Faça uma revisão e explique a construção e o funcionamento dos seguintes componentes eletrônicos:
Transistor;
Transistor;
Passo 1
O enunciado pede uma revisão sobre o transistor, isto é, queremos entender o que é esse componente, como ele é construído internamente e qual é seu princípio de funcionamento básico. Para isso precisamos recorrer aos conceitos de semicondutores do tipo PN, junções PN, dopagem e comportamento de correntes de portadores (elétrons e lacunas).
Passo 2
A construção de um transistor bipolar de junção (BJT) consiste em três regiões de semicondutor alternadas: ou é um transistor NPN (camada P muito fina entre duas N) ou um PNP (camada N muito fina entre duas P). As três regiões recebem nomes: emissor (E), base (B) e coletor (C).
. O emissor é fortemente dopado para injetar alta densidade de portadores (elétrons em NPN, lacunas em PNP).
. A base é muito fina e fracamente dopada, de tipo oposto ao emissor, para permitir que a maioria dos portadores injetados atravesse até o coletor.
. O coletor é moderadamente dopado e geralmente maior em volume para dissipar calor e coletar portadores sem saturar.
Passo 3
O funcionamento básico no modo ativo (amplificação) usa duas polarizações de junção:
– A junção base–emissor é polarizada a frente, isto é, a barreira de potencial cai e portadores são injetados da base para o emissor (ou vice-versa em PNP).
– A junção base–coletor é polarizada reversa, de modo a recolher esses portadores que atravessam a base.
Nos transistores NPN, ao aplicar e
, muitos elétrons saem do emissor, cruzam a base e são atraídos pelo coletor, gerando uma corrente de coletor
. A corrente de base
é pequena, e a relação
– A junção base–emissor é polarizada a frente, isto é, a barreira de potencial cai e portadores são injetados da base para o emissor (ou vice-versa em PNP).
– A junção base–coletor é polarizada reversa, de modo a recolher esses portadores que atravessam a base.
Nos transistores NPN, ao aplicar
é o ganho de corrente, tipicamente entre
e
.
Passo 4
Existem três regiões de operação principais:
– Corte: abaixo do limiar (~
V em silício) faz
e
.
– Ativo: suficiente para injeção e
alto o bastante para manter a junção base–coletor reversa. Aqui o transistor amplifica, com
.
– Saturação: e
ambas em frente; o transistor conduz como um “interruptor fechado”,
cai a uns
–
V.
– Corte:
– Ativo:
– Saturação:
Passo 5
O transistor pode ser usado em três configurações básicas:
. Emissor comum: maior ganho de tensão e corrente, fase invertida, muito usado em estágios amplificadores.
. Base comum: ganho de corrente alto, ganho de tensão <
, sem inversão de fase, usado em alta frequência.
. Coletor comum (seguidor): ganho de corrente moderado, ganho de tensão
, alta impedância de entrada e baixa de saída, ideal como buffer.
Resposta
O transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas PN ou NPN com três terminais (emissor, base e coletor). Seu princípio de funcionamento baseia-se na injeção de portadores na junção base–emissor e na coleta desses portadores na junção base–coletor. Na região ativa ele opera como amplificador (
), e nas regiões de corte ou saturação serve como chave eletrônica. As configurações emissor-comum, base-comum e coletor-comum permitem aplicações em amplificação de sinais, buffers e circuitos de alta frequência.