O Transistor Bipolar de Junção - LSI

12ª Aula:
O Transistor Bipolar de Junção
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
-Contar um pouco da história do transistor bipolar de junção (TBJ)
-Mostrar o fluxo de portadores no TBJ
-Determinar as expressões para as correntes no TBJ
-Criar um modelo para o TBJ
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O Transistor Bipolar de Junção
(npn)
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O Transistor Bipolar de Junção
(pnp)
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O Nascimento da Eletrônica Moderna
O Primeiro Transistor Bipolar de Contato (1947)
(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Transistor Bipolar de Contato
O Transistor Bipolar de Contato
(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Transistor Bipolar de Contato
(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Primeiro Transistor de Contato
O Primeiro transistor foi inventado no Bell Labs em 23 de dezembro
de 1947, por Brattain, Bardeen e Shockley.
Embora algum trabalho estivesse sendo feito na Bell durante a
guerra, o trabalho na U. Purdue, que era muito consistente em
propriendades do germânio, era mais interessante.
Seymour Benzer e Ralph Ray eram estudantes de pós-graduação em
1944 sob orientação de Lark-Horovitz. Benzer estudava a alta
resistência de contatos metal-germânio na direção reversa e Bray
na direção direta. Os resultados não podiam ser explicados pelas
teorias até então conhecidas que diziam que a corrente deveria ser
muito menor.
O que eles não sabiam, é que a injeção de portadores minoritários
era a responsável. Bray e Benzer mostravam seus resultados a
cientistas famosos que os visitavam e que coçavam a cabeça...
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O Primeiro Transistor de Contato
Bray e Benzer apresentaram suas observações sobre contatos pontuais
sobre germânio em uma conferência em 1948, semanas após a
invenção do transistor na Bell, que ainda era mantido em segredo.
Brattain estava na audiência, sabendo muito bem que o fenômeno era
causado por portadores minoritários, e percebeu quão próximos
estavam Bray e Benzer da descoberta do transistor. Como Bray disse
depois, “estava claro que se eu tivesse aproximado meu eletrodo (fio)
do fio de Benzer teríamos descoberto o transistor...”
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O Primeiro Transistor de Contato
Ele na verdade chegou a consultar Brattain que estava preocupado
que outro grupo anunciasse antes a descoberta do transitor:
“Eu os deixei simplesmente falando, sem dizer nada”
Ao final, ele lembra que Bray disse: “Sabe, se nós puséssemos um
outro ponto na superfície do germânio e medíssemos o potencial
entre eles, talvez...”
Brattain, não resistindo disse “É, pode ser um ótimo experimento” e
afastou-se pensando com seus botões “Ralph acaba de descrever o
experimento que nos levou à invenção do transistor algumas
semanas atrás !!!!”
EM: Ernest Braun e Stuart Macdonald “Revolution in Miniature: The
history and impact of semiconductor electronics”
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O Primeiro Transistor de Junção
1950 (Bell Labs)
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A Revolução em Miniatura Começa
O Primeiro CI
Texas Instruments (1958)
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O Primeiro Processador
Intel 4004 (1971)
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Tabela 4.1 MODOS DE OPERAÇÃO DO TBJ.
Corte
Ativo
Modo
Saturação
Modos de Operação
JEB
Reversa
Direta
Direta
JBC
Reversa
Reversa
Direta
INDEPENDE SE NPN OU PNP!!!
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O Transistor Bipolar
j BE dir. pol. e j BC rev. pol. (modo ativo)
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A distribuição de portadores minoritários
n p(0) n p0e v BE / V T
I n A EqD n
dn p(x)
dx
AEqDn np (0)
W
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A corrente no coletor
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I
I
n
C
A
A
I
A
S
E
E
I
E
qD
qD
n
qD
e
W
v
BE
n
n
A
n
n
/ V
A corrente no coletor
dn
E
T
p0
p
dx
n
qD
p0
e
( x)
n
v
n
e
W
n
BE
v
p
BE
/ V
p0
T
( 0)
A
/ V
T
e
E
v
W
qD
BE
/ V
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n
n
T
p0
AEqDnn
N W
n p ( 0)
W
A
e
v
BE / VT
2
i
e
v
BE
/ V
sendo I S a corrente de saturação
lembrem, no diodo
T
I
S
Aqn
2
i
D p
L pN
D
Dn
L N
n
A

A corrente na base
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Ela possui duas componentes:
-A corrente devido às lacunas injetadas da base para o emissor (I B1)
i B1 A E qD p n i 2
N D L p
e v BE / V T
-A corrente devido às lacunas fornecidas pelo circuito externo para
compensar as lacunas consumidas por recombinação (I B2)
Se b é o tempo de vida de portadores minoritários, em b segundos Q n cargas
se recombina com as lacunas:
i
B 2
Qn
A corrente na base
b
onde
1
Qn AEq
n p ( 0)
W
2
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Ou seja:
Q
n
Assim:
A
qWn
2N
BE T V
E i v /
e e E i vBE
/ VT
B 2
A
2
iB IS
A corrente na base
D p
D n
N A
N D
W
L p
A qWn
N
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i
1
2
1
2
W 2
D n b
b
A
2
e v BE / V T
e

i
C
I
S
e
v
BE / VT
Resumindo
iB
Ou:
IS
D p N A W
Dn
N D L p
2
1 W
e
2 Dn
b
D p N A W
iB i
C
Dn
N D L p
Onde:
2
1 W
2 Dn
b
1/ D p
Dn
N A
N D
W
L p
1
2
W 2
D n b
BE / VT
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v
iC

A corrente no emissor
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i
E
i
C
i
B
i
C
então
A corrente no emissor
iC
i
i
E
C
1
1
se ou então
1
1
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se = 100, então 0,99.
I
S
e
I / e vBE
/ VT
S
v
BE / VT
i i
C
E
1

Expressões para as Correntes
em um Transistor Bipolar na Região Ativa
i C I Se v BE /V T
iB iC I S
e
v BE / VT iE iC I S
e
v BE /VT Nota: Para o transistor pnp, substitua vBE por vEB iC iE iB (1 )iE
iE 1
iC iB iE ( 1)i B
1
1
VT = tensão térmica = kT/q 25 mV a temperatura ambiente
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i
i
C
E
Um modelo para o Transistor NPN
na região ativa
I
S
e
v
BE / VT
vBE
/ VT
I / e
S
v BE
Modelo (npn) para grandes sinais na região ativa!
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“O uso tecnológico que a sociedade faz de uma
compreensão que a ciência traz nem sempre é
o que o cientista recomendaria ou perdoaria...
Todos os cidadãos são igualmente responsáveis
pelo que é feito.”
Walter H. Brattain – Prêmio Nobel 2 vezes
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