1) O documento discute o transistor bipolar de junção (TBJ), sua configuração base comum e suas curvas características de entrada e saída. 2) A curva característica de entrada do TBJ na configuração base comum é semelhante à curva de um diodo, enquanto a curva característica de saída apresenta três regiões distintas: corte, saturação e ativa. 3) A região ativa é a mais utilizada em aplicações de amplificação por apresentar comportamento linear, permitindo menor distor

1. 1
Transistor Bipolar de Junção
(TBJ)
2
Profa. Regiane Ragi

2. 2
Esta aula baseia-se no livro:
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: DIODOS E TRANSISTORES
EDUARDO CESAR ALVES CRUZ,
SALOMAO CHOUERI JUNIOR e
ANGELO EDUARDO BATTISTINI MARQUES

3. Amplificação
Quando analisamos o funcionamento de um transistor
e observamos a variação de corrente ao varrermos uma
ampla faixa de tensões de polarização, percebemos
que alguns efeitos interessantes acontecem.
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
3

4. Se aumentarmos a corrente na base iB, aumenta a
corrente de coletor iC.
iB iC
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
4

5. Isto em geral acontece, porque, um aumento na
corrente de base leva a um aumento no número de
recombinações do dispositivo.
5

6. De forma contrária, se diminuirmos a corrente de
base, também a corrente de coletor irá diminuir.
iB iC
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
6

7. Claramente se verifica, que a corrente de base age
como um controle de corrente, entre o emissor e o
coletor.
7
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE

8. Exatamente como acontece com o registro de uma
torneira, onde se controla o fluxo de água através dele.
8
http://3.bp.blogspot.com/_8pDxwSt70oc/S6oGV__76BI/AAAAAAAAAlo/Ru9haq3FcLc/s1600/Calendario+Marelli+201011.jpg

9. 9
Também, como a corrente de base é muito menor do
que a corrente de coletor, temos que uma pequena
variação de corrente da base fornece uma grande
variação da corrente de coletor.
∆iB ∆iC
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE

10. 10
Dessa forma, podemos dizer que a variação na corrente
de coletor é um reflexo amplificadoda variação
da corrente ocorrida na base.
∆iB
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
∆iC

11. 11
É exatamente este fato, do transistor proporcionar uma
amplificação de um sinal, que faz dele o que
denominamos de componente ATIVO.

12. 12
A este efeito de AMPLIFICAÇÃO denominamos de ganho
de corrente e pode ser expresso como
VCB
n np
+-+-
VBE
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
∆iB ∆iC

13. 13
Obviamente, este efeito de amplificação também
ocorre nos transistores pnp.
∆iB ∆iC
-+
VBC
p pn
-+
VEB
iBiE iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VEB
VBC
VEC

14. 14
Configurações básicas no
TBJ
Os transistores bipolares podem ser utilizados em três
configurações básicas.

15. 15
i. Base Comum (BC)

16. 16
i. Base Comum (BC)
ii. Emissor Comum (EC)

17. 17
i. Base Comum (BC)
ii. Emissor Comum (EC)
iii. Coletor Comum (CC)

18. 18
Configurações básicas no TBJ
pnp npn
Base Comum
Emissor Comum
Coletor Comum
Configuração

19. 19
O termo comum diz respeito ao terminal que é
comum à entrada e a saída do circuito.

20. 20
Cada uma dessas configurações têm características
específicas e aplicações diferentes, que discutiremos a
seguir.

21. 21
Principais Características das configurações
Com o intuito de tornar mais fácil a utilização dos
transistores com relação à sua polarização, é comum
os fabricantes disponibilizarem duas informações,
extremamente importantes, de forma gráfica.

22. 22
São elas,

23. 23
São elas,
A característica de entrada
E
A característica de saída.

24. 24
Muito comum, os fabricantes fornecerem as curvas
características na configuração emissor-comum, e a
partir desta, obter os parâmetros necessários para
outras configurações.

25. 25
A curva característica de entrada mostra a relação
entre corrente e tensão de entrada para vários valores
constantes de tensão de saída, formando assim, uma
família de curvas, para cada tensão de saída aplicada.

26. 26
Analogamente, na curva característica de saída, temos a
relação entre, a corrente e a tensão de saída, para
vários valores constantes de corrente de entrada,
formando também uma família de curvas, uma para
cada corrente de entrada.

27. 27
A partir dessas curvas podemos calcular os resistores
de polarização mais adequados para cada
configuração e aplicação.

28. 28
Nota:
Por uma questão de convenção, utiliza-se letras
maiúsculas, V e I, para se representar tensões e
correntes que se conhecem seus valores, e
representamos pela letra minúscula, v e i, quando
representarem variáveis.

29. 29
Configuração Base Comum (BC)
Nesta configuração, temos que o emissor é o terminal
de entrada de corrente, enquanto que, o coletor é o
terminal de saída do circuito.
iB
iCiE
iB
iCiE
pnp npn

30. 30
O terminal da base é comum às tensões de entrada e
saída.
iB
iCiE
VCBVBE
VCE
iB
iCiE
VEB VBC
VEC
pnp npn

31. 31
Como tudo que ocorre no transistor npn, ocorre de
forma semelhante no transistor pnp, apenas
invertendo-se as tensões e correntes, basta, a partir de
agora, prosseguirmos apenas com um deles, para evitar
explicações demasiadamente repetitivas.

32. 32
Vamos, portanto, utilizar como referência o transistor
npn que é o mais utilizado.

33. 33
Curva característica de Entrada BC
Variando-se a tensão de entrada VBE e mantendo-se
fixa a tensão de saída VCB, obtém-se uma corrente de
entrada iE, com o seguinte aspecto.

34. 34
Curva característica de Entrada BC
Variando-se a tensão de entrada VBE e mantendo-se
fixa a tensão de saída VCB, obtém-se uma corrente de
entrada iE, com o seguinte aspecto.
VCB1
VCB2
VCB3
vBEVγ
iB
iCiE
VCBVBE
VCE
npn
VCB1
> VCB2
> VCB3
iE

35. 35
Curva característica de Entrada BC
Note que a característica de entrada, ou também
denominada, característica de emissor, é semelhante à
curva característica de um diodo polarizado diretamente.
VCB1
VCB2
VCB3
vBEVγ
iB
iCiE
VCBVBE
VCE
npn
VCB1
> VCB2
> VCB3
iE

36. 36
Curva característica de Entrada BC
Sendo que, até a tensão de entrada atingir a barreira
de Vγ = 0.7 V para o silício, ou Vγ = 0.3 V para o
germânio, a corrente não varia relativamente.
VCB1
VCB2
VCB3
vBEVγ
iB
iCiE
VCBVBE
VCE
npn
VCB1
> VCB2
> VCB3
iE

37. 37
Curva característica de Entrada BC
A partir desse valor, pode-se perceber que, pequenas
variações de tensão de entrada VBE causam grandes
variações na corrente de entrada, iE.
VCB1
VCB2
VCB3
iE
vBEVγ
iB
iCiE
VCBVBE
VCE
npn
VCB1
> VCB2
> VCB3

38. 38
Curva característica de Saída BC
Para este caso, variando-se a tensão de saída VCB, para
cada valor constante de corrente de entrada IE, obtém-se
uma corrente de saída ic, cujo gráfico pode apresentar o
seguinte aspecto:
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

39. 39
Curva característica de Saída BC
A característica de saída, ou de coletor, pode ser dividida
em três regiões distintas, uma vez que, em cada uma
dessas regiões, o transistor apresenta um
comportamento peculiar.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

40. 40
Curva característica de Saída BC
Assim temos:
i. Região de corte
ii. Região de saturação
iii. Região ativa
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

41. 41
Curva característica de Saída BC
Na região de corte as duas junções do transistor estão
polarizadas reversamente, sendo que a corrente de
saída (do coletor) é desprezível.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

42. 42
Curva característica de Saída BC
Nesta situação é como se o transistor estivesse
desconectado do circuito, e por isso, dizemos que o
transistor esta cortado, em corte.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

43. 43
Curva característica de Saída BC
Opostamente, na região de saturação as duas junções
do transistor estão polarizadas diretamente, fazendo
com que uma pequena variação de tensão VCB (saída)
forneça uma grande variação de corrente de coletor.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

44. 44
Curva característica de Saída BC
Nesta situação dizemos que o transistor está saturado.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

45. 45
Curva característica de Saída BC
Podemos comparar essa situação com a de um curto-
circuito, VCB ≈ 0.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

46. 46
Curva característica de Saída BC
Finalmente, na região ativa, temos a junção emissor-
base polarizada diretamente, e a junção base-coletor,
polarizada reversamente.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

47. 47
Curva característica de Saída BC
Note que, nesta região as curvas são lineares, por isto,
esta região é a mais utilizada na maioria das aplicações.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

48. 48
Curva característica de Saída BC
Principalmente, na amplificação de sinais, para que a
distorção seja mínima.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

49. 49
Se observarmos o transistor trabalhando nas regiões
de corte e saturação...
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

50. 50
... podemos concluir que o transistor comporta-se
como uma chave eletrônica,

51. 51
sendo uma chave aberta quando está cortado,
Chave aberta – Transistor em corte

52. 52
e uma chave fechada, quando estiver saturado.
Chave fechado – Transistor saturado
iC

53. 53
Este comportamento do transistor como uma chave
eletrônica apresenta diversas aplicações práticas, e será
desenvolvido em outra oportunidade.

54. 54
Ganho de corrente na Configuração Base Comum
O ganho de corrente de um circuito qualquer é a
relação entre a variação de corrente de saída e a
variação da corrente de entrada, para tensão de
saída constante.

55. 55
Ganho de corrente na Configuração Base Comum
Na configuração BC, chamamos de α o ganho de corrente

56. 56
Ganho de corrente na Configuração Base Comum
Como pode ser observado na característica BC de saída,
na região ativa, as curvas de iE são praticamente
paralelas ao eixo VCB, de modo que podemos reescrever
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

57. 57
Ganho de corrente na Configuração Base Comum
a relação anterior da seguinte forma
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

58. 58
Como
Podemos concluir que o ganho de corrente
é sempre menor do que 1.

59. 59
Esse valor na maior parte dos transistores está entre
0.9 e 0.998

60. 60
Fisicamente, isto se explica pelo fato de que a corrente
de base, formada a partir da corrente de emissor, é
muito pequena.
-+
VCB VBC
n np p pn
+-+-
VBE
-+
VEB
iB iBiEiE iC iC

61. 61
Isto também pode ser visualizado pela pequena
inclinação das curvas de iE na característica de saída.
vCB5 10
10
5
15
( b )
IE = 0.2 mA
iC (mA)
15 20 25
IE = 0.1 mA
IE = 0.0 mA
IE = 0.3 mA
IE = 0.4 mA
Região de saturação
Região ativa
Região de corte

62. 62
Exercício

63. 63
Dadas as curvas características de entrada e saída de
um transistor npn, determine:
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

64. 64
(a) A tensão de entrada aproximada, a partir da qual a
corrente de entrada começa a fluir de forma intensa.
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

65. 65
Analisando-se a característica de entrada podemos dizer
que a corrente de entrada iE começa a crescer quando a
tensão de entrada é VBE ≈ 0.7 V;
vBE
iE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 V

66. 66
(b) De qual material semicondutor o transistor é feito ?
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

67. 67
Pelo valor aproximado da tensão de entrada,VBE ≈ 0.7 V,
podemos dizer que o material é o silício.
Se a entrada fosse VBE ≈ 0.3 V, o material poderia ser o
germânio.
vBE
iE
1 2
10
20
30
40
50
VCB = 4.0 V

68. 68
(c) Qual a corrente de entrada quando a tensão de
entrada vale 1 V ?
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

69. 69
Para saber qual a corrente de entrada, devemos ainda
analisar a curva (a), pois ela estabelece uma relação entre
a corrente de entrada e a tensão de entrada.
vBE
iE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 V

70. 70
Nesta figura podemos verificar que, quando a tensão
VBE = 1 V, a corrente de entrada é 30 mA.
vBE
iE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 V

71. 71
(d) Qual a corrente de saída quando a tensão de entrada
vale 1 V ?
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

72. 72
(d) Qual a corrente de saída quando a tensão de entrada
vale 1 V ?
Agora, para avaliarmos a corrente de saída, devemos
analisar as curvas (a) e (b).
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

73. 73
Note que, a curva característica de entrada foi obtida para
uma tensão de saída, VCB = 4 V.
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

74. 74
Entretanto, com esse valor, VCB=4V, na curva característica
de saída, juntamente com a corrente de entrada iE= 30 mA,
tem-se que a corrente de saída, ic = 25 mA.
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

75. 75
(e) Qual a corrente na base quando a tensão de
entrada vale VBE = 1 V ?
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

76. 76
Observando as curvas características, quando a tensão
de entrada VBE vale 1 V, na figura (a) vemos que a
corrente de entrada, IE, vale 30 mA, e observando a
curva (b), vemos que, a corrente iC na curva de IE =30 mA
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

77. 77
Em VBE = 1 V, corresponde a uma corrente de coletor de
iC =25 mA.
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

78. 78
A corrente na base, iB, poderá então ser encontrada
através da relação
iE = iB + iC
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

79. 79
Sendo assim, temos que
iB = 5 mA
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

80. 80
(f) Qual o ganho de corrente quando a tensão de
entrada vale 1 V ?
vBE
1 2
10
20
30
40
50
( a )
VCB = 4.0 ViE (mA)
vCB1 2
10
20
30
40
50
( b )
IE = 30 mA
iC (mA)
3 4 5
IE = 20 mA
IE = 10 mA
IE = 40 mA
IE = 50 mA

81. 81
Conhecendo-se os valores de corrente iC e iE podemos
encontrar o ganho de corrente do transistor através da
seguinte relação.

82. 82
Referências

83. 83
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: DIODOS E TRANSISTORES
Autor:
CRUZ, EDUARDO CESAR ALVES
JUNIOR, SALOMAO CHOUERI
MARQUES, ANGELO EDUARDO BATTISTINI