Transistor

ESTRUTURA BÁSICA:

As figuras abaixo ilustram a estrutura básica de um transistor, representando um circuito T equivalente com diodos, ligados de tal forma a permitir a identificação da polarização das junções, as quais são: base-emissor e base-coletor (B-E e B-C respectivamente).

POLARIZAÇÃO:

Transistor npn com polarização direta entre base e emissor e polarização reversa entre coletor e base.

Transistor pnp com polarização direta entre base e emissor e polarização reversa entre coletor e base

Para que um transistor funcione é necessário polarizar corretamente as suas junções, da seguinte forma:1 - Junção base-emissor: deve ser polarizada diretamente2 - Junção base-coletor: deve ser polarizada reversamente

Para representar tensões e correntes em um circuito com transistores, utiliza-se usualmente o método convencional (do + para o -), através de setas.

Para as tensões, a ponta da seta aponta sempre para o potencial mais positivo e as correntes são representadas com setas em sentido contrário as das tensões.

Podemos por exemplo representar uma tensão entre coletor e emissor por VCE quando o transistor for npn. Isto significa que o coletor é mais positivo do que o emissor. Em outras palavras, a primeira letra após o V (neste caso o coletor) é mais positiva do que a segunda letra (neste caso o emissor).

Para um transistor pnp a tensão entre coletor e emissor é representada por VEC, indicando que o emissor é mais positivo do que o coletor.

A figura abaixo ilustra dois transistores com polaridades opostas, utilizando essa representação.

REPRESENTAÇÃO DE TENSÕES E CORRENTES:

Teoria:

Conforme a polarização, um transistor pode operar em três regiões distintas, a de corte, a ativa e a de saturação. Na região ativa, o transistor é utilizado, com a devida polarização, como amplificador. Nas regiões de corte e saturação, é utilizado como chave, ou seja, serve apenas para comutação, conduzindo ou não. Nesta situação, o transistor é utilizado, principalmente, no campo da eletrônica digital, sendo célula básica de uma série de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados.

Teoria:

Notamos que, se trabalharmos com uma corrente de base menor ou igual a zero, o transistor operara na região de corte, ou seja, a corrente de coletor será nula. Se trabalharmos com uma corrente de base entre zero e um valor limite(Ibsat), operara na região ativa, ou seja, como uma corrente de coletor, conforme o valor de β(IC= β.IB).Para uma corrente de base acima de IBsat, operara na região de saturação, ou seja, circulara pelo coletor uma corrente limite (Icsat),imposta de acordo com a polarização.

Estas mesmas condições podem ser observadas na característica IC=f(VCE) do transistor, onde também podemos representar a reta de carga de um circuito de polarização. A figura mostra essa característica, bem como a reta de carga.

CURVA CARACTERÍSTICA PARA MONTAGEM EM EMISSOR COMUM:

Funcionamento de um transistor NPN de pequena potência atuando como chave

Funcionamento de um transistor PNP de pequena potência atuando como chave

Configuração Darlington

Na eletrônica, o transistor Darlington é um dispositivo semicondutor que combina dois transístores bipolares no mesmo encapsulamento (as vezes chamado par Darlington).Esta configuração serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hFE ou parâmetro β do transistor) e, por estar todo integrado, requer menos espaço do que o dos transistores normais na mesma configuração. O Ganho total do Darlington é produto do ganho dos transistores individuais. Um dispositivo típico tem um ganho de corrente de 1000 ou superior. Comparado a um transistor comum, apresenta uma maior defasagem em altas frequências, por isso pode tornar-se facilmente instável. A tensão base-emissor também é maior. consiste da soma das tensões base-emissor, e para transistores de silício é superior a 1.2V.

POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES

Define-se polarização como sendo o estabelecimento das correntes de coletor, de base e da tensão VCE, ou seja, do ponto de trabalho do transistor.Para melhor aproveitamento, devemos polarizar a junção base emissor diretamente e a junção base-coletor reversamente. Para tanto, utilizaremos no circuito duas baterias, Vss e Vcc, resistores limitadores de corrente

Na prática, não é viável a utilização de duas baterias, sendo que para eliminarmos uma delas, formaremos divisares de tensão que equivalem a nível de polarização às condições pré-estabelecidas. O circuito equivalente com a bateria VBB eliminada,

Polarização por divisor de tensão na base.

Circuito com divisor de tensão na base.

AMPLIFICADOR DE PEQUENOS SINAIS

Utilizando-se um transistor polarizado devidamente, podemos constituirum circuito denominado amplificador. Esse circuito deve apresentar na suasaída, um sinal com as mesmas características do sinal aplicado à sua entrada,porém amplificado, ou seja, com ganho em amplitude. Para a aplicação do sinalde entrada e como consequência a obtenção do mesmo na saída, utilizam-secapacitores de acoplamento, que além disso, eliminam o nível DC, possibilitandoque seja amplificada somente a variação de envoltória. Para melhor estabilidadeutiliza-se o circuito de polarização com divisor de tensão na base, que conformevisto, fixa o ponto de operação do transistor.

O sinal de entrada (VE) é aplicado na base do transistor através do capacitor de acoplamento (C1). Como este sinal é isento de nível DC, filtrado por C1, não irá alterar a polarização do transistor, mas fará com que haja uma variação na corrente de base em torno do ponto de operação, tendo esta variação as mesmas características, conforme VE. A corrente de coletor, por sua vez irá variar da mesma forma, porém amplificada de acordo com o ganho β, pois lc =β Ib. Essa variação irá provocar, analogamente, uma variação da tensão no resistor de coletor, fazendo aparecer na saída um sinal com as mesmas características do sinal de entrada, porém amplificado e defasado de 180°, pois, a variação positiva do sinal de entrada representa um aumento da corrente de coletor e, consequentemente, um decréscimo da tensão de saída. O capacitor (CE) em paralelo com o resistor (RE), serve para neutralizar a queda de sinal no resistor de emissor, pois, para fins de tensão contínua de polarização (VRE) se carrega com esse valor e se comporta como um curto-circuito para o sinal de entrada, fazendo com que toda variação seja aplicada entre base e emissor.

Para fins de dimensionamento da polarização, devemos utilizar a característica do transistor lc = f(VCE), traçar a reta de carga e localizar o ponto de trabalho, de tal forma que o sinal de entrada não atinja as regiões de corte ou de saturação, evitando distorções no sinal de saída

A reta de carga passa pelos pontos lcc e Vcc,onde lcc = Vcc/(RC+ RE) pois,nesse tipo de polarização, na malha de saída encontramos, além de Hc, o resistor RE. Como a escolha de ponto de operação (Q) é importante, pois, sua má localização acarreta em distorções do sinal de saída, devemos fazer com que a tensão VCEQ seja, aproximadamente, a metade do valor de Vcc.

Dados do TA.:β = 250VBe = 0,75V

Dimensione RB1, RB2, Rc e Re para polarizar o transistor da figura

Dados do projeto:Vcc = 12VVce =Vcc/2VRE=Vcc/ 10IC = 15mAIB = IB2/30

IB= 15mA/250=60uA IB2=10*IB=30*60uA=1,8mA IB1=IB+IB2=60uA+1,8mA=1,86mA RB2=(VBE+VRE)/IB2=(0,75+1,2)/1,86mA=1048ΩRB1=(Vcc-VBE-VRE)/IB1=(12-0,75-1,2)/1,86mA=5,4KΩRC=(Vcc-VCE-VRE)/IC=(12-6-1,2)/15mA=320ΩIE=IB+IC=60uA+15mA=15,1mARE=VRE/IE=1,2/15,1mA=80Ω