BJT: tudo o que você precisa saber sobre o transistor bipolar

No nosso seção de componentes eletrônicos Já falamos bastante sobre os diferentes tipos de transistores comerciais. Agora é hora de nos aprofundarmos em um transistor amplamente utilizado, é a família de Transistores BJT, isto é, transistores bipolares, tão presentes em muitos dispositivos eletrônicos que usamos no dia a dia.

Então você pode saiba mais sobre esses transistores e as diferenças com os unipolares...

O que é um semicondutor?

: SONY DSC

: SONY DSC

Os semicondutores São materiais que possuem uma condutividade elétrica entre a dos condutores e a dos isoladores. Ao contrário dos metais (bons condutores) e dos não metais (isoladores ou dielétricos), os semicondutores ocupam uma posição única que permite que sejam manipulados para controlar o fluxo da corrente elétrica.

Su estrutura de cristal, normalmente composto por elementos como silício ou germânio, é essencial para a compreensão do seu comportamento. Os átomos desses materiais formam uma estrutura cristalina na qual os elétrons são compartilhados entre os átomos em bandas de energia. A banda de valência contém elétrons fortemente ligados aos átomos, enquanto a banda de condução contém elétrons que podem se mover livremente.

Os materiais semicondutores Eles são essenciais na fabricação de dispositivos eletrônicos avançados. O silício, sendo um dos semicondutores mais utilizados, é onipresente na indústria e constitui a base de chips e microprocessadores. Além do silício, o germânio é outro material semicondutor comum usado em tecnologias mais antigas. Compostos semicondutores como o arsenieto de gálio (GaAs) e o fosforeno também ganharam importância, especialmente em aplicações de alta frequência e optoeletrônicas. Esses materiais permitem a criação de dispositivos como diodos emissores de luz (LEDs), transistores de alta frequência e sensores avançados, demonstrando a versatilidade e vitalidade dos semicondutores na vanguarda da inovação tecnológica.

Transportadores de carga e direção eletrônica

La capacidade dos semicondutores de conduzir eletricidade reside na sua capacidade de gerar portadores de carga. Os portadores de carga podem ser elétrons com carga negativa ou "buracos" com carga positiva, que resultam de elétrons que foram deslocados da banda de valência para a banda de condução.

Quando uma tensão é aplicada a um semicondutor, os elétrons pode passar da banda de valência para a banda de condução, criando corrente elétrica. Este fenômeno é conhecido como condução eletrônica e é essencial para o funcionamento de dispositivos eletrônicos.

Dopantes (impurezas)

Para melhorar e controlar as propriedades elétricas dos semicondutores, Impurezas deliberadas são introduzidas no vidro através de um processo chamado dopagem.. Os átomos dopantes podem ser do tipo doador (adicionando elétrons extras) ou do tipo aceitador (criando buracos), ou seja, os primeiros seriam os chamados semicondutores do tipo N e os segundos os semicondutores do tipo P.

Os dopantes introduzem níveis adicionais de energia no banda proibida, permitindo maior controle sobre a condução eletrônica. Alguns exemplos comuns de dopantes são fósforo (doador) e boro (aceitador) para silício. Desta forma, podem ser criadas zonas ou junções para criar dispositivos como um diodo, que é basicamente uma única junção PN, ou semicondutores, que geralmente são três zonas, como veremos mais adiante.

Tipos de semicondutores: intrínsecos e extrínsecos

Por outro lado, para compreender o BJT, também é importante saber o que tipos de semicondutores Eles existem, como:

Intrínseco: Quando nenhuma impureza é adicionada a um semicondutor, ele é classificado como intrínseco. Neste caso, a condução elétrica se deve unicamente à geração térmica de portadores de carga (pares elétron-buraco).
extrínseco: São o resultado de dopagem intencional com impurezas. Os semicondutores do tipo N (negativos) são obtidos pela adição de dopantes doadores, enquanto os semicondutores do tipo p (positivos) são formados com dopantes aceitadores. Esses processos permitem ajustar as propriedades elétricas dos semicondutores de acordo com as necessidades específicas das aplicações.

Introdução às junções PN

La Junção PN É um conceito essencial na eletrônica de semicondutores que estabelece as bases para a criação de dispositivos como diodos e transistores. Uma junção PN é formada quando duas regiões de um material semicondutor se unem. Essas regiões são a região do tipo P (onde predomina a concentração de portadores de carga positiva ou lacunas) e a região do tipo N (onde predomina a concentração de portadores de carga negativa ou elétrons). A transição entre estas duas regiões cria uma interface única com propriedades elétricas especiais.

La formação da junção PN Geralmente ocorre por meio de um processo denominado dopagem, onde impurezas deliberadas são introduzidas no material semicondutor. Na região do tipo P são utilizados dopantes aceitadores (como o boro), enquanto na região do tipo N são utilizados dopantes doadores (como o fósforo), como mencionei anteriormente. Este processo cria um gradiente de concentração de portadores de carga através da junção, estabelecendo assim a barreira de potencial.

Quanto a comportamento desta junção PN, possui propriedades únicas quando polarizado em diferentes direções:

En polarização direta, uma tensão é aplicada na direção que favorece o fluxo de corrente através da junção. Neste caso, os portadores de carga atravessam a barreira de potencial, permitindo a condução elétrica.
Pelo contrário, em polarização reversa, a tensão aplicada atua contra a barreira de potencial, dificultando o fluxo da corrente. Neste estado, a junção PN atua como um diodo, permitindo a condução em uma direção e bloqueando-a na direção oposta.

A junção PN é a base de muitos dispositivos eletrônicos. Os diodos, por exemplo, aproveitam a propriedade da junção PN para permitir o fluxo de corrente em uma direção e bloqueá-la na outra. Os transistores, fundamentais para lógica digital e amplificação de sinais, também são construídos utilizando diversas junções PN, como no caso dos BJTs que podem ter junções NPN ou PNP...

O que é um transistor BJT?

El transistor de junção bipolar (BJT ou transistor de junção bipolar) É um dispositivo eletrônico de estado sólido composto por duas junções PN muito próximas, permitindo aumento de corrente, diminuição de tensão e controle do fluxo de corrente através de seus terminais. A condução neste tipo de transistor envolve portadores de carga de ambas as polaridades (buracos positivos e elétrons negativos). Os BJTs são amplamente utilizados em eletrônica analógica e em algumas aplicações de eletrônica digital, como a tecnologia TTL ou BiCMOS.

La A história dos transistores bipolares remonta a 1947, quando John Bardeen e Walter Houser Brattain inventaram o transistor bipolar de contato pontual na Bell Telephone Company. Mais tarde, William Shockley desenvolveu o transistor de junção bipolar em 1948. Embora tenham sido essenciais durante décadas, seu uso diminuiu em favor da tecnologia CMOS em circuitos integrados digitais.

A estrutura de um BJT consiste em três regiões:

O emissor (altamente dopado e funcional como emissor de carga)
A base (estreita e separa o emissor do coletor)
O coletor (extensão maior).

A deposição epitaxial é a técnica de fabricação comum. Em operação normal, a junção base-emissor é polarizada diretamente, enquanto a junção base-coletor é polarizada inversamente. O princípio de funcionamento envolve o Polarização polarização direta da junção base-emissor e polarização reversa da junção base-coletor. Os elétrons são injetados do emissor para o coletor, permitindo a amplificação do sinal. O BJT é caracterizado por sua baixa impedância de entrada e pode ser modelado como uma fonte de corrente controlada por tensão ou como uma fonte de corrente controlada por corrente.

Operação de transistor bipolar

Quanto ao funcionamento, temos que em um transistor de junção bipolar (BJT) na configuração NPN, A junção base-emissor é polarizada diretamente e a junção base-coletor é polarizada inversamente.. A agitação térmica permite que os portadores de carga do emissor atravessem a barreira de potencial emissor-base e cheguem ao coletor, impulsionados pelo campo elétrico entre a base e o coletor. Em operação típica, a junção base-emissor é polarizada diretamente, permitindo que elétrons sejam injetados na região base e viajem em direção ao coletor. A região base deve ser fina para minimizar a recombinação dos portadores antes de atingir a junção base-coletor. A corrente coletor-emissor pode ser controlada pela corrente base-emissor (controle de corrente) ou pela tensão base-emissor (controle de tensão). Em um transistor PNP é o contrário...

Diferenças com o transistor unipolar

Os transistores podem ser classificados em duas categorias principais: bipolares e unipolares. As diferenças chave O que encontramos entre os dois é:

BJT ou bipolar: Assim como os transistores unipolares, os transistores bipolares também possuem portadores de carga positiva e negativa, ou seja, com regiões dopadas com P e N em sua estrutura. Quanto à polarização, podem ser polarizadas direta ou inversamente, dependendo da necessidade, podendo ser do tipo NPN ou PNP. Quanto aos modos de operação, podem operar em modo ativo, modo de corte e modo de saturação. Eles são controlados por corrente e possuem um ganho de corrente representado pela letra β (beta). A perda de potência neste caso é maior que a dos transistores unipolares e sua velocidade é geralmente mais lenta que a dos transistores unipolares. Portanto, eles são frequentemente usados em amplificadores de sinais analógicos e comutação de baixa frequência, entre outros. Os BJTs são mais suscetíveis ao ruído.
FET ou unipolar: Transistores unipolares ou de efeito de campo também utilizam portadores de carga, mas aqui temos elétrons ou lacunas, dependendo do tipo. A polarização principal aqui é inversa e os modos de operação são principalmente em saturação. Neste caso temos transistores controlados por tensão. O ganho de corrente é representado neste caso pela transcondutância, a perda de potência é menor que nos bipolares e são mais rápidas. Por esse motivo, eles são frequentemente usados para comutação de alta frequência e circuitos digitais. Os unipolares são menos suscetíveis ao ruído.

Tipo BJT (NPN e PNP)

Como comentei em diversas partes do artigo, existem dois tipos principais de transistores BJT:

Transistores NPN: Fazem parte de um dos dois tipos fundamentais de transistores bipolares, onde as letras “N” e “P” indicam os portadores de carga majoritários presentes nas diversas regiões do dispositivo. Atualmente, a maioria dos transistores bipolares são do tipo NPN, pois a mobilidade dos elétrons é maior que a dos “buracos” nos semicondutores, permitindo assim correntes mais altas e velocidades de operação mais altas. A estrutura de um transistor NPN compreende uma camada de material semicondutor dopado com P, chamada de "base", situada entre duas camadas de material dopado com N. Na configuração de emissor comum, uma pequena corrente que flui para a base é amplificada no saída do coletor. O símbolo do transistor NPN inclui uma seta apontando para o terminal emissor e a direção da corrente convencional durante a operação ativa do dispositivo.
Transistores PNP: Segundo tipo de transistor bipolar, possuem letras “P” e “N” que se referem às cargas majoritárias em diferentes regiões do dispositivo. Embora menos comuns hoje, os transistores PNP consistem em uma camada de material semicondutor dopado com N entre duas camadas de material dopado com P. Em operação típica, o coletor é conectado ao terra e o emissor está ligado ao terminal positivo da fonte. fonte de alimentação através de uma carga elétrica externa. Uma pequena corrente fluindo para a base permite que uma corrente significativamente maior flua do emissor para o coletor. A seta no símbolo do transistor PNP está localizada no terminal do emissor e aponta na direção da corrente convencional durante a operação ativa do dispositivo. Apesar de sua menor prevalência, os transistores NPN são preferidos na maioria das situações devido ao seu melhor desempenho.

Você pode ver todos os detalhes nas imagens acima.

Aplicações de um BJT

Transistores de junção bipolar (BJTs) são usados em uma variedade de aplicações em eletrônica, já comentei alguns casos anteriormente, mas aqui mostro uma lista com algumas das principais aplicações ou usos desses transistores:

Amplificação de sinal: Os BJTs são comumente usados para amplificar sinais fracos, como os de sensores ou microfones, em circuitos de áudio e radiofrequência.
Comutação: Eles são usados para controlar a comutação de corrente em circuitos digitais e lógicos, como chaves eletrônicas, a fim de implementar portas lógicas.
Amplificadores de potência: Eles são usados em estágios de amplificação de potência em sistemas de áudio e amplificadores de RF (radiofrequência). Na verdade, uma das primeiras aplicações para as quais esses transistores foram projetados foi para isso, em substituição às válvulas de vácuo anteriores.
Fontes de energia: Eles podem ser configurados para gerar corrente constante, o que é útil em determinados circuitos e aplicações de referência de corrente. Você também os encontrará em sistemas ou circuitos reguladores de tensão para manter uma tensão constante na saída da fonte de alimentação.
Osciladores: Eles são usados em circuitos osciladores para gerar sinais periódicos, como em geradores de ondas senoidais.
Amplificação de RF: Em sistemas de comunicação, os BJTs são utilizados em estágios de amplificação de sinais de radiofrequência.
Modulação de amplitude e frequência: Eles são usados em circuitos de modulação para alterar as características dos sinais de áudio ou RF. Eles também podem ser implementados em alguns sensores ou detectores para processar os sinais.

Como verificar um transistor BJT

A verificação de um transistor BJT é importante para garantir seu funcionamento adequado. Se quiser saber como fazer, você só precisará de um multímetro ou multímetro que tenha essa função para verificar transistores bipolares. E a forma de proceder é muito simples, basta seguir estes passos:

BJT NPN: Primeiro você deve identificar os terminais ou pinos do Emissor (E), Base (B) e Coletor (C) que seu transistor inclui. Dependendo do modelo, você pode consultar as fichas técnicas para mais detalhes, embora seja fácil de saber. Depois de identificar os terminais e o multímetro em mãos, o próximo passo é simplesmente inserir os pinos corretamente nos slots para essa finalidade. Caso o seu multímetro não possua esta função, você pode usar esta outra alternativa:
1. Coloque o multímetro em modo de teste de transistor, ou seja, gire a roda para selecionar o símbolo de medição de tensão CC (V —).
2. Toque nos pinos desejados com as pontas de prova do multímetro:
  - Ao verificar a junção BE ou Base-Emissor, você deverá ver uma leitura de tensão na tela entre 0.6 e 0.7 V, dependendo do transistor.
  - Ao verificar a junção BC ou Coletor Base, você toca nesses outros terminais e a leitura da tensão deve ser semelhante à acima.
  - Para verificar o ganho atual (hFE), gire o dial de seleção para a função hFE. E tocando o emissor e a base, e o emissor e o coletor com as pontas de prova para determinar o ganho hFE, que será a relação entre os dois.
BJT PNP: neste outro caso, a verificação é semelhante, só que de forma oposta à de um NPN.

Caso os resultados obtidos sejam valores fora do esperado, o transistor indicará que não funciona ou está com defeito e precisa ser substituído.

Onde comprar um BJT

Se você quer comprar transistores BJT baratos, você pode fazer isso em qualquer loja de eletrônicos ou plataforma online especializada. Um lugar onde você encontrará esses dispositivos BJT é na Amazon, e recomendamos estes:

Hardwarelibre