Relatrio de Eletrnica 4Transistor de juno bipolar e transistor tipo Darlington

CARLOS EDUARDO MOREIRA FLOREST: 341

IntroduoEste relatrio tem por meio esclarecer ou demonstrar o funcionamento do transistor de juno bipolar (TJB), bem como aplicaes, funcionamento, construo, fabricao e tambm do circuito tipo darlington.O transistor um componente eletrnico que comeou a popularizar-se na dcada de 1950, tendo sido o principal responsvel pela revoluo da eletrnica na dcada de 1960. So utilizados principalmente como amplificadores e interruptores de sinais eltricos. O termo vem de transfer resistor (resistor/resistncia de transferncia), como era conhecido pelos seus inventores.O processo de transferncia de resistncia, no caso de um circuito analgico, significa que a impedncia caracterstica do componente varia para cima ou para baixo da polarizao pr-estabelecida. Graas a esta funo, a corrente eltrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia dentro de determinados parmetros pr-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrnico. Esta variao feita atravs da variao de corrente num dos terminais chamados base, o que, consequentemente, ocasiona o processo de amplificao de sinal.Entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal eltrico mais fraco num mais forte. Um sinal eltrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfone, injetado num circuito eletrnico (transistorizado por exemplo), cuja funo principal transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais eltricos com as mesmas caractersticas, mas com potncia suficiente para excitar os alto-falantes. A este processo todo d-se o nome de ganho de sinal.FuncionamentoNo transistor de juno bipolar ou TJB, o controle da corrente coletor-emissor feito injetando corrente na base. O efeito transistor ocorre quando a juno coletor-base polarizada reversamente e a juno base-emissor polarizada diretamente. Uma pequena corrente de base suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de coletor-emissor. Esta corrente ser to maior quanto maior for a corrente de base, de acordo com o ganho.Na eletrnica, o Transistor Darlington um dispositivo semicondutor que combina dois transstores bipolares no mesmo encapsulamento (chamado par Darlington).A configurao (originalmente realizada com dois transistores separados) foi inventada pelo engenheiro Sidney Darlington. A ideia de por dois ou trs transistores em um mesmo chip foi patentada por ele, mas no a ideia de por um nmero arbitrrio de transistores, o que originaria o conceito moderno de circuitos integrados.Esta configurao serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hFE ou parmetro do transistor) e, por estar todo integrado, requer menos espao do que o dos transistores normais na mesma configurao. O Ganho total do Darlington produto do ganho dos transistores individuais. Um dispositivo tpico tem um ganho de corrente de 1000 ou superior. Comparado a um transistor comum, apresenta uma maior defasagem em altas freqncias, por isso pode tornar-se facilmente instvel. A tenso base-emissor tambm maior. consiste da soma das tenses base-emissor, e para transistores de silcio superior a 1.2V.FabricaoO transistor montado justapondo-se uma camada P, uma N e outra P, criando-se um transistor do tipo PNP. O transistor do tipo NPN obtido de modo similar. A camada do centro denominada base, e as outras duas so o emissor e o coletor. No smbolo do componente, o emissor indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor se o componente for PNP, ou para fora, se for NPN.Emissor: constitudo por um semicondutor densamente dopado, sua funo emitir eltrons, ou injetar eltrons na base.Base: um semicondutor levemente dopado e muita fina permite que a maioria dos eltrons injetados pelo emissor passe para o coletor.Coletor: junta ou coleta eltrons que vem da base, a parte mais extensa dos trs portanto dissipando mais calor

Polarizao do transistor:Polarizando o transistor de forma adequada consegue-se estabelecer um fluxo de corrente, permitindo que o transistor seja utilizado em inmeras aplicaesUm transistor formado por um emissor (e), uma base (b) e um coletor (c). A Figura a seguir mostra um transistor NPN polarizado. A regio da base do transistor fina de modo que os eltrons so impelidos para esta regio por causa da polarizao direta na juno entre o emissor e a base e depois so atrados pela carga positiva presente no material tipo ''N'' atravessando a outra juno entre base e coletor.

Figura 02- Polarizao do transistor NPN.A presena da bateria "VBB" e o fato da base do transistor ser constituda de uma camada muito fina, faz com que um pequeno nmero de eltrons e lacunas se recombinem na regio da base produzindo uma pequena corrente "IB" no circuito base-emissor; por outro lado, uma grande quantidade de eltrons provenientes do emissor densamente dopado, atravessam a regio da base e constituem uma grande corrente "IC" de emissor para coletor, devido a uma segunda bateria "VCC" que polariza inversamente a regio de coletor. Na regio de emissor constata-se a existncia das duas correntes, portanto, a corrente de emissor igual soma das outras duas, desse modo: (IE=IC+IB).Para polarizar um transistor PNP inverte-se a polaridade de cada bateria, o comportamento dos portadores no transistor PNP idntico ao que ocorre no NPN, exceto que o sentido dos eltrons so invertidos conforme ilustra a figura abaixo.

Figura 03 - Polarizao do transistor PNP.Caractersticas de um transistorO fator de multiplicao da corrente na base (iB), mais conhecido por Beta do transistor ou por hfe, que dado pela expresso iC = iB x IC: corrente de coletor IB: corrente de base : beta (ganho de corrente de emissor) Configuraes bsicas de um transistor:Existem trs configuraes bsicas (BC, CC e EC), cada uma com suas vantagens e desvantagens.Base comum (BC) Baixa impedncia(Z) de entrada. Alta impedncia(Z) de sada. No h defasagem entre o sinal de sada e o de entrada. Amplificao de corrente igual a um. Coletor comum (CC) Alta impedncia(Z) de entrada. Baixa impedncia(Z) de sada. No h defasagem entre o sinal de sada e o de entrada. Amplificao de tenso igual a um. Emissor comum (EC) Mdia impedncia(Z) de entrada. Alta impedncia(Z) de sada. Defasagem entre o sinal de sada e o de entrada de 180. Pode amplificar tenso e corrente, at centenas de vezes. Os transistores possuem diversas caractersticas. Seguem alguns exemplos dos parmetros mais comuns que podero ser consultadas nos datasheets dos fabricantes: Tipo: o nome do transistor. Pol: polarizao; negativa quer dizer NPN e positiva significa PNP. VCEO: tenso entre coletor e emissor com a base aberta. VCER: tenso entre coletor e emissor com resistor no emissor. IC: corrente mxima do coletor. PTOT: a mxima potncia que o transistor pode dissipar Hfe: ganho (beta). Ft: freqncia mxima. Encapsulamento: a maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a identificao dos terminais. Experimento prtico em laboratrioTransistor como chave:Conforme a polarizao, um transistor pode operar em trs regies distintas, a de corte, a ativa e a de saturao. Na regio ativa, o transistor utilizado, com a devida polarizao. como amplificador. Nas regies de corte e saturao utilizado como chave, ou seja, serve apenas para comutao, conduzindo ou no. Nesta situao, o transistor utilizado, principalmente, no campo da eletrnica digital, sendo clula bsica de uma srie de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados.Na figura abaixo, temos a curva da corrente de coletor em funo da corrente de base, mostrando o corte, a saturao e a regio ativa.Sendo esta a forma mais simples de utilizao do transistor, significando uma operao de corte e saturao e em nenhum outro lugar ao longo da reta de carga, quando o transistor est saturado ele conduz como se fosse uma chave fechada do coletor para o emissor,e quando o transistor est na regio de corte funciona como uma chave aberta no conduzindo.Corrente de baseA corrente da base do transistor responsvel pelo controle da posio de chave. Se IB for igual ou prximo a 0, a corrente de coletor aproximadamente zero e o transistor no conduz ou seja est na regio de corte. Se a corrente de base do transistor for igual a corrente de base saturada (IB SAT) a corrente do coletor mxima e o transistor entra na regio de saturao, portanto ele passa a conduzir.

Experimento 01O uso do transistor como chave a aplicao mais simples para o mesmo. Seguindo o experimento utilizamos um TJB do tipo BC548 NPN, usamos um resistor de 470 ligado em srie com um LED de cor verde ao seu coletor, na base do transistor ligamos uma resistor de 5,6K e o emissor ligado com o plo negativo da fonte de 12V. O resistor da base improvisou uma chave para que pudssemos ligar e alternar o experimento em duas posies (1 e 2).A chave S na posio 1, o transistor entra na regio de saturao e passa a conduzir, pois a corrente no coletor (IC) mxima e por sua vez a tenso(Vce) mnina, mas suficiente para conduzir. E a chave S na posio 2 entra na regio de corte, onde sua tenso mxima(Vce) e sua corrente mnima(IC) no sendo o suficiente para romper a camada de depleo do transistor.

Experimento 02 Conexo Darlignton um caso especial de amplificador coletor comum a conexo Darlignton, que consiste na ligao em seqncia de dois seguidores de emissor. A corrente da base do segundo transistor vem do emissor do primeiro transistor, gerando um ganho de corrente entre a primeira base e o segundo emissor. Sendo sua principal vantagem uma alta impedncia de entrada.Esta configurao serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hFE ou parmetro do transistor). O Ganho total do Darlington produto do ganho dos transistores individuais. Um dispositivo tpico tem um ganho de corrente entre 1000 e 20.000. A tenso base-emissor tambm maior. consiste da soma das tenses base-emissor, e para transistores de silcio superior a 1.4V.Mas antes de iniciarmos o circuito Darlignton testamos outros dois circuitos com transistor independentes um para o transistor BC 548 do tipo NPN e outro para o transistor BD 135 NPN e foram feitas as seguinte medies:TransistorIc (mA)Ib(A) = Ic / Ib

BC 54890 93296,57

BD 13590 415216,87

Darligton904,320930,85

Notamos que a corrente do coletor est em 90 mA para isto usaremos um potenciometro de 1K, apartir deste ponto mediremos a corrente de base do transistor em trs etapas uma para cada transistor em separado analisando sua corrente de coletor que est fixada em 90mA devido ao potnciometro de 1K que por sua vez est regulando a corrente no coletor des transistores.Para o primeiro circuito usamo sos seguintes elementos: um resistor de 100, um resistor de 4,7K, um potenciometro de 1K, fonte de 12V e um transistor BC 548 tipo NPN e realizamos a seguintes instrues: regular a corrente de coletor do transistor para 90mA e medir a corrente de base, posteriormente calculando a corrente de base.

Aps estas medies trocamos o transitor BC 548 tipo NPN pelo BD 135 do tipo NPN e faremos as mesmas medies e calcularemos o .Ao obtermos o ganho beta de cada um dos transistores poderemos calcular o da conexo Darlington, pois o beta da conexo Darlington o produto dos betas anteriores, isso se utilizarmos os mesmos transistores, como foi pedido no experimento

Concluso

Foi possvel concluir que o transistor utilizado somente como chave denota o menor uso deste componente, bem como a sua utilizao para amplificar sinais sendo possvel de obter ganhos de corrente e de acordo com a sua aplicao e custo.O transistor considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenes da histria moderna, tendo tornado possvel a revoluo dos computadores e equipamentos eletrnicos. A chave da importncia do transistor na sociedade moderna sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando tcnicas simples, resultando preos irrisrios. conveniente salientar que praticamente impossvel serem encontrados circuitos integrados que no possuam, internamente, centenas, milhares ou mesmo milhes de transistores,Seu baixo custo permitiu que se transformasse num componente quase universal para tarefas no-mecnicas. Visto que um dispositivo comum, como um refrigerador, usaria um dispositivo mecnico para o controle, hoje frequente e muito mais barato usar um microprocessador contendo alguns milhes de transistores e um programa de computador apropriado para realizar a mesma tarefa. Os transistores, hoje em dia, tm substitudo quase todos os dispositivos eletromecnicos, a maioria dos sistemas de controle, e aparecem em grandes quantidades em tudo que envolva eletrnica, desde os computadores aos carros.

Bibliografia

IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMSI: FUNDAMENTAL THEORY AND APPLICATIONS, VOL. 46, NO. 1, JANUARY 1999Darlingtons Contributions to Transistor Circuit DesignDavid A. Hodges, Fellow, IEEE

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www.ebah.com.br/transistor

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