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, 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 $\beta$. 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

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:

$i_E=i_C+i_B$

Da lei das malhas:

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

CORTE

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

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

$i_B=i_C=0$

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

Tem aplicação em Circuitos Digitais.

SATURAÇÃO

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

Neste caso, o transístor conduz corrente e como a junção coletor-base é polarizada diretamente, tem-se $i_C<\beta i_B$.

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

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 $v_{BE}>0$ e $v_{BC}<0$

Aplicação em Circuitos Analógicos