Anotações & Informações | Fim pág | Voltar |

Semicondutores II

| Índice do grupo | Página anterior | Próxima página |

Tópicos: Junção NPN e PNP (transistor de junção) | Junção PNPN | Unijunção | Efeito de Campo | MOSFET |

1) Junção NPN e PNP (transistor de junção)

(Topo | Fim pág)

Um dispositivo formado por duas junções PN contrapostas conforme Figura 1-I (a), se adequadamente polarizado e construído segundo alguns critérios, tem a função de amplificador e é denominado transistor de junção NPN (na parte esquerda superior da figura, o símbolo normalmente usado). Condições usuais de operação são:

• a junção base-emissor é polarizada diretamente pela fonte Vbe.

• a junção base-coletor é polarizada inversamente pela fonte Vce.

• Vce é significativamente maior que Vbe. Exemplo: 6V e 1V.

A base é fisicamente delgada e tem uma concentração de impurezas menor que os semicondutores N do emissor e coletor. Nessa forma, o fluxo de elétrons vindo do emissor tem pouca probabilidade de combinação com os buracos na junção da base para formar Ib e a maior parte rompe a polarização inversa da junção base-coletor devido ao campo elétrico maior de Vce. Ou seja, a polarização base-emissor atua como um acelerador do fluxo e controla a corrente Ic, fazendo o efeito da amplificação.


Fig 1-I

Pelo circuito, pode-se concluir que:

$$I_e = I_b + I_c \tag{1A}$$
Em componentes reais, Ib pode ser 5% ou menos de Ie e Ic pode ser 95% ou mais de Ie, ou seja, a amplificação é considerável. Um parâmetro usual para o transistor é o fator de corrente α, que é a relação entre as correntes de coletor e emissor. Assim,

$$\alpha = {I_c \over I_e} \quad \text{ou}\quad I_c = \alpha I_e \tag{1B}$$
Desde que Ib é pequena, o fator α é próximo da unidade. Combinando as igualdades anteriores,

$$I_b = I_e - I_c = I_e - \alpha I_e = (1 - \alpha) I_e \tag{1C}$$

O ganho de corrente β é dado por:

$$\beta = {I_c \over I_b} = {\alpha \over 1 - \alpha} \tag{1D}$$
No transistor de junção PNP, os tipos de semicondutores são invertidos em relação ao NPN (coletor e emissor são semicondutores tipo P e base é tipo N). A operação é similar, com inversão dos portadores de cargas e tensões de polarização de sinais contrários aos da Figura 1-I (a). Símbolo conforme (b) da mesma figura.


2) Junção PNPN

(Topo | Fim pág)

Um dispositivo com duas junções de silício PN conforme Figura 2-I é denominado retificador controlado de silício (sigla SCR, do nome em inglês). Nota-se que, no circuito dado, as junções externas são polarizadas diretamente e a central, inversamente. Ele pode ser considerado como a combinação de um transistor NPN com um PNP conforme indicado.


Fig 2-I

Aplicando a lei de Kirchhoff em c, por exemplo, Ic = αa Ia + αc Ic. Para todo o conjunto, Ic = Ip + Ia. Resolvendo,

$$I_c = - {\alpha_a I_p \over 1 - \alpha_a - \alpha_c} \tag{2A}$$
Se a soma dos fatores de corrente de ambos os transistores for próxima de 1, a corrente Ic será muito grande em relação a Ip, o que ocorre na prática. Os valores de Ip são realmente muito baixos e, uma vez iniciada a condução, Ip pode ser reduzido a zero pois o dispositivo conserva a polarização, mantendo a condução. Tais dispositivos são extensivamente utilizados no o controle de cargas de alta potência, como rotação de motores de corrente contínua, resistências de aquecimento, etc.


3) Unijunção

(Topo | Fim pág)

Uma barra semicondutora tipo N com dois contatos B1 e B2 e uma junção P conforme Figura 3-I forma um transistor de unijunção. Na altura da junção P haverá uma tensão na barra que dependerá da sua resistência ôhmica e de Vb.


Fig 3-I

Enquanto Ve for menor que essa tensão, a junção do emissor está inversamente polarizada e, portanto, a corrente é nula ou próximo disso. Se Ve aumenta de forma que a junção fica diretamente polarizada, haverá um fluxo de portadores entre o emissor e base B1 e a corrente aumenta mesmo que Ve diminua. Isso dá ao dispositivo uma característica de resistência negativa, conforme indicado no gráfico da parte inferior da figura.


4) Efeito de Campo

(Topo | Fim pág)

Um transistor de efeito de campo (FET, do nome em inglês) tem uma construção conforme Figura 4-I. Uma barra de semicondutor tipo N é envolta por um material tipo P, formando uma junção PN denominada porta. Os contatos nas extremidades são chamados de fonte e dreno. A junção da porta é inversamente polarizada, o que resulta em corrente quase nula por ela, mas o campo elétrico forma um canal na barra que controla a passagem dos portadores. Assim, a tensão aplicada na porta controla a corrente entre fonte e dreno.


Fig 4-I

Desde que a porta é polarizada inversamente, a sua resistência de entrada é bastante alta, o que é conveniente para muitas aplicações. O exemplo da figura é um FET com canal tipo N, mas pode perfeitamente ser tipo P, sendo, neste caso, a porta tipo N e, naturalmente, invertidas as tensões aplicadas (o símbolo tem o sentido da seta invertido). Em muitos diagramas é comum o uso das iniciais em inglês para fonte, dreno e porta (Source, Drain, Gate).


5) MOSFET

(Topo | Fim pág)

Um efeito semelhante ao anterior pode ser obtido com a porta totalmente isolada do canal. Esse dispositivo, que usa uma camada de óxido para a isolação da porta, é denominado MOSFET. A Figura 5-I dá o esquema de dois tipos de MOSFET: em A, o de depleção e em B, o de reforço.


Fig 5-I

O primeiro opera de forma similar ao anterior. No MOSFET de reforço, uma tensão positiva aplicada na porta repele os buracos no substrato P e a camada superficial tende a se tornar N e a corrente flui entre fonte e dreno, controlada pelo potencial positivo da porta. O símbolo indicado é para o de canal N. Para o tipo de canal P, o sentido da seta é invertido.
Referências
BROPHY, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. NAVY. Basic Electronics. Hemus, 1976.
Pesquisa na Internet em 04/2008. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mar/2018