Transistor NPN e PNP: O que é, Como Funciona, História

Descrição sobre o que é um transistor, como funciona um transistor bipolar e detalhes dos transistores NPN e PNP.

_______________________________________________________________________

O Tutorial de Transistor inclui:

Noções básicas de transistor | Ganho: Hfe, hfe & Beta | Especificações do transistor | Códigos de numeração de transistores e diodos | Escolhendo transistores de substituição

__________________________________________

Os transistores estão no centro da tecnologia eletrônica atual. O desenvolvimento do transistor bipolar ou transistor de junção bipolar, BJT, resultou em muitas mudanças no mundo.

A introdução do transistor bipolar permitiu muitas tecnologias que consideramos normais hoje: tudo, desde rádios transistorizados portáteis até telefones celulares e computadores, operação remota, a funcionalidade que consideramos garantida nos automóveis atuais, etc. . . . Todos esses e muitos outros itens do dia-a-dia foram possíveis graças à invenção do transistor.

Hoje, os transistores bipolares estão disponíveis em muitas formas. Existe o transistor básico em forma de chumbo ou está disponível como um transistor de montagem em superfície. Mas os transistores também são amplamente usados ​​em circuitos integrados. A maioria dos ICs digitais usa tecnologia de efeito de campo, mas muitos ICs analógicos usam tecnologia bipolar para fornecer o desempenho necessário.

Juntamente com seu transistor de efeito de campo, FET, parentes que usam um princípio muito diferente, o transistor bipolar forma a base da maioria dos equipamentos eletrônicos atuais, seja como dispositivos discretos ou em circuitos integrados.

Desenvolvimento de transistores

A tecnologia de semicondutores está bem estabelecida, mas tem sido usada por mais de cem anos. Os primeiros efeitos de semicondutores foram notados no início de 1900, quando os primeiros aparelhos sem fio ou de rádio estavam sendo usados. Várias ideias estavam sendo investigadas como detectores.

A tecnologia de válvula termiônica ou tubo de vácuo foi introduzida em 1904, mas esses dispositivos eram caros e também exigiam alimentação por bateria. Logo depois, o detector Cat’s Whisker foi descoberto. Isso consistia em um fio fino colocado em um dos vários tipos de material. Esses materiais são conhecidos hoje como semicondutores e formam a base da tecnologia eletrônica moderna.

Nota sobre a história do transistor:

O transistor bipolar foi inventado por três pesquisadores que trabalhavam nos Laboratórios Bell: John Bardeen, Walter Brattain e William Schockley. Eles estavam trabalhando em uma ideia que usava um efeito de campo para controlar a corrente em um semicondutor, mas não conseguiram fazer a ideia funcionar. Eles voltaram seu foco para outra possibilidade e fizeram um dispositivo de três terminais usando dois pontos de contato espaçados em uma pastilha de germânio. Essa ideia funcionou e eles foram capazes de demonstrar que proporcionava ganhos no final de 1949.

Leia mais sobre a história do transistor bipolar

Depois que a ideia básica foi desenvolvida, demorou algum tempo até que a tecnologia de semicondutores fosse adotada, mas uma vez que foi, ela decolou da maneira que conhecemos hoje.

O que é um transistor bipolar

vale a pena definir em poucas palavras o que é um transistor bipolar:

Definição de transistor bipolar:

Um transistor bipolar é um dispositivo semicondutor que consiste em três áreas do tipo P ou do tipo N – uma área de um tipo é imprensada entre as áreas do outro. O transistor basicamente amplifica a corrente, mas pode ser conectado em circuitos projetados para amplificar tensão ou potência.

Um transistor bipolar precisa ser diferenciado de um transistor de efeito de campo. Um transistor de junção bipolar, BJT, ganha esse nome pelo fato de usar lacunas e elétrons em sua operação. Os transistores de efeito de campo são dispositivos unipolares que usam um ou outro tipo de portador de carga.

Um transistor bipolar, ou mais exatamente um transistor de junção bipolar, BJT, tem duas junções de diodo PN que são costas com costas. O transistor bipolar possui três terminais, denominados emissor, base e coletor.

O transistor amplifica a corrente – os transistores bipolares são dispositivos de corrente, ao contrário das válvulas termiônicas, tubos de vácuo e FETs, que são dispositivos de tensão. A corrente que flui no circuito de base afeta a corrente que flui entre o coletor e o emissor.

Leia . . . . teoria mais aprofundada do transistor de junção bipolar.

Nota sobre o projeto do circuito do transistor:

O transistor é um dispositivo de três terminais que oferece ganho de corrente. Existem três configurações que podem ser usadas para um transistor: emissor comum, coletor comum e base comum. Cada um tem características diferentes e, ao projetar o circuito em torno de uma dessas configurações, é possível obter as características necessárias.

Leia mais sobre Projeto de circuito de transistor bipolar

Estrutura básica do transistor

O transistor é um dispositivo de três terminais e consiste em três camadas distintas. Dois deles são dopados para dar um tipo de semicondutor e o outro é o tipo oposto, ou seja, dois podem ser do tipo n e um do tipo p, ou dois podem ser do tipo p e um pode ser do tipo n. dispostos de modo que as duas camadas semelhantes do transistor ensanduichem a camada do tipo oposto. Como resultado, esses dispositivos semicondutores são designados como transistores PNP ou transistores NPN, de acordo com a forma como são constituídos.

Os nomes dos três eletrodos são amplamente usados, mas seus significados nem sempre são compreendidos:

• Base:   A base do transistor ganha esse nome pelo fato de que nos primeiros transistores, esse eletrodo formava a base de todo o dispositivo. Os primeiros transistores de contato de ponto tinham dois contatos de ponto colocados no material de base. Este material de base formou a conexão de base. . . e o nome pegou.
• Emissor:   O emissor ganha esse nome pelo fato de emitir os portadores de carga.
• Coletor:   O coletor recebe esse nome pelo fato de coletar os portadores de carga.

Para o funcionamento do transistor é fundamental que a região da base seja bem fina. Nos transistores de hoje, a base pode ter apenas cerca de 1 µm de diâmetro. É o fato de a região da base do transistor ser fina que é a chave para o funcionamento do dispositivo

Leia . . . . detalhes mais detalhados da estrutura e fabricação do transistor.

Como funciona um transistor: o básico

Um transistor pode ser considerado como duas junções PN colocadas costas com costas. Uma delas, ou seja, a junção emissor-base é polarizada diretamente, enquanto a outra, a junção coletor-base é polarizada inversamente. Verificou-se que quando uma corrente flui na junção do emissor de base, uma corrente maior flui no circuito coletor, mesmo que a junção do coletor de base seja polarizada inversamente.

Para maior clareza, o exemplo de um transistor NPN é usado. O mesmo raciocínio pode ser usado para um dispositivo PNP, exceto que os buracos são os portadores majoritários em vez dos elétrons.

Quando a corrente flui através da junção emissor-base, os elétrons deixam o emissor e fluem para a base. No entanto, a dopagem nesta região é mantida baixa e existem comparativamente poucos buracos disponíveis para recombinação. Como resultado, a maioria dos elétrons é capaz de fluir através da região de base e para a região do coletor, atraídos pelo potencial positivo.

Leia . . . . teoria mais aprofundada do transistor de junção bipolar.

Apenas uma pequena proporção dos elétrons do emissor se combinam com lacunas na região de base, dando origem a uma corrente no circuito base-emissor. Isso significa que a corrente do coletor é muito maior.

A relação entre a corrente de coletor e a corrente de base recebe o símbolo grego Β. Para a maioria dos transistores de sinal pequeno, isso pode estar na região de 50 a 500. Em alguns casos, pode ser ainda maior. Isso significa que a corrente do coletor está tipicamente entre 50 e 500 vezes a que flui na base. Para um transistor de alta potência, o valor de Β é um pouco menor: 20 é um valor bastante típico.

Leia . . . . teoria mais aprofundada do transistor de junção bipolar.

Por que os transistores NPN são mais usados ​​que os transistores PNP

Ao olhar para circuitos e também em folhas de dados, etc., veremos que os transistores NPN são muito mais populares do que os transistores PNP.

Há várias razões para isso:

• Mobilidade da portadora:   os transistores NPN usam elétrons como portadores majoritários, em vez de buracos que são os portadores majoritários nos transistores PNP. Como os buracos se movem muito mais facilmente dentro da rede cristalina do que os elétrons, ou seja, eles têm uma mobilidade maior, eles podem operar mais rápido e fornecer um nível de desempenho muito melhor.
• Aterramento negativo:   Ao longo dos anos, um aterramento negativo tornou-se padrão, por exemplo, em veículos automotivos, etc., e a polaridade dos transistores NPN significa que as configurações básicas do transistor operam com um aterramento negativo.
• Custos de produção:   A fabricação de componentes semicondutores à base de silício é realizada de forma mais econômica usando grandes pastilhas de silício do tipo N. Embora seja possível fabricar transistores PNP, requer 3 vezes mais área de superfície do wafer, e isso aumenta significativamente os custos. Como os custos do wafer constituem uma parte importante do custo total do componente, isso aumentou significativamente os custos de produção dos transistores PNP.

Transistores bipolares, BJTs, foram a primeira forma de transistor que foi inventada e ainda são amplamente utilizados hoje em muitas áreas. Eles são fáceis de usar, baratos e vêm com especificações para atender a maioria dos requisitos. Eles são ideais para muitos circuitos, embora, naturalmente, a especificação do transistor bipolar precise ser compatível com a do circuito.

_______________________________________

Retorne ao menu Componentes Eletrônicos

A Raisa distribui equipamentos para soldagem e para teste e medição há mais de 30 anos! Considere explorar algumas das nossa principais marcas através do menu abaixo:

• Rigol
• Tektronix
• Weller