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
:
:
Transistores PNP ou NPN
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
Transistores PNP ou NPN
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).
Transistores PNP ou NPN
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)
TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR
Essas denominações identificam o terminal de referência
para o sinal de entrada e para o sinal de saída.
TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR
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 :)(
CURVAS CARACTERISTICAS
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
CURVAS CARACTERISTICAS
7.2 – Configuração CC (NPN)
Corrente e Tensão de entrada: Ib e Vcb;
Corrente e Tensão de saída: Ie e Vce;
Ganho de corrente:
Curvas de Entrada e Saída:
.
VCE:Tensão - fixa IB: Corrente - fixa
1 B
E
I
I
CURVAS CARACTERISTICAS
7.3 – Configuração EC (NPN)
Corrente e Tensão de entrada: Ib e Vbe;
Corrente e Tensão de saída: Ic e Vce;
Ganho de corrente:
Curvas de Entrada e Saída:
.
1 B
C
I
I
VCE:Tensão - fixa IB: Corrente - fixa
CBOEC III
BCE III
10 CBO
CB
III
CBOCEOC III )1(
CURVAS CARACTERISTICAS
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
CURVAS CARACTERISTICAS
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;