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Transistores Bipolar

Professor Lucas Tenório de Souza Silva

Introdução à Transistores

Características, Polarização e Transistor como Chave

INTRODUÇÃO

I - INTRODUÇÃO

Até a década de 50:

Equipamento eletrônicos utilizavam válvulas, componentes que exigiam uma fonte de alimentação robusta, pois consumiam muitos watts de potência e gerarem muito calor.

Após invenção dos transistores:

Houve uma grande evolução e os equipamentos se tornaram menores, mais resistentes, mais eficientes, mais confiáveis, mais leves e com consumo reduzido.

Exemplo:

O primeiro computador utilizava 17.468 válvulas e tomava dois andares de prédio.

Os computadores de hoje é menor que um caderno, transportado facilmente e possui maior capacidade de processamento.

INTRODUÇÃO

I.1 – NOÇÃO DE VÁLVULA

A válvula diodo era composta por: duas placas metálicas (Anodo

e Catodo), capsula de vidro à vácuo, filamento Aquecedor e

uma tela de metal entre as duas placas metálicas (Grade).

O funcionamento desta válvula

permitia que houvesse fluxo da

corrente principal em apenas

um sentido, controlado pela

corrente da grade.

A relação entre essas variações

determina o ganho (A) ou a

amplificação da válvula:

G

A

I

IA

)(___ anodoAgg IgrandeIpequenaVpequena

Fonte de

controle

Fonte da Principal

Carga

TRANSISTORES BIPOLARES

2 – TRANSITORES BIPOLARES

Transistor bipolar é um componente eletrônico construído com três camadas (duas junções) de material semicondutor dopado, que funciona de forma similar à válvula Triodo. Eles podem ser de dois tipos:

Tipo NPN

Tipo PNP

Cada camada de material semicondutor possui um terminal que é denominado como:

Coletor – terminal conectado à região de material semicondutor mais extensa e mediana do dopada.

Base - terminal conectado à região mais fina e com dopagem fraca.

Emissor – terminal conectado à região com material de tamanho médio e densamente dopada.

SIMBOLOGIA DO TRANSISTOR BIPOLAR

E

C B

E

C

B

3 – SIMBOLOGIA DO TRANSISTOR BIPOLAR:

O transistor possui duas junções: junção base-coletor e a

junção base-emissor.

O transistor pode ser equiparado “didaticamente” a um

circuito com dois diodos convergindo (PNP) ou divergindo

(NPN).

FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR BIPOLAR

4 – FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR BIPOLAR

O comportamento básico dos transistores bipolares é fazer o controle da passagem de corrente principal (Ic) através da corrente da base (Ib).

Antes de explicar o funcionamento, é interessante ter:

Conhecimento sobre as terminologias de corrente e tensão;

Noção sobre a polarização das junções dos transistores, pois dependendo desta, o transistor pode ser aplicado no circuito com função de:

Amplificar Sinais

Funciona na região Ativa

Chavear Circuitos

Funciona na região de Saturação e Corte

Transistores PNP ou NPN

4.1 –TERMINOLOGIAS DO TRANSISTOR

Conhecendo e identificando os terminais do transistor (Coletor,

Base, Emissor), poderá identificar os parâmetros e de corrente e

tensão.

Uma a vez com o transistor polarizado, o circuito dá origem a três

tensões e três correntes entre os seus terminais:

Tensão base-emissor: Vbe/Veb;

Tensão base-coletor: Vcb/Vbc;

Tensão coletor-emissor: Vce/Vec;

Corrente de base: Ib;

Corrente de coletor: Ic;

Corrente de emissor: Ie;

BCE III EBBCEC

BECBCE

VVVPNP

VVVNPN

:

:


4.2 – POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR

Primeiramente, a polarização das junções dos transistores NPN e

PNP são diferentes.

Dependendo da aplicação necessária, o transistor pode apresenta

as seguintes polarizações de suas junções:

E

C B

E

C B

Base-Emissor Base-Coletor Região Aplicação

Direta(Vb>Ve) Reversa(Vb<Vc) Ativa Amplificação

Direta(Vb>Ve) Ditera(Vb>Vc) Saturação Chave

Eletrônica Reversa(Vb<Ve) Reversa(Vb<Vc) Corte


4.3 – FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR

Aplicando-se tensão na junção base-emissor de um transistor NPN,

de forma à polarizar esta junção de forma direta, o potencial

negativo da bateria (Vee) irá repelir os elétrons do material tipo

N em direção à base.

Se a tensão da bateria for superior a 0,7V (silício), esses elétrons

adquirão energia suficiente para atravessar a barreira de potencial da

junção base-emissor, recombinando-se com as lacunas da bases,

gerando a corrente de base (Ib).


Devido à pequena espessura e a dopagem da base, somente

uma pequena quantidade de elétrons irá se recombinar com as

lacunas da base.

Aplicando uma tensão (Vcc) entre a base e o coletor de forma a

polarizar esta junção de forma reversa, a maioria dos elétrons que

estavam tentando passar pela base são expulsos do emissor e

impulsionado através da base para o coletor, dando origem a

corrente de coletor (Ic).

Desta forma, grande parte da corrente do emissor(Ie) é enviada

para o coletor e a relação entre as corrente é dada pela fórmula

abaixo:

Ico: corrente de fuga (sensível à temperatura).

BCE III minCOCmajC III

EFEITO AMPLIFICAÇÃO

5 – EFEITO AMPLIFICAÇÃO

Como dito no início, o transistor controla da passagem de

corrente principal (Ic) através da corrente da base (Ib).

Isto ocorre porque:

No transistor, a corrente da base é muito menor que a

corrente do coletor (Ib<<Ic), e uma pequena variação de

Ib gera grande variação de Ic:

Este fato possibilita que o transistor amplifique sinais e

desta forma o transistor é considerado um dispositivo ativo.

CBCB IIeII

CB IgrandeIpequena __

EFEITO AMPLIFICAÇÃO

O efeito amplificação, ganho de corrente do transistor, é

dado pela relação entre a corrente de entrada e saída.

O ganho mais importante no transistor relaciona a corrente

de coletor e a corrente de base e denominado como beta

do transistor(β):

Betta CC: Para tensão contínua, o ganho também é identificado

como HFE ( H refere-se a circuito AC equivalente Hibrido).

Betta Ac: Para tensão alternada ou sinal, o ganho é dado por hfe

(fator de amplificação de corrente direta em Emissor-

Comum.

1 BC

B

C IIcomoI

I

Entrada

Saída

I

IGanho

B

CAC

I

I

EXEMPLO

Outra relação de ganho de corrente do transistor é a relação

entre a corrente de coletor e a de emissor, sendo

denominada como alfa do transistor (α):

Alfa Ac: fator de amplificação base-comum.

Exercício: Para o transistor abaixo, considere Ic=50mA;

Ie=50,05mA; Vbe=0,7V; Vcb=9,3V e determine:

O tipo do transistor:

A corrente de base:

A tensão de Vce:

O beta e o alfa do transistor: B

C

I

I

E

C

I

I

BCE III

EBBCEC

BECBCE

VVVPNP

VVVNPN

:

:

1 EC

E

C IIcomoI

I

11CBOEC III

E

CAC

I

I

TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR

6 – TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR

O transistor, quando utiliza como amplificador, pode ser

configurado de três maneiras:

Base comum (BC)

Emissor comum (EC)

Coletor comum (CC)


Essas denominações identificam o terminal de referência

para o sinal de entrada e para o sinal de saída.


A polarização desta configurações pode ser feita analisando

as curvas características de entrada e saída fornecida

pelo fabricante do componente.

Geralmente os fabricantes fornecem as curvas características

da configuração mais comum que é a Emissor Comum

(EC)

CURVAS CARACTERISTICAS

7 – CURVAS CARACTERISTICAS

Como dito anteriormente, o funcionamento do transistor

pode ser analisado pelas duas curvas características da

configuração no circuito, no caso:

Curva Característica da Entrada

Mostra a relação de corrente e tensão de entrada para um valor de

“tensão de saída” constante. Considerando vários valores de tensão

de saída constante pode traça um grupo de curvas de entrada.

Curva Característica de Saída

Mostra a relação de corrente e tensão de saída para um valor de

“corrente de entrada” constante. Considerando vários valores de

corrente de saída constante pode traça um grupo de curvas de saída.

fixoVcomVfI OUTININ :)(

fixaIcomVfI INOUTOUT :)(


7.1 – Configuração BC (NPN)

Corrente e Tensão de entrada: Ie e Vbe;

Corrente e Tensão de saída: Ic e Vcb;

Ganho de corrente:

Curvas de Entrada e Saída:

.

VCB:Tensão - fixa IE: Corrente - fixa

1 E

C

I

I

CBOEC III

CBOCE III 0


7.2 – Configuração CC (NPN)

Corrente e Tensão de entrada: Ib e Vcb;

Corrente e Tensão de saída: Ie e Vce;

Ganho de corrente:


.

VCE:Tensão - fixa IB: Corrente - fixa

1 B

E

I

I


7.3 – Configuração EC (NPN)

Corrente e Tensão de entrada: Ib e Vbe;

Corrente e Tensão de saída: Ic e Vce;

Ganho de corrente:


.

1 B

C

I

I

VCE:Tensão - fixa IB: Corrente - fixa

CBOEC III

BCE III

10 CBO

CB

III

CBOCEOC III )1(


7.4 – Análise da Curva de Saída (EC - NPN)

A curva característica da configuração Emissor Comum é a principal

curva do transistor. Ele pode ser dividida em três regiões, que esta

relacionada com a aplicação do transistor:

Região de Saturação (Chave Fechada = IB provoca Icmax com menor VCE)

Região de Corte (Chave Aberta = IB provoca Icmin com maior VCE)

Região Ativa (Amplificação)

Saturação

Corte

Ativa


Região de Saturação: ocorre quando a corrente de base é

suficiente para que as junções sejam polarizadas diretamente.

Assim a corrente Ic será elevada e a tensão Vce será

aproximadamente 0V.

Região de Corte: ocorre quando a corrente de base é

praticamente zero, suficiente para que as duas junções sejam

polarizadas reversa. Assim a corrente Ic é praticamente zero e a

tensão Vce será limitada pela tensão da fonte.

Região Ativa: ocorre quando a corrente de base é suficiente para

polarizar diretamente a junção base-emissor e reversamente a base-

coletor. Assim o valor corrente Ic e a tensão Vce posicionará na

região linear possibilitando a amplificação do sinal com distorçao

mínima.

Saturação

Corte

Ativa

LIMITES E PARÂMETROS DO TRANSISTOR

8- PARÂMETROS DO TRANSISTOR

Os principais parâmetros encontrados nos datasheets dos

transistores são:

Máxima corrente de coletor: IC

Máxima tensão coletor-emissor: VCEO(tensão VCE com Base

aberta)

Potência do transistor: PD

Faixa de Betta do transistor: HFE – CC; Hfe – AC

Tensão coletor-emissor de saturação: VCE(sat)

Faixa de Tensão base-emissor (Ativo ou Saturado): VBE(on)

CECD VIP

EXEMPLO

Exercício: dadas as curvas características de entrada e saída

do transistor NPN abaixo, determine:

a) Corrente de Base para VBE=0,8V

b) Ganho de corrente para o item a;

c) Ganho de corrente na configuração BC;

d) O ganho de corrente caso Ib dobre de valor (VCE constante)

e) O novo ganho de corrente na configuração BC;

B

C

I

I

E

C

I

I

11

BCE III

EXEMPLO

a) Corrente de Base para VBE=0,8V

b) Ganho de corrente para o item a;

c) Ganho de corrente na configuração BC;

EXEMPLO

d) O ganho de corrente caso Ib dobre de valor (VCE constante)

e) O novo ganho de corrente na configuração BC;

EXERCÍCIO

EXERCÍCIOS: (Grupo)

LIVRO: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos -

BOYLESTAD, R.

Pag: 142 e 143 (Pode responder tudo), de preferencia;

Secção3.3 (principalmente: 9)

Secção3.4 (principalmente: 11 a 15)

Secção3.5 (principalmente: 18 a 24)

Secção3.6 (principalmente: 26)

Secção3.9

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