Como funciona um transistor?

O transistor foi inventado por William Shockley em 1947. Um transistor é um dispositivo semicondutor de três terminais que pode ser usado para aplicações de comutação, amplificação de sinais fracos e em quantidades de milhares e milhões de transistores que são interconectados e embutidos em um minúsculo circuito integrado / chip, que faz a memória do computador.

Tipos de Transistor Bipolar

O que é transistor?
O transistor é um dispositivo semicondutor que pode funcionar como um amplificador de sinal ou como um comutador de estado sólido. O transistor pode ser considerado como duas junções pn que são colocadas de volta para trás.

A estrutura tem duas junções PN com uma região de base muito pequena entre as duas áreas periféricas para o coletor e o emissor. Existem três classificações principais de transistores, cada uma com seus próprios símbolos, características, parâmetros de design e aplicativos.


Transistor de junção bipolar
Os BJTs são considerados dispositivos acionados por corrente e têm uma impedância de entrada relativamente baixa. Eles estão disponíveis como tipos NPN ou PNP. A designação descreve a polaridade do material semicondutor usado para fabricar o transistor.

A direção da seta mostrada no símbolo do transistor indica a direção da corrente através dele. Assim, no tipo NPN, a corrente sai do terminal do emissor. Enquanto no PNP, a corrente vai para o emissor.


Transistores de efeito de campo
FET's, são referidos como dispositivos acionados por tensão que possuem alta impedância de entrada. Os Transistores de Efeito de Campo são ainda subclassificados em dois grupos, Transistores de Efeito de Campo de Junção (JFET) e Transistores de Efeito de Campo de Semicondutor de Óxido Metálico (MOSFET).

Transistores de efeito de campo

FET semicondutor de óxido metálico (MOSFET)
Similar ao JFET acima, exceto que a tensão de entrada é capacitiva acoplada ao transistor. O dispositivo tem um dreno de baixa potência, mas é facilmente danificado por descarga estática.

MOSFET (nMOS e pMOS)

Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT)
O IGBT é o mais recente desenvolvimento de transístores. Este é um dispositivo híbrido que combina características tanto do BJT com o acoplamento capacitivo quanto do dispositivo NMOS / PMOS com entrada de alta impedância.

Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT)

Como transistor funciona o transistor de junção bipolar?
Neste artigo, discutiremos o funcionamento do transistor bipolar. O BJT é um dispositivo de três derivações com um Emissor, um Coletor e um terminal de base. Basicamente, o BJT é um dispositivo acionado atualmente. Duas junções PN existem dentro de um BJT.

Uma junção PN existe entre o emissor e a região base, existe um segundo entre o coletor e a região base. Uma pequena quantidade de fluxo de corrente de emissor para base (corrente de base medida em micro amplificadores) pode controlar um fluxo de corrente razoavelmente grande através do dispositivo do emissor para o coletor (corrente de coletor medida em miliamperes).

Os transistores bipolares estão disponíveis em natureza complementar em relação às suas polaridades. O NPN possui um emissor e coletor de material semicondutor do tipo N e o material de base é o material semicondutor do tipo P. No PNP, estas polaridades são simplesmente invertidas aqui, o emissor e o coletor são materiais semicondutores do tipo P e a base são materiais do tipo-N.

As funções dos transistores NPN e PNP são essencialmente as mesmas, mas as polaridades da fonte de alimentação são invertidas para cada tipo. A única grande diferença entre esses dois tipos é que o transistor NPN tem uma resposta de freqüência mais alta que o transistor PNP (porque o fluxo de elétrons é mais rápido do que o fluxo de furos). Portanto, em aplicações de alta frequência, os transistores NPN são usados.

Na operação usual de BJT, a junção base-emissor é polarizada diretamente e a junção do coletor de base é polarizada inversamente. Quando uma corrente flui através da junção base-emissor, uma corrente também flui no circuito coletor. Isso é maior e proporcional ao do circuito base.

Para explicar como isso acontece, o exemplo de um transistor NPN é obtido. Os mesmos princípios são usados ​​para o transistor pnp, exceto que a portadora de corrente é buracos ao invés de elétrons e as tensões são invertidas.

Operação de um BJT
O emissor do dispositivo NPN é feito de um material do tipo n, portanto, os portadores majoritários são elétrons. Quando a junção base-emissor é polarizada para frente, os elétrons se movem da região do tipo n para a região do tipo p e os buracos se movem em direção à região do tipo n.

Quando eles alcançam um ao outro eles combinam permitindo que uma corrente flua através da junção. Quando a junção é polarizada inversamente, os buracos e os elétrons se afastam da junção, agora uma região de depleção se forma entre as duas áreas e nenhum fluxo de corrente.

Quando uma corrente flui entre a base e o emissor, os elétrons deixam o emissor e fluem para a base, a ilustração mostrada no diagrama acima. Geralmente, os elétrons se combinam quando atingem a região de esgotamento.

Circuito de polarização do transistor de BJT NPN

No entanto, o nível de doping nesta região é muito baixo e a base também é muito fina. Isso significa que a maioria dos elétrons é capaz de atravessar essa região sem se recombinar com os buracos. Como resultado, os elétrons se deslocam em direção ao coletor (devido ao potencial positivo do coletor).

Desta forma, eles são capazes de fluir através do que é efetivamente uma junção reversa polarizada, e fluxos de corrente no circuito coletor.

Descobriu-se que a corrente de coletor é significativamente maior do que a corrente de base e, como a proporção de elétrons combinados com os orifícios permanece a mesma, a corrente de coletor é sempre proporcional à corrente de base.

A razão entre a base e a corrente de coletor recebe o símbolo grego β. Tipicamente, a relação β pode estar entre 50 e 500 para um pequeno transistor de sinal.

Isso significa que a corrente do coletor estará entre 50 e 500 vezes maior que a da corrente da região base. Para transistores de alta potência, o valor de β é provavelmente menor, com números de 20 não sendo incomuns.


Aplicações de Transistor

1. As aplicações mais comuns do transistor são compostas por interruptores analógicos e digitais, reguladores de potência, multi-vibradores, diferentes geradores de sinais, amplificadores de sinais e controladores de equipamentos.

2. Os transistores são os blocos básicos de construção dos circuitos integrados e da eletrônica mais atualizada.

3. Uma das principais aplicações do transistor é que os Microprocessadores reúnem mais de um bilhão de transistores em cada chip.

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