Transistores

Transistores

Referência:

Transistores são dispositivos semicondutores utilizados como amplificadores ou como interruptores de sinais elétricos.

Existem duas categorias de transistores, os transistores de junção bipolar (BJT) e os transistores de efeito de campo (FET). Neste material analisaremos os transistores de junção bipolar, que são formados por junções pn de material semicondutores e podem ser fabricados em duas categorias de junções, tipo PNP ou NPN.

Quando configurado, através de um circuito de polarização, para operar na chamada região linear ou região ativa, o transistor opera como um amplificador de sinal.

Quando configurado para operar nas chamadas região de corte e região de saturação, o transistor opera como uma chave ou interruptor.

Terminais, tensões e correntes num transistor NPN

Um transistor possui três terminais: Coletor (C), Base (B) e Emissor (E).

Um transistor NPN recebe tensão positiva no terminal do coletor. Essa tensão positiva para o coletor permite que a corrente flua do coletor para o emissor, desde que haja uma corrente de base suficiente para ativar o transistor.

Alguns parâmetros importantes para a análise de circuitos com transistor:

• Vb: Tensão no resistor da base;
• Ib: Corrente na base;
• Vbe: Tensão base-emissor;
• Vce: Tensão coletor-emissor;
• Ic: Corrente sobre o resistor do coletor;
• Vc: Tensão para carga;
• Vcc: Tensão de alimentação do circuito.

Funcionamento

• Uma pequena corrente injetada na base do transistor, Ib, proporcionalmente controla uma corrente muito maior fluindo através do coletor, Ic. A proporcionalidade constante é definida como ganho, Β, tal que Ic = Β Ib.
• Pela Lei de Kirchhoff a corrente no emissor, Ie = Ib + Ic, ou Ie = (1/Β)Ic + Ic. Fatorando obtém-se Ie = Ic(1 + 1/Β). Como o ganho geralmente é 100 ou mais, (1 + 1/Β) é aproximadamente 1. Portanto, pode-se considerar Ie ≈ Ic.
• Quando operando na região ativa, a tensão Vbe ≈ 0,7 V. Esta tensão corresponde a junção pn entre a base e o emissor polarizada diretamente (similar a tensão na junção de um diodo).

Transistor como chave (ou interruptor)

Nesta configuração o transistor opera na região do corte (chave aberta) ou na região de saturação (chave fechada).

Corte

Comportamento de chave aberta.

Vb < 0,5V
Ib = 0 ; Ic = 0 ; Vc = Vce = Vcc

Saturação

Comportamento de chave fechada.

Vb >> 0,7V
Vc = Vce = 0 ; Ic = Vcc/Rc

Transistor como Amplificador

Região Ativa

Comportamento de amplificador.

Vb > 0,7V
Ib = (Vb - Vbe)/Rb ; Vbe = 0,7V
Ib = (Vb - 0,7)/Rb
Ic = Β.Ib
Vc = Vcc - Rc.Ic

Saturação forçada

Garante o comportamento de chave fechada.

Icsat = (Vcc - Vcesat)/Rc ; Vcesat ≈ 0 -> Icsat = Vcc/Rc
Ibsat = Icsat/Β

Forçar:

Ib = 2 a 10 . Ibsat

Exemplo

Vb = 5V ; Vcc = 10V ; Rc = 1kΩ ; Β = 50-150 ; Rb ?

Saturação forçada:

Icsat = Vcc/Rc = 10/1k = 10mA
Ibsat = Icsat/Βmin = 10m/50 = 0,2mA
Ib = 10 . 0,2m = 2mA
Ib = (Vb - Vbe)/Rb = (Vb - 0,7)/Rb = 0,2mA
Rb = (5 - 0,7)/0,2m = 2,15kΩ -> Rb = 2,2kΩ (Valor Comercial)

Exemplo de uso

Acionamento de vários leds com uma única saída do Arduíno no projeto de Automação de Semáforo com Arduíno.

Referências

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--Evandro.cantu (discussão) 10h28min de 12 de junho de 2014 (BRT)

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