O avanço da tecnologia do estado sólido teve início com o desenvolvimento do TRANSÍSTOR, em 1948, por três cientistas (Shockley, Bardeen e Brattain) do Laboratório de Pesquisas da "Bell Telefone", nos Estados Unidos.

    O nome TRANSÍSTOR é uma contracção de duas palavras da língua inglesa: TRANSfer-resISTOR (resistência de transferência). Ele realiza praticamente todas as funções confiadas à válvula electrónica (detecção, amplificação, oscilação, etc.) porém com inúmeras vantagens: menor peso e tamanho, permitindo montagens mais compactas; ausência de filamentos, dispensando o aquecimento prévio para entrar em funcionamento; menor consumo de potência; operação com tensões bem reduzidas, etc. Talvez a única desvantagem que o transístor tem, em comparação com a válvula termoiônica, é a sua enorme sensibilidade às variações de temperatura.

Símbolos utilizados para representar os transístores  BIPOLARES

A ESTRUTURA DO TRANSÍSTOR BIPOLAR

    O transístor bipolar, cuja estrutura analisaremos a seguir, é o tipo mais comum. Ele recebe esta denominação de BIPOLAR porque em seu funcionamento participam dois tipos de portadores com cargas opostas: electrões e lacunas livres. Este transístor é constituído por três cristais de material semicondutor dopado (cristais extrínsecos), de modo a formar duas junções "P-N". Desta forma, podemos ter dois tipos de TRANSISTORES DE JUNÇÃO BIPOLARES, dependendo do cristal semicondutor intermédio ser P ou N (figura 1).

Figura 1: Os dois tipos de transistores de junções bipolares 

Figura 2: Os três terminais de um transistor bipolar: E = emissor; B = base; C = Colector

    As duas junções do transístor bipolar recebem nomes especiais: JUNÇAO BASE-EMISSOR, formada pelos cristais que constituem a base e o emissor, e JUNÇÃO BASE-COLETOR, formada pelos cristais que constituem a base e o colector. A figura 3 mostra as duas junções, tanto nos transístores "N-P-N" como nos "P-N-P".

Figura 3: As duas junções de um transístor bipolar

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO TRANSÍSTOR BIPOLAR

    Todo transístor bipolar, na situação de funcionamento normal, deve ter as duas junções polarizadas adequadamente. 

    Primeiramente, vamos supor que a junção base-emissor seja polarizada no sentido directo, de acordo com a figura 4 (a figura 4A mostra um transístor "N-P-N" e a 4B um "P-N-P"). Em ambos os casos, temos uma junção "P-N’ polarizada no sentido directo e, quando isto ocorre, a corrente que atravessa a junção e relativamente alta (10 mA). 

Figura 4: Junção  BASE-EMISSOR com polarização directa

    Em seguida, imaginemos que a junção base-coletor seja polarizada no sentido inverso, conforme ilustra a figura 5 (a figura 5A mostra um transístor "N-P-N’ e a figura 5B um "P-W-P"). Neste caso, temos uma junção "P-N" polarizada no sentido inverso, e a corrente que a atravessa é extremamente reduzida, cerca de l0 uA (1.000 vezes menor que a corrente directa).

Figura 5: Junção  BASE-COLECTOR com polarização inversa

Figura 6: Junções BASE-EMISSOR e  BASE-COLECTOR com polarizadas simultaneamente

Figura 7: Movimento dos electrões livres num  transístor "N-P-N"

    Na pratica, sempre estaremos interessados em fazer com que a corrente que circula pelo terminal do colector seja a maior possível, o que é conseguido com a alta dopagem do cristal que constitui o emissor e com a espessura bem reduzida do cristal que forma a base. Como o emissor é fortemente dopado, ele "emitirá" um número bem grande de portadores. Por outro lado, como a base é bastante estreita, a maior parte daqueles portadores atravessará sua região, atingindo o colector. Desta forma, a corrente que passa pelo terminal do colector será elevada, pois ela é praticamente igual á corrente que passa pelo terminal do emissor.

    Para o tipo "P-N-P", a explicação do efeito transístor é praticamente a mesma. A única diferença é que, neste caso, os principais portadores das cor rentes que se estabelecem no transístor são as lacunas, porque estas estão em maioria, tanto no emissor como no colector (cristais tipo P). A figura 8 ilustra, resumidamente, todo este processo.

Figura 8: Movimento das lacunas num transistor "P-N-P"

    As lacunas do emissor repelidas pelo terminal positivo da bateria V1 deslocam-se em direcção a base. Como a região desta é bastante estreita, apenas 5% dessas lacunas se recombinam com os electrões livres aí existentes, e as restantes (95%) penetram no colector, sendo, então, atraídas pelo terminal negativo da bateria V₂.

    Nesta altura, já podemos justificar os nomes dados aos três terminais de um transístor bipolar: EMISSOR (E) é o terminal de onde partem (ou são "emitidos") os portadores de corrente (electrões livres no tipo "N-P-N" e lacunas no tipo "P-N-P"); COLETOR (C) é o terminal onde chegam ou são "colectados"’ aqueles portadores de corrente; BASE (B), assim chamada porque nos tipos mais antigos de transístores servia de apoio ou de "base" aos cristais do emissor e do colector.

    O funcionamento normal de um transístor bipolar ("N-P-N" ou "P-N-P") baseia-se no facto de que as duas junções são polarizadas ao mesmo tempo, da seguinte maneira:

1) A junção base-emissor é polarizada no sentido directo e, como ela apresenta uma resistência ohmica muito baixa, também podemos dizer que ela é polarizada no sentido de baixa resistência (resistência de cerca de 1KW.)

2) A junção base-coletor é polarizada no sentido inverso e, neste caso, como ela apresenta uma resistência ohmica muito elevada, também podemos dizer que ela é polarizada no sentido de alta resistência. (esta é da ordem de l MW ).

    Tendo em vista estes dois fatos, podemos dizer que o transístor "transfere" a corrente de uma região de baixa resistência (junção base-emissor) para uma região de alta resistência (junção base-colector), recebendo, então, é denominado de RESISTÊNCIA DE TRANSFERÊNCIA.

Figura 9: Resumo das polarizações de um transístor bipolar 

1) Na polarização directa da junção base-emissor, os pólos da bateria, lia ao emissor e à base, tem por iniciais, respectivamente, as mesmas letras que indicam o tipo de cristal:

a) No tipo "N-P-N", o pelo negativo (N) da bateria é ligado ao emissor (cristal N) e o pólo positivo (P) é ligado é base (cristal P), como indicado na figura 2l A.

b) No tipo "P-N-P", o pólo positivo (P) da bateria é ligado ao emissor (cristal P) e o pólo negativo (N) é ligado é base (cristal N), conforme ilustra a figura 21B.

2) Na polarização inversa da junção base-colector, o pólo da bateria, ligado ao colector, tem por inicial uma letra contrária à que designa o tipo de cristal que constitui o colector:

a) No tipo "N-P-N", o colector (cristal N) é ligado ao pólo positivo (P) da bateria (figura 21A).

b) No tipo "P-N -P", o colector (cristal P) é ligado ao pólo negativo (N) da bateria (figura 21B).

CARACTERÍSTICAS DO AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM

    Na figura 10 temos o circuito típico de um amplificador em emissor comum, com as seguintes características: Vbb é a bateria que alimenta a base e, juntamente com R1, polariza a junção base-emissor no sentido directo; Vcc é a bateria que alimenta o colector e, juntamente com R2, que é a resistência de carga, proporciona a polarização inversa da junção base-coletor.
    O sinal a ser amplificado é acoplado pelo condensador C1, à entrada do amplificador, e o sinal de saída (sinal amplificado) é recolhido por intermédio do condensador C2.
   O circuito com transístor "P-N-P" (parte superior da figura 10) é praticamente igual ao circuito com transístor "N-P-N" (parte inferior da figura 10); a diferença entre eles é a polaridade das baterias Vbb e Vcc.

Figura 10
 Amplificador em emissor comum

 CARACTERÍSTICAS DE UM AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM:

a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): por definição, ela é igual ao quociente entre a tensão de entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente CA do sinal de entrada):

Ze=Ee / Ie

    Para o amplificador em emissor comum, a impedância de entrada está compreendida entre 10W e 10KW.

b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): por definição, ela é igual ao quociente entre a tensão CA do sinal de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0):

Zs= Es (saída em vazio)  /  Is (saída em curto)

    Para o amplificador em emissor comum, a impedância de saída esta situada entre 10KW e 100KW .

c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada:

Ai = Is / Ie

    Para o amplificador em emissor comum, a amplificação de corrente está compreendida entre 10 e 100 vezes.

d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal de saída e a tensão CA do sinal de entrada:

Av = Es / Ee

    Para o amplificador em emissor comum, a amp1ificação de tensão está situada entre 100 e 1000 vezes.

e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a amplificação de corrente e a amplificação de tensão:

Ap = Ai x Av

Para o amplificador em emissor comum, a amplificação de potência está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes.

f) RELAÇÃO DE FASE: Num circuito amplificador em emissor comum, ocorre uma defasagem de 18O° entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada (180° = 180 graus).

 CARACTERÍSTICAS DO AMPLIFICADOR EM BASE COMUM

    No circuito típico de um amplificador em base comum (figura 12), Vee é a bateria que alimenta o emissor e, juntamente com R1, polariza a junção base-emissor no sentido directo enquanto que R2 e Vcc polarizam a junção base-colector no sentido inverso. O sinal de entrada é aplicado entre o emissor e a base do transístor, por intermédio

do condensador C1. 0 sinal de saída é obtido entre o colector e a base do transístor através do condensador de

 acoplamento C2.

Figura 12: Amplificador em base comum

a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: entre l0W e 100W .

b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: entre 100 KW e 1MW .

c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: é quase igual à unidade (entre O,95 eO,99).
Portanto, neste tipo de circuito não há amplificação de corrente.

d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: entre 500 e 5.000 vezes.

e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: entre 100 e 1.000 vezes.

f) RELAÇÃO DE FASE: não há desfasagem entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

CARACTERÍSTICAS DO  AMPLIFICADOR EM COLECTOR COMUM

    Temos na figura 13 o circuito típico de um amplificador em colector comum, também denominado SEGUIDOR DE EMISSOR.

    O sinal de entrada é aplicado entre a base do transístor e a massa, por Intermédio do condensador de acoplamento C₁. Entretanto, devido à existência do condensador C₃ (ligado entre o colector e a massa), o colector está ao mesmo potencial da massa, no que se refere a CA (lembre-se de que a reactância capacitiva diminui, à medida que a frequência de CA aumenta). Desta forma, para os sinais de entrada (sinais de CA), C3 coloca o colector em curto com a massa e, consequentemente, o sinal de entrada está efectivamente sendo aplicado entre a base e o colector. Quanto ao sinal de saída, ele é retirado por intermédio de C2, entre o emissor e a massa, ou seja, entre o emissor e o colector.

Figura 3: Amplificador em colector comum (seguidor de emissor)

a) IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: de 100KW a 1MW .

b) IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: de 50W a 5000.

c) AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: de 10 a 100 vezes.

d) AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: é menor do que 1. Neste tipo de amplificador não há amplificação de tensão.

e) AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: de 10 a 100 vezes.

f) RELAÇÃO DE FASE: não há desfasagem entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

 

    A seguir, faremos um resumo sobre as três montagens do transístor bipolar como amplificador, comparando-as entre si.

    A ligação em emissor comum é a mais utilizada na prática por possuir melhores características. Ela fornece uma amplificação de corrente e de tensão que resulta numa amplificação de potência mais elevada.

    A ligação em base comum fornece uma amplificação de tensão mas não de corrente, enquanto que a ligação em colector comum fornece uma amplificação de corrente mas não de tensão. E fácil concluir, portanto, que essas duas ligações tem uma amplificação de potência reduzida.

    A ligação em base comum encontra alguma aplicação nos amplificadores de frequências elevadas (RF, por exemplo). A aplicação da montagem em colector comum é restrita aos casos em que se necessita interligar dois circuitos com impedâncias diferentes. Esse tipo de circuito é uma espécie de "adaptador de impedâncias".

    Na Tabela 1 estão resumidas as características de cada uma das montagens estudadas. Os valores nela indicados servem apenas para dar uma ideia da ordem de grandeza, podendo variar de um circuito para outro do mesmo tipo, dependendo das características do transístor e dos componentes a ele ligados (condensadores, resistências, etc.).

Os parâmetros a (Alfa) E b (Beta) de um transístor bipolar

    Quando um transístor bipolar é ligado em base comum, o quociente entre a corrente de colector (Ic) e a corrente de emissor (Ie) recebe o nome de GANHO DE CORRENTE ESTÁTICO DA MONTAGEM BASE COMUM, e é indicado pela letra grega a (ALFA).

a =Ic/Ie

Características

Emissor Comum

Base Comum

Colector Comum

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Página "Transístores" actualizada em: 01-04-2008
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