Transistores Npn

O primeiro transistor de junção bipolar foi inventado em 1947 nos laboratórios Bell. “Duas polaridades” é abreviado como bipolar, daí o nome Transistor de junção bipolar. O BJT é um dispositivo de três terminais com Coletor (C), Base (B) e Emissor (E). Identificar os terminais de um transistor requer o diagrama de pinos de uma peça BJT particular, que estará disponível na ficha técnica. Existem dois tipos de transistores BJT - NPN e PNP. Neste tutorial falaremos sobre os transistores NPN. Vamos considerar os dois exemplos de transistores NPN - BC547A e PN2222A, mostrados nas imagens acima.

Com base no processo de fabricação, a configuração do pino será alterada e os detalhes estarão disponíveis na ficha técnica correspondente. À medida que a potência nominal do transistor aumenta, o dissipador de calor necessário precisa ser conectado ao corpo do transistor. Um transistor imparcial ou um transistor sem potencial aplicado nos terminais é semelhante a dois diodos conectados costas com costas conforme mostrado na figura abaixo.

O diodo D1 tem uma propriedade de condução reversa baseada na condução direta do diodo D2. Quando uma corrente flui através do diodo D2, o diodo D1 detecta a corrente e uma corrente proporcional será permitida a fluir na direção reversa do terminal coletor para o terminal emissor, desde que um potencial mais alto seja aplicado no terminal coletor. A constante proporcional é o Ganho (β).

Trabalho de transistores NPN:

Conforme discutido acima, o transistor é um dispositivo controlado por corrente que tem duas camadas de depleção com potencial de barreira específico necessário para difundir a camada de depleção. O potencial de barreira para um transistor de silício é de 0,7 V a 25 ° C e 0,3 V a 25 ° C para um transistor de germânio. Principalmente o tipo comum de transistor usado é do tipo silício porque o silício é o elemento mais abundante na Terra depois do oxigênio.

Operação interna:

A construção do transistor npn é que as regiões coletoras e emissoras são dopadas com material do tipo n e a região da base é dopada com uma pequena camada de material do tipo p. A região emissora é fortemente dopada quando comparada com a região do coletor. Essas três regiões formam duas junções. Eles são a junção base-coletor (CB) e a junção base-emissor.

Quando um VBE potencial é aplicado através da junção Base-Emissor aumentando de 0V, os elétrons e lacunas começam a se acumular na região de depleção. Quando o potencial aumenta acima de 0,7 V, a tensão da barreira é atingida e ocorre a difusão. Portanto, os elétrons fluem em direção ao terminal positivo e os fluxos de corrente de base (IB) são opostos ao fluxo de elétrons. Além disso, a corrente do coletor para o emissor começa a fluir, desde que a tensão VCE seja aplicada no terminal do coletor. O transistor pode atuar como uma chave e um amplificador.

Região operacional versus modo de operação:

1. Região ativa, IC = β × IB - operação do amplificador

2. Região de saturação, IC = Corrente de saturação - Operação do interruptor (totalmente LIGADO)

3. Região de corte, IC = 0 - Operação do interruptor (totalmente desligado)

Transistor como interruptor:

Para explicar com um PSPICE, o modelo BC547A foi selecionado. A primeira coisa importante a ter em mente é usar um resistor limitador de corrente na base. Correntes de base mais altas danificarão um BJT. Na folha de dados, a corrente máxima do coletor é 100mA e o ganho correspondente (hFE ou β) é fornecido.

Etapas para selecionar componentes, 1. Encontre o coletor wiz atual a corrente consumida por sua carga. Nesse caso, será 60mA (bobina do relé ou LEDs paralelos) e resistor = 200 Ohms.

2. Para levar o transistor à condição de saturação, corrente de base suficiente deve ser fornecida de modo que o transistor esteja completamente LIGADO. Calculando a corrente de base e o resistor correspondente a ser usado.

Para a saturação completa, a corrente de base é aproximada a 0,6 mA (nem muito alta nem muito baixa). Portanto, abaixo está o circuito com 0 V para base durante o qual a chave está no estado OFF.

a) Simulação PSPICE de BJT como switch, eb) condição de switch equivalente

Teoricamente, a chave está completamente aberta, mas praticamente um fluxo de corrente de fuga pode ser observado. Esta corrente é desprezível, pois eles estão em pA ou nA. Para melhor compreensão do controle de corrente, um transistor pode ser considerado como um resistor variável através do coletor (C) e emissor (E) cuja resistência varia com base na corrente através da base (B).

Inicialmente, quando nenhuma corrente está fluindo pela base, a resistência em CE é muito alta e nenhuma corrente passa por ela. Quando um potencial de 0,7 V e acima é aplicado no terminal de base, a junção BE se difunde e faz com que a junção CB se difunda. Agora, a corrente flui do coletor para o emissor com base no ganho.

a) Simulação PSPICE de BJT como switch, eb) condição de switch equivalente

Agora vamos ver como controlar a corrente de saída controlando a corrente de base. Considerando IC = 42mA e seguindo a mesma fórmula acima obtemos IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.

a) Simulação PSPICE de BJT como switch, eb) condição de switch equivalente

A variação do valor prático do valor calculado é devido à queda de tensão no transistor e à carga resistiva que é usada.

Transistor como amplificador:

A amplificação é a conversão de um sinal fraco em uma forma utilizável. O processo de amplificação tem sido uma etapa importante em muitas aplicações, como sinais transmitidos sem fio, sinais recebidos sem fio, tocadores de MP3, telefones celulares, etc. O transistor pode amplificar potência, tensão e corrente em diferentes configurações.

Algumas das configurações usadas nos circuitos do amplificador são

1. Amplificador emissor comum
2. Amplificador de coletor comum
3. Amplificador de base comum

Dos tipos acima, o tipo de emissor comum é a configuração popular e mais usada. A operação ocorre na região ativa, o circuito amplificador emissor comum de estágio único é um exemplo disso. Um ponto de polarização DC estável e um ganho AC estável são importantes no projeto de um amplificador. O nome amplificador de estágio único quando apenas um transistor está sendo usado.

Acima está o circuito amplificador de estágio único, onde um sinal fraco aplicado no terminal de base é convertido em β vezes o sinal real no terminal do coletor.

Finalidade da peça:

CIN é o capacitor de acoplamento que acopla o sinal de entrada à base do transistor. Portanto, esse capacitor isola a fonte do transistor e permite que apenas o sinal CA passe. CE é o capacitor de bypass que atua como o caminho de baixa resistência para o sinal amplificado. COUT é o capacitor de acoplamento que acopla o sinal de saída do coletor do transistor. Portanto, esse capacitor isola a saída do transistor e permite que apenas o sinal CA passe. R2 e RE fornecem a estabilidade para o amplificador, enquanto R1 e R2 juntos garantem a estabilidade no ponto de polarização DC, agindo como um divisor de potencial.

Operação:

O circuito opera instantaneamente para cada intervalo de tempo. Simplesmente para entender, quando a tensão CA no terminal de base aumenta, o aumento correspondente na corrente flui através do resistor do emissor. Assim, este aumento na corrente do emissor aumenta a corrente do coletor mais alta para fluir através do transistor, o que diminui a queda do emissor do coletor VCE. Da mesma forma, quando a tensão CA de entrada reduz exponencialmente, a tensão VCE começa a aumentar devido à diminuição na corrente do emissor. Todas essas mudanças nas tensões refletem instantaneamente na saída que será a forma de onda invertida da entrada, mas amplificada.

Características	Base Comum	Emissor Comum	Colecionador Comum
Ganho de tensão	Alto	Médio	Baixo
Ganho atual	Baixo	Médio	Alto
Ganho de potência	Baixo	Muito alto	Médio

Tabela: Tabela de comparação de ganho

Com base na tabela acima, a configuração correspondente pode ser utilizada.