Questão 3. No circuito TBJ na configuração polarização do emissor, o TBJ está operando na região de saturação quando:
a) A corrente de base ( I_{B} ) é zero.
b) A tensão coletor-emissor ( V_{C E} ) é igual à tensão de alimentação ( V_{C C} ).
c) A corrente de coletor ( I_{C} ) atinge seu valor máximo teórico, e a tensão coletor-emissor \left(V_{C E}\right) é próxima de zero \left(V_{C E} \approx 0,2 \mathrm{~V}\right).
d) A junção coletor-base está inversamente polarizada.

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que ele pergunta. O enunciado apresenta quatro alternativas sobre quando um TBJ (transistor bipolar de junção) em configuração com polarização do emissor está operando na região de saturação. As alternativas são:
a) A corrente de base ( I_{B}) é zero.
b) A tensão coletor-emissor ( V_{C E}) é igual à tensão de alimentação ( V_{C C}).
c) A corrente de coletor ( I_{C}) atinge seu valor máximo teórico, e a tensão coletor-emissor \left(V_{C E}\right) é próxima de zero \left(V_{C E} \approx 0,2\\ \mathrm{V}\right).
d) A junção coletor-base está inversamente polarizada.
O que o exercício pede: identificar qual dessas alternativas descreve corretamente a condição de saturação do TBJ.

Passo 2

Conceitos básicos que vou usar (explicados de forma direta e sem pular etapas):
  • Um TBJ tem duas junções importantes: junção base-emissor (BE) e junção coletor-base (CB).
  • “Polarizar uma junção no sentido direto (forward)” significa aplicar uma tensão que faz a junção conduzir (no silício típico, a junção BE fica direta por volta de \,0,7\\ \mathrm{V}). “Polarizar no sentido inverso (reverse)” significa aplicar tensão que impede a condução usual da junção.
  • Três regiões de operação importantes (resumidas):
    • Corte: as junções BE e CB estão estatisticamente no sentido inverso (ou BE não está direta), resultando em correntes praticamente nulas.
    • Região ativa direta: BE está direta e CB está inversa; nesta região vale a relação aproximada \,I_C=\beta I_B, onde \beta é o ganho de corrente (constante de proporcionalidade).
    • Saturação: tanto BE quanto CB estão polarizadas diretamente; o transistor “satura” porque não consegue aumentar I_C proporcionalmente ao aumento de I_B. Nessa condição V_{CE} cai até um valor baixo chamado V_{CE(sat)} (típico \approx 0,1 0,3\\ \mathrm{V}, comumente ~ \,0,2\\ \mathrm{V}).

Passo 3

Explicando detalhadamente a região de saturação (para entender o porquê da alternativa correta):
  • Na saturação a junção coletor-base (CB) está polarizada diretamente, ou seja, não está inversamente polarizada. Isso significa que a alternativa (d) está incorreta: ela afirma o oposto do que ocorre.
  • Quando a base é fortemente excitada (muito I_B), o transistor tenta conduzir o máximo que o circuito externo permite entre coletor e emissor; porém, a corrente de coletor deixa de obedecer a relação linear \,I_C=\beta I_B. Em vez disso, o circuito limita I_C (por exemplo, pela resistência de coletor e pela tensão de alimentação), e a queda V_{CE} atinge um valor pequeno \,V_{CE(sat)}. Por isso costuma-se dizer que V_{CE} fica próximo de \,0,2\\ \mathrm{V}.
  • Nota importante sobre a expressão “atinge seu valor máximo teórico” na alternativa (c): na prática, em saturação a corrente de coletor fica limitada pelo circuito (resistores, V_{CC}, etc.). Alguns enunciados afirmam que I_C está “no máximo que o circuito permite” — isso é consistente com a ideia de saturação. O ponto crucial é que em saturação o transistor já não consegue aumentar I_C proporcionalmente a I_B (a relação \beta efetiva diminui).

Passo 4

Análise opção a opção, justificando por que cada uma está certa ou errada:
  • Alternativa (a): “A corrente de base ( I_B) é zero.”
    Se I_B=0, não há injeção de portadores na base; o transistor fica em corte, não em saturação. Então (a) é falsa.
  • Alternativa (b): “A tensão coletor-emissor ( V_{CE}) é igual à tensão de alimentação ( V_{CC}).”
    Isso aconteceria quando não há queda significativa no circuito do coletor (por exemplo, coletor praticamente aberto) — cenário de corte ou de coletor sem corrente, não de saturação. Na saturação V_{CE} é pequeno (próximo de V_{CE(sat)}), não igual a V_{CC}. Então (b) é falsa.
  • Alternativa (c): “A corrente de coletor ( I_C) atinge seu valor máximo teórico, e a tensão coletor-emissor \left(V_{CE}\right) é próxima de zero \left(V_{CE} \approx 0,2\\ \mathrm{V}\right).”
    A parte essencial aqui é a segunda frase: V_{CE} próximo de \,0,2\\ \mathrm{V} é a característica clássica da saturação. A primeira frase, que diz “atinge seu valor máximo teórico”, pode ser entendida como “atinge o máximo permitido pelo circuito/condições” — e isso é compatível com saturação, porque o transistor não consegue mais aumentar I_C mesmo com mais I_B. Portanto (c) descreve corretamente a situação típica de saturação (embora a expressão “valor máximo teórico” seja um pouco imprecisa, o núcleo da afirmação — V_{CE} pequeno e corrente no limite do circuito — está certo).
  • Alternativa (d): “A junção coletor-base está inversamente polarizada.”
    Como já expliquei, na saturação a junção coletor-base está polarizada diretamente. Logo (d) é falsa.

Passo 5

Resumo conciso e incentivo: a alternativa que descreve corretamente a condição de saturação é a (c), porque a marca registrada da saturação é V_{CE} muito baixo (valor de saturação típico \,V_{CE(sat)}\approx0,2\\ \mathrm{V}) e corrente de coletor limitada pelo circuito (o transistor não mantém a proporcionalidade \,I_C=\beta I_B). As outras alternativas descrevem corte, condição incorreta ou são tecnicamente erradas.

Resposta

c)

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