TRANSISTOR

1. INTRODUÇÃO

O transistor, desenvolvido em 1948 por SCOCKLEY BARDEEN e BRATTAIN, foi o responsável direto pelo atual desenvolvimento da Eletrônica e da Informática. Ainda que nos dias de hoje, sua aplicação como componente isolado seja um tanto restrita, este componente é utilizado em larga escala na construção de circuitos integrados.

Apenas como exemplo, citamos que um circuito integrado LSI (large scale of integration) utiliza algumas dezenas de milhares de transistores.

2. ESTRUTURAS DO TRANSISTOR

É possível construir dois tipos de transistores que são formados por combinações diferentes de materiais semicondutores. Os materiais tipo P e tipo N são montados alternadamente em três camadas, resultando em transistor tipo NPN ou PNP.

O transistor possui três terminais chamados de emissor, base e coletor:

E emissor B base C coletor

A estrutura dos transistores representados a seguir é apenas funcional e não real. As simbologias usuais para os transistores tipo NPN e PNP são as seguintes:

3. FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR

De forma sucinta, podemos explicar o funcionamento do transistor da seguinte forma:

a) se a tensão entre a base e o emissor (VBE) for insuficiente para vencer a barreira de potencial da junção PN da base/emissor (menor que 0,7V), não há corrente circulando pelo transistor;

I = 0B

I = 0E

I = 0C

R C

R B

N

P

N

C

C

E E

BB

V CC

V BB

b) ligando apenas a fonte de polarização de coletor (VCC), entre o coletor e emissor haverá uma junção inversamente polarizada;

N

I = 0B

I = 0E

I = 0C

R C

R B

P

N

C

C

E E

BB

V CC

V BB

c) com a corrente entre base e emissor, a base fica carregada de elétrons, sendo, então atraídos pelo potencial positivo da fonte Vcc, ligado no terminal coletor do transistor;

N

I > 0B

I = E I + IB C

I > 0C

R C

R B

P

N

C

E

B

V CC

V BB

d) aumentando a corrente na base (IB), mais elétrons estarão presentes na base, e, consequentemente, aumentará também a corrente no coletor (IC);

e) no transistor, uma pequena corrente na base provoca uma corrente de 10 a 1.000 vezes maior no coletor.

I m aio rE

N

I m aiorB

I m aio rC

R C

R B

P

N

C

E

B

V CC

V BB

4. CURVAS CARACTERÍSTICAS

As curvas características estabelecem as relações de entrada e saída do transistor. O circuito utilizado para o levantamento das curvas características pode ser o seguinte:

Vbb - fonte de polarização da baseVcc - fonte de polarização de coletorRB - resistor de polarização de baseRC - resistor de polarização de coletorVCE - tensão de coletor-emissor

VBE - tensão entre base-emissorVCB - tensão entre coletor-baseIB - corrente de baseIC - corrente de coletorIE - corrente de emissor

4.1 - CURVA CARACTERÍSTICA DE ENTRADA

Note que a curva característica de entrada é semelhante à de um diodo, porque entre a base e o emissor existe uma junção PN que está diretamente polarizada.

4.2 - CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA

CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA

I (m A)C

V CE (V )

100

200

300

400

5 10 15 20 25 30

I = 3m AB

I = 2m AB

I = 1m AB

I = 0m AB

a) a região de corte ocorre quando a corrente de base (IB) é igual a zero. Isto faz com que o transistor não conduza corrente, nesta situação diremos que o transistor está cortado.

I (m A)C

V CE (V )

100

200

300

400

I = 1mAB

I = 0mAB

I = 2mAB

I = 3mAB

5 10 15 20 25 30

R EG I ÃOD E CO RTE

b) a região de saturação é onde a tensão VCE é muito pequena. Neste ponto o transistor atua como uma chave fechada

I (m A)C

V CE (V )

100

200

300

400

I = 1mAB

I = 0mAB

I = 2mAB

I = 3mAB

5 10 15 20 25 30

R EG I ÃOD E CO RTE

R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O

c) a região compreendida entre a região de corte e de saturação é denominada de região ativa ou região linear. É a região onde o transistor é utilizado como amplificador de sinais.

I (m A)C

V CE (V )

100

200

300

400

I = 1mAB

I = 0mAB

I = 2mAB

I = 3mAB

5 10 15 20 25 30

R EG I ÃOAT I VA

R EG I ÃOD E CO RTE

R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O

d) note que quando a corrente de base é igual a 2mA, a corrente de coletor é igual a 200mA, isto é, 100 vezes maior. Isto sugere que o transistor é um amplificador de corrente. A relação entre a corrente de coletor e a corrente de base é denominada de coeficiente de amplificação do transistor ( ou hfe):

= IC IB

Se 100 , podemos

considerar que : IE = IC

I (m A)C

V CE (V )

100

200

300

400

I = 1mAB

I = 0mAB

I = 2mAB

I = 3mAB

5 10 15 20 25 30

R EG I ÃOAT I VA

R EG I ÃOD E CO RTE

R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O

5. TRANSISTOR COMO CHAVE

Este circuito é muito utilizado em acionamentos de cargas (lâmpadas, motores elétricos, relés etc.). É a forma mais simples de utilização de um transistor consistindo em operar em corte ou saturação, semelhantemente a uma chave elétrica abrindo ou fechando. A vantagem deste tipo de circuito é que com uma pequena corrente, acionamos uma carga de grande potência.

Efetuando uma análise do circuito, temos:

a) o funcionamento do circuito de entrada é representado pela equação:

Vent. = VRB + VBE

b) o funcionamento do circuito de saída obedece a equação: VCE = VCC - VRL

Caso a carga seja indutiva (bobina de relé, por exemplo) no momento do acionamento ocorre uma oscilação na tensão da bobina, gerando tensões com picos positivos e negativos. O pico negativo gerado que pode danificar o transistor é eliminado com a instalação de um diodo que “curto circuita” este pico negativo de tensão:

Exemplo - O circuito da figura a seguir mostra um transistor sendo utilizado para o acionamento de um motor de corrente contínua (M). Quando Ventr = 0, o motor estará desligado e para Vent. = 5V o motor estará ligado. Sabendo-se que o transistor possui =100, VBE = 0,7V e que o motor opera com 48V e 2A, pede-se calcular o valor de RB:

a) se Vent. = 0V, o transistor estará cortado e o LED apagado;b) se Vent. = 5V, o transistor estará saturado e o LED aceso. O

dimensionamento do circuito será efetuado nesta situação

I E

I B

I C

Ventr = 5V

V RL

VBE

VCE

VRB

V cc = 48VR B

D M

I E

I B

I C

Ventr = 5V

V RL

VBE

VCE

VRB

V cc = 48VR B

D M

2º) cálculo de RB :

VCC = 48V Vmotor = 48V VCEsat = 0V Imotor = IC = 2A = 100 VBE = 0,7V

I E

I B

I C

Ventr = 5V

V RL

VBE

VCE

VRB

V cc = 48VR B

D M

- Cálculo da corrente de base (IB):

B

CII

0,02A 100

2

I I C

B

I E

I B

I C

Ventr = 5V

V RL

VBE

VCE

VRB

V cc = 48VR B

D M

- Cálculo da tensão VRB:

Ventr = VRB + VBE

5 = VRB + 0,7 VRB = 5 - 0,7 VRB = 4,3V

I E

I B

I C

Ventr = 5V

V RL

VBE

VCE

VRB

V cc = 48VR B

D M

- Cálculo de RB:

RB = 215

215 0,024,3

I

V R

B

RBB

FIM DA APRESENTAÇÃO