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Transistores - Módulo 8.0
O que é um Transistor?
Transistores são semicondutores, fabricados usando Silício (preferencialmente) ou Germânio.
Possuem 3 terminais sendo: uma entrada, uma saída, e um terceiro que é comum aos outros dois terminais (figura 1),
Basicamente, o funcionamento de um transistor se dá, pelo controle da corrente entre dois terminais (entrada/saída), baseado na corrente ou tensão, em um terceiro terminal.
Há dois principais tipos de transistores:
Bipolares, e Efeito de Campo, e dentro dessas categorias, classes específicas para aplicações idem.
Ou seja, qual transistor a ser usado, vai depender das especificações exigidas pelo circuito eletrônico.
São muito utilizados em, amplificadores, comutação, fontes de alimentação, etc.
Transistor - Conceitos básicos
Módulo 8.1
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O que é um Transistor
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Transistor Bipolar
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Configuração de transistor Bipolar
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Transistor Base Comum
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Transistor Emissor Comum
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Transistor Coletor Comum
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Região Ativa
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Curvas de saída
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Região de Corte
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Região de Saturação
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Especificações de um transistor
Transistor Bipolar
O Transistor Bipolar é formado por duas junções PN ou NP conectadas juntas. Ou seja, o Transistor de Junção Bipolar, é um semicondutor com 3 camadas (tipo um sanduiche), do tipo: PNP ou NPN, como mostrado na figura 1.
Repare que, por exemplo, a junção PNP, é como se fosse formada por 2 diodos invertidos ligados juntos como mostra o circuito equivalente da figura 1. Esta comparação embora não seja o que acontece na realidade, facilita muito o entendimento de como funciona o transistor.
Também podemos ver que, as junções B (Base) são menores que as do Emissor e Coletor.
Na realidade é uma camada semicondutora muito fina, que permite que os elétrons injetados no Emissor atravessem para o Coletor.
O princípio de operação dos dois tipos de transistores PNP e NPN é exatamente o mesmo, sendo que a única diferença está na polarização de seus terminais.
Os transistores são dispositivos ativos, feitos de diferentes materiais semicondutores (P ou N) que podem atuar como um isolante ou um condutor, pela aplicação de uma pequena tensão de sinal.
A capacidade do transistor de mudar entre esses dois estados permite que ele tenha duas funções básicas: “comutação ou chaveamento” muito usado em eletrônica digital ou, “amplificação” em circuitos eletrônicos analógicos.
Símbolo do Transistor Bipolar
O símbolo dos transistores Bipolares NPN e PNP é mostrado na figura ao lado.
Repare que eles têm 3 terminais designados de:
B – Base
C – Coletor
E – Emissor
Além disso, a seta do Emissor aponta para fora no transistor NPN e, para dentro no PNP.
Polarização de um Transistor Bipolar NPN
Polarizar um transistor é configurá-lo, usando corrente e tensão DC apropriadas, de tal forma que, o transistor funcione adequadamente, permitindo então que seja utilizado em inúmeras aplicações.
Antes de se analisar com mais detalhes, a polarização de um transistor bipolar, é importante relembrar como funciona uma Junção PN:
Esta junção quando polarizada diretamente é comparável a um elemento de circuito de baixa resistência.
Já quando polarizada reversamente é comparável a um elemento de circuito de alta resistência.
Como sabemos, baixa resistência facilita a passagem de corrente e, alta resistência, impede ou dificulta a passagem da mesma.
Agora com essas informações em mente, vamos analisar a figura 2 e 3 (Transistor NPN), levando em consideração que:
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Há 2 fontes (em preto: + e -) polarizando os terminais (BCE) do transistor,
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Corrente (em vermelho: Ib, Ic e Ie) fluindo nos terminais e,
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Tensões (em verde – Vcb, Veb e Vce) entre esses mesmos terminais (figura 3).
Analisando Base e Coletor (Amarelo)
Suponha agora que conectamos uma fonte de energia entre a base e o coletor em polarização reversa (como mostra a figura 2), com o positivo da fonte conectada ao coletor e o negativo na base. Com essa polarização reversa a corrente (Ic) é muito pequena, e por sua vez a resistência é muito alta.
Importante - É necessário que esta junção seja polarizada reversamente, caso contrário, poderá levar à queima do transistor, além disso, em um caso real, é necessário um resistor (não mostrado), em série com o positivo da fonte do coletor.
Analisando Base e Emissor (Verde)
Agora suponha que nós conectamos outra fonte de tensão entre o emissor e a base em polarização direta, com o positivo da fonte conectada à base e o negativo conectado ao emissor. A corrente (Ie) fluirá quando a tensão exceder um nível específico (para o silício a tensão é de cerca de 0,7 volts). A resistência neste caso é baixa.
Importante - em um caso real, é necessário um resistor (não mostrado), em série com o positivo da fonte da Base.
Analisando Base, Emissor e Coletor (figura3)
Finalmente estamos prontos para ver o que acontece quando colocamos as duas junções do transistor NPN em operação ao mesmo tempo. Para melhor compreensão de como as duas junções funcionam juntas, veja a figura 3.
As tensões de polarização foram rotuladas como Vce para a alimentação de tensão do coletor e Vbe para a alimentação da tensão de base. A tensão Vbe é pequena normalmente 0,7 volts, necessário para romper a barreira de potencial (como foi visto em Diodos). No entanto, Vce é maior (em torno de 6 volts). Essa diferença nas tensões de alimentação é necessária para ter fluxo de corrente do emissor para o coletor.
Usando o sentido convencional da corrente, Ib, Ic e Ie, têm seu sentido indicado pelas setas em vermelho, temos:
Ie = Ib + Ic, o que pode ser deduzido facilmente pelo sentido das setas.
Também (como mostra a figura 3) designamos as tensões:
Vce (entre Coletor e emissor)
Veb (entre emissor e base)
Vcb (entre coletor e base)
Importante: adotamos aqui o sentido convencional da corrente, ou seja, “indo” de (+) para (-), lembrando que o sentido real da corrente (pois são os elétrons que se movem) é de (-) para (+).
Isso, porém não faz qualquer diferença (quanto aos resultados), pois se você inverter todas as setas de corrente (faça isso como exercício), verá que o resultado continua o mesmo: Ie = Ib + Ic
Polarização de um Transistor Bipolar PNP
Neste caso o procedimento é o mesmo usado no item anterior.
A figura 4 mostra a polarização do transistor PNP, assim como as Correntes.
Repare que embora seja um transistor PNP, a fórmula da corrente é a mesma:
Ie = Ib + Ic ou Ib = Ie – Ic ou Ic = Ie - Ib
