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 polarizado diretamente).

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

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.

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

Amplificador a Transistor Emissor-Comum

Análise CC

Para a análise em corrente contínua do circuito de polarização do transistor os capacitores são considerados um circuito aberto, portanto, podem serem retirados do circuito.

Cálculo de Vb

A tensão Vb pode ser calculada pelo divisor de tensão entre Rb1 e Rb2:

Vb = Rb2 / (Rb1 + Rb2) Vcc 

Cálculo de Ib

A corrente Ie ≈ ΒIb. A tensão sobre Ie é igual a Vb - Vbe, ou Vb - 0,7:, logo:

Ie = (Vb - 0,7) / Re

Ib = (Vb - 0,7) / ΒRe

Referências

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

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