junção PN (diodo) e os significados dos termos “Polarização reversa” e “polarização direta”. Se esses conceitos não estiverem claros para você, é melhor consultar os capítulos anteriores deste livro antes de prosseguir com este.

Camadas BJT

Um transistor bipolar consiste em um “sanduíche” de três camadas de materiais semicondutores dopados (extrínsecos), (a e c) P-N-P ou N-P-N (bec). Cada camada que forma o transistor tem um nome específico e cada camada é fornecida com um contato de fio para conexão a um circuito. Os símbolos esquemáticos são mostrados nas figuras (a) e (c).

Transistor BJT:(a) símbolo esquemático PNP, (b) layout (c) símbolo esquemático NPN, (d) layout.

A diferença funcional entre um transistor PNP e um transistor NPN é a polaridade adequada (polaridade) das junções durante a operação.

Os transistores bipolares funcionam como reguladores de corrente controlada por corrente . Em outras palavras, os transistores restringem a quantidade de corrente passada de acordo com uma corrente menor de controle. A corrente principal que é controlada vai de coletor a emissor, ou de emissor a coletor, dependendo do tipo de transistor (NPN ou PNP, respectivamente). A pequena corrente que controla a corrente principal vai da base ao emissor, ou do emissor à base, mais uma vez dependendo do tipo de transistor (NPN ou PNP, respectivamente). De acordo com os padrões da simbologia de semicondutores, a seta sempre aponta na direção do fluxo da corrente.



A direção da pequena corrente de controle e da grande corrente controlada para (a) um PNP e (b) um transistor NPN.

Os transistores bipolares contêm dois tipos de material semicondutor

Os transistores bipolares são chamados de bi polares porque o fluxo principal de corrente através deles ocorre em dois tipos de material semicondutor:P e N, pois a corrente principal vai do emissor ao coletor (ou vice-versa). Em outras palavras, dois tipos de portadores de carga - elétrons e lacunas - compõem essa corrente principal através do transistor.

Como você pode ver, o controlador atual e o controlado a corrente sempre se mescla através do fio emissor e suas correntes fluem na direção da seta do transistor. Esta é a primeira e principal regra no uso de transistores:todas as correntes devem estar indo nas direções corretas para que o dispositivo funcione como um regulador de corrente. A pequena corrente de controle é geralmente referida simplesmente como a corrente de base porque é a única corrente que passa pelo fio base do transistor. Por outro lado, a grande corrente controlada é referida como a corrente do coletor porque é a única corrente que passa pelo fio coletor. A corrente do emissor é a soma das correntes de base e do coletor, de acordo com a Lei Atual de Kirchhoff.

Nenhuma corrente através da base do transistor desliga o transistor como um interruptor aberto e impede a corrente através do coletor. Uma corrente de base liga o transistor como uma chave fechada e permite uma quantidade proporcional de corrente através do coletor. A corrente do coletor é limitada principalmente pela corrente de base, independentemente da quantidade de voltagem disponível para empurrá-la. A próxima seção explorará com mais detalhes o uso de transistores bipolares como elementos de comutação.

REVER:

• Os transistores bipolares são assim chamados porque a corrente controlada deve passar por dois tipos de material semicondutor:P e N. A corrente consiste em fluxo de elétron e buraco, em diferentes partes do transistor.
• Os transistores bipolares consistem em uma estrutura de "sanduíche" de semicondutor P-N-P ou N-P-N.
• Os três terminais de um transistor bipolar são chamados de Emissor , Base e Coletor .
• Os transistores funcionam como reguladores de corrente, permitindo que uma pequena corrente controle uma corrente maior. A quantidade de corrente permitida entre o coletor e o emissor é determinada principalmente pela quantidade de corrente que se move entre a base e o emissor.
• Para que um transistor funcione adequadamente como um regulador de corrente, a corrente de controle (base) e as correntes controladas (coletor) devem estar indo nas direções adequadas:engrenando aditivamente no emissor e indo na direção do emissor símbolo de seta.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de teoria do transistor de junção bipolar (BJT)