Como funciona o transistor BJT?

Neste post eu vou explicar como funciona o transistor BJT (Transistor Bipolar de Junção). Existem vários outros tipos de transistores que ficarão para outros posts. Este é um dos componentes eletrônicos mais importantes.

Estrutura

O transistor bipolar de junção (BJT) tem dois tipos de estrutura de camadas: NPN na direita e PNP na esquerda.

Conforme expliquei no post sobre diodos, a camada P é silício dopado com um elemento que tenha 3 elétrons na última camada (geralmente boro). Enquanto N é silício dopado com um elemento que tem cinco elétrons na última camada (geralmente fósforo). Para saber mais sobre diodos clique neste botão.

DiodosClique aqui

Estes diodos não vão funcionar como transistores, pois há fio metálico entre as camadas do meio.

Representação dos BJTs em esquemáticos de circuitos, NPN à esquerda e PNP à direita.

Operação como chave

Como podem ver, a camada do meio ligada ao terminal da base é muito mais fina. O transistor precisa de dois sinais de tensão para funcionar. Vamos considerar o tipo NPN.

Quando a tensão VBE é zero, não há fluxo de corrente, pois uma junção do transistor sempre estará no modo reverso. Nesta situação diz-se que o transistor está em corte. Quando o VBE atinge uma tensão alta o suficiente para superar a barreira de potencial da junção entre a base (B) e o emissor (E), que geralmente é de 0,7 V, gera uma corrente na base (o terminal do meio). Muitos elétrons do emissor serão atraídos pelo material P do coletor.

O resultado é que uma pequena corrente na base pode controlar uma corrente maior que flui do coletor para o emissor como uma chave. A corrente do emissor (Ie) é a soma das correntes da base (Ib) e do coletor (Ic).

Ie=Ic+Ib

Quando há passagem de corrente do coletor ao emissor, diz-se que o transistor está em saturação. Se fosse do tipo PNP, o transistor ficaria em corte com a corrente na base e em saturação sem ela e o sentido da tensão VCE teria que se inverter. Na prática, este circuito abaixo é uma das formas de usar o transistor como chave.

Todo transistor BJT tem um parâmetro chamado \beta ou h_{fe} que determina o quanto a corrente de coletor é amplificada em relação a corrente de base.

\beta=\frac{Ic}{Ib}

Operação como amplificador

Existe um modo de operação do BJT além do corte e da saturação. É o chamado modo ativo, nesta região o transistor é usado para amplificar sinais sem distorção. Este gráfico mostra a típica curva característica de um transistor BJT.

Aqui é o gráfico da curva característica para um transistor bc548 NPN da Micro Electronics.

E este é do transistor bc558 PNP da Fairchild Semiconductor. Os valores variam de acordo com o fabricante e o código.

Para um transistor ser usado como amplificador, ele deve ser polarizado com resistores de forma que o Ic e a tensão entre o coletor e o emissor (Vce) fiquem na região de amplificação. As técnicas de polarização (cálculo de resistores) ficam para um outro post.