Transistores

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Transistores

Transistores são dispositivos semiconturores utilizados como amplificadores ou como interruptores de sinais elétricos [1].

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

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

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.

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, é igual a Ic mais Ib, ou Ie = (1/Β)Ic + ΒIc. Fatorando obtem-se Ie - Ic(1 + 1/Β). Como o ganho geralmente é maior que 100, (1 + 1/Β) é aproximadamente 1. Portanto, pode-se considerar Ie ≈ Ic.

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
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 = Icsatmin = 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

  1. SEDRA /SMITH. Microeletrônica, Vol.1, Makron Books, 1995.

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