curso de eletrÔnica bÁsica parte 2

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  • 7/28/2019 CURSO DE ELETRNICA BSICA PARTE 2

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    ELETRONUCLEAR Gerncia de Treinamento - GTR.O

    TGM A2Curso de Eletrnica Bsica - Apostila Setembro/00 132

    A estrutura fsica do transistor propicia a formao de duas junes entre cristais P e N:

    uma juno PN entre o cristal da base e o cristal do emissor, chamada de junobase emissor (fig.23).

    Fig.23

    uma juno PN entre o cristal de base e o cristal do coletor, chamada de juno basecoletor (fig.24).

    fig.24

    Ao unirem-se as trs pastilhas semicondutoras de um transistor ocorre um processo dedifuso dos portadores. Como em um diodo, este processo de difuso da origem a uma

    barreira de potencial em cada juno.

    No transistor, portanto existem duas barreiras de potencial que se formam com a junodos cristais:

    a barreira de potencial na juno base emissor a barreira de potencial na juno base coletorAs figuras 25 e 26 mostram as maneiras de potencial nos dois tipos de transistor.

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    Fig.25 Fig.26

    a) A juno base emissorNa condio normal de funcionamento, denominada de funcionamento na regio ativa,a juno base, emissor polarizada diretamente.

    A conduo da juno base emissor provocada pela aplicao de tenso externa entre

    base e emissor, com polaridade correta (tenso positiva no material P e negativa nomaterial N).

    As figuras 27 e 28 mostram a polaridade das tenses de base e de emissor em cada tipode transistor.

    Fig.27

    Transistor na regio ativa:

    juno base emissor polarizada diretamente

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    Fig.28

    b) A juno base coletorNa regio de funcionamento ativo, a juno base coletor polarizada inversamente.

    O bloqueio da juno base coletor provocado pela aplicao de tenso externa entrebase coletor, com polaridade adequada (tenso positiva no material N e negativa nomaterial P).

    As figuras 29 e 30 mostram a polaridade das tenses de coletor em relao a base emcada tipo de emissor.

    Fig.29

    Transistor na regio ativa

    Juno base coletor polarizada inversamente

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    Fig.30

    c) Polarizao simultnea das duas junesPara que o transistor funcione corretamente as duas junes devem ser polarizadas aomesmo tempo.

    Isto pode ser feito aplicando duas tenses externas entre os terminais do transistor(fig.31 e 32).

    Fig.31

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    fig.32

    OBSERVAOAs baterias representam as tenses de polarizao.

    Pode-se ainda, obter a polarizao correta das junes utilizando outra configurao deligao das baterias.

    A figura 33 mostra a forma alternativa de polarizao, tomando o transistor NPN comoexemplo.

    Fig.33

    Analisando a figura observa-se:

    a bateria B1 polariza a juno base emissor do transistor diretamente.

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    a bateria B2 aplica um tenso positiva ao coletor maior que a tenso positiva da base.Se o coletor mais positivo que a base ento a base mais negativa que o coletor deforma que a juno base coletor fica polarizada inversamente (fig.34).

    Fig.34

    A alimentao simultnea das duas junes, atravs das baterias externas, d origem atrs tenses entre os terminais do transistor.

    o coletor mais positivo a base negativa em

    que a base logo relao ao coletor

    TRANSISTORREGIO ATIVA

    a juno base emissor deve ser polarizada diretamente a juno base coletor deve ser polarizada inversamente

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    Tenso de base a emissor denominada de VBE (fig.35).

    fig.35

    Tenso de coletor a base, denominada de VCB (fig.36).

    fig.36

    Tenso de coletor a emissor denominada de VCE (fig.37).

    Fig.37

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    Dispondo as trs tenses em uma mesma figura se observa que as tenses VBE + VCB

    somadas so iguais a VCE (fig.38)

    Fig.38

    Para o transistor NPN a regra tambm vlida, invertendo-se apenas a polaridade dasbaterias de polarizao (fig.39)

    Fig.39

    8.4 Principio de funcionamento do transistor bipolar

    A aplicao de tenses externas ao transistor provoca o movimento dos eltrons livres elacunas no interior da estrutura cristalina.

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    O movimento dos portadores livres d origem a trs correntes que circulam nos trs

    terminais do transistor (fig.40).

    Fig.40

    A corrente do terminal EMISSOR denominada de corrente de emissor representadapela notao IE, a do terminal BASE de corrente de base (IB) e a do terminal COLETORde corrente de coletor (IC). Por conveno se estabeleceu que toda a corrente que entrano transistor positiva e a corrente que sai negativa.

    As figuras 41 e 42 mostram os dois tipos de transistor com as suas correntes.

    Fig.41 Fig.42

    O princpio bsico de funcionamento, que explica a origem das correntes no transistor o mesmo para os transistores NPN e PNP.

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    Devido a pequena espessura da base e tambm do seu pequeno grau de dopagem a

    recombinao acontece em pequena escala (poucos portadores que provm do emissorpodem se recombinar). Isto faz com que a corrente de base seja pequena, com valoresque situam na faixa de microampres ou miliampres.

    Como o emissor fortemente dopado, um grande nmero de lacunas se desloca emdireo base, repelidos pela tenso positiva do emissor e atrados pela tenso negativada base.

    A base, um grande nmero de lacunas atinge a base em grande velocidade e no serecombina, por falta de eltrons livres disponveis (fig.45).

    fig.45

    IB pequeno valor

    A corrente de base provocada pela aplicao de umpotencial VBE ao transistor. Esta corrente muito pequena

    or ue se deve recombina o de ortadores na base.

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    b) A corrente de coletorAs lacunas provenientes do emissor que no se recombinam se caracterizam por serem

    portadores minoritrios na base do transistor que de material M (lacunas presentes emum material N so portadores minoritrios).

    A barreira de potencial da juno coletor base favorece o deslocamento das lacunas dabase parra o coletor, onde existe um alto potencial negativo.

    As lacunas que atinge o coletor, passando atravs da juno base coletor do origem corrente de coletor (fig.46).

    Fig.46

    A corrente de coletor tem valores muito maiores que a corrente de base porque a grandemaioria das lacunas que partem do emissor no se recombinam sendo absorvidos pelocoletor

    IC IB

    IC muito maior que IB

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    Em geral, do total de lacunas que entra no emissor de um transistor PNP apenas 5% ou

    menos correspondem a corrente de base. Os restantes 95% (ou mais) corresponde acorrente do coletor (fig.47).

    Fig.47

    c)A corrente de emissorAnalisando-se um transistor PNP e suas correntes se verifica:

    a corrente de emissor entra no transistor as correntes de base e coletor saem do transistor (fig.48)

    Fig.48

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    A corrente de base formada por portadores que vem do emissor e recombinam na

    base.A corrente de coletor formada por portadores que vem do emissor e no serecombinam, dirigindo-se ao coletor.

    Conclui-se portanto a corrente de base como a corrente de coletor provm do emissor ,de forma que se pode afirmar IC + IB = IE (fig.49).

    Fig.49

    8.5 Controle da corrente de base sobre a corrente de coletor

    A principal caracterstica do transistor reside no fato de que a corrente de base (pequenacorrente) exerce um controle eficiente sobre a corrente de coletor (IC).

    Este controle se deve ao fato de que a corrente de base flui na largura de barreira depotencial da juno base emissor.

    Quando a tenso VBE aumenta, a barreira de potencial na juno base emissor torna-se

    mais estreita (fig.50).

    A corrente de base controla a corrente de coletor

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    Fig.50

    O estreitamento da barreira de potencial entre base e o emissor permite que um maiornmero de portadores do emissor atinjam a base.

    Esta maior quantidade de portadores absorvida pelo coletor, uma vez que a base no

    tem capacidade para recombin-los. Verifica-se ento um aumento na corrente decoletor.

    Concluso

    IB aumenta IC aumenta

    Por analogia pode-se afirmar:

    IB diminui IC diminui

    Isto significa que a corrente de base de um transistor atua como corrente de controle e acorrente de coletor como corrente controlada.

    Ganho de corrente do transistor

    Atravs de um transistor possvel utilizar uma pequena corrente (IB) para controlar acirculao de uma corrente de valor muito maior (IC) que a outra:

    IB controle IC

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    A corrente controlada (IC) e a corrente de controle (IB) podem ser relacionadas entre sipara determinar quantas vezes uma maior que a outra:

    B

    C

    I

    I

    O resultado desta relao denominado tecnicamente de ganho de corrente contnua

    entre base e coletor, representado pela letra grega (BETA) em corrente contnua ouhFE.

    Conhecendo-se o ganho de corrente entre base e coletor do transistor (DC) possveldeterminar a corrente de coletor partir da corrente de base:

    importante salientar que o fato do transistor permitir um ganho de corrente entre basee coletor no significa que sejam geradas ou criadas correntes no seu interior. Todas ascorrentes que circulam em um transistor so provenientes da fonte de alimentao,cabendo ao transistor apenas controlar a quantidade de corrente fornecida por estas

    fontes.

    8.6 Circuito de coletor

    uma pequenacorrente IB CONTROLA uma correnteIC muito maior

    resulta em um nmero que indica quantasvezes a corrente de coletor maior que acorrente de base

    hFE ou DC =B

    C

    I

    I

    ganho de corrente contnuaentre base e coletor

    DC =B

    C

    I

    I IC = DC . IB

    transistores no geram correntes, atuando apenas comocontroladores das quantidades de correntes fornecidas pelasfontes de alimentao.

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    Na grande maioria dos circuitos transistorizados o coletor do transistor conectado a

    fonte de alimentao atravs de um resistor, denominado de resistor de coletor,geralmente abreviado por RC (fig.51)

    Fig.51

    O resistor de coletor completa o CIRCUITO ou MALHA DE COLETOR, que ocomposto pelo grupo de componentes onde circula a corrente de coletor (fig.52).

    Fig.52

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    Observando a figura 2 se verifica que a malha de coletor se compe do resistor de

    coletor RC em srie com o transistor (coletor-emissor), aos quais est aplicada a tensoVCC.

    Tendo um circuito serie , a malha de coletor obedece a segunda lei de Kirchhoff que

    estabelece que a soma das quedas de tenso em um circuito igual a tenso aplicada aseus extremos.

    Uma parcela sobre o resistor de coletor, denominada de queda de tenso no resistor decoletor, VRC.

    Uma parcela entre coletor e emissor do transistor (VCE), conforme a figura 53.

    Fig.53

    Conforme estabelece a lei Kirchhoff, a soma das quedas de tenso nos componentes amalha de coletor igual a tenso aplicada malha. A partir disto, pode-se determinar aequao da malha de coletor.

    Analisando particularmente cada um dos membros da equao da malha de coletor tmse:

    VCC a tenso fornecida pela bateria ao circuito. Desconsiderando-se a influncia daresistncia interna pode-se admitir que VCC tem um valor constante independente dacorrente que o circuito solicitar.

    VCC = VCE + VRC EQUAO DAMALHA DE COLETOR

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    VRC e a queda de tenso no resistor de coletor. O valor desta queda de tenso,

    segundo a Lei de Ohm, depende de dois fatores: do valor do resistor (RC) e da correnteque est circulando (IC).

    Esta expresso matemtica nada mais do que a lei de Ohm aplicada ao resistor decoletor.

    V = R . I

    VRC = RC . IC

    A queda de tenso no resistor de coletor (VRC) tem como principal caracterstica o fatorde ser proporcional a corrente de coletor do transistor.

    Se a corrente de coletor se torna maior (IC) a queda de tenso sobre o resistor de coletoraumenta (RC . IC = VRC ).

    VCEA tenso coletor emissor o ltimo membro da equao da malha de coletor. Ovalor de VCE a resultante da equao. VCE depende da tenso de alimentao e daqueda de tenso em RC:

    VCC = VCE + VRC operando tem-se

    Atravs de um exemplo pode-se ilustrar o emprego das equaes da malha de coletor.

    VRC = RC + ICEquao da queda de tenso

    no resistor de coletor

    A queda de tenso no resistor de coletor(VRC) proporcional a corrente de coletor(IC).

    VCE = VCC - VRCTenso coletor emissor

    do transistor

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    Um transistor com resistor de coletor de 680 tem uma corrente de coletor de 6mA. A

    bateria fornece uma tenso de 12V a malha de coletor. Qual a queda de tenso doresistor de coletor e a tenso coletor emissor do transistor.

    A figura 54 mostra o esquema da malha de coletor citada.

    Fig.54

    A figura 55 apresenta novamente a malha de coletor com os valores, de tenso em cadaelemento.

    Fig.55

    a) Relao entre os parmetros IC, VCE e IB

    Queda de tenso noresistor de coletor

    VRC = VCC - VRC VCE = 12V - 4,1V

    VCE = 7,9V

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    Ao considerar que a queda de tenso VRC depende de IC, se afirma que VRC depende

    tambmde IB. Desenvolvendo a equao da queda de tenso no resistor de coletor tm-se:

    CI

    B

    C

    .I.

    .Icomo.

    CRC

    CCRC

    RV

    IIRV

    Nesta equao os valores de RC e so constantes, logo pode-se dizer que o valor daqueda de tenso no resistor de coletor depende diretamente da corrente de base.Tomando-se um circuito a transistor com duas correntes de base diferentes se pode

    verificar a relao entre os valores de IR, IC, VRC e VCE.A figura 56 apresenta o circuito usado como exemplo.

    Fig.56

    OBSERVAO

    O resistor RB na base do transistor serva para limitar a corrente de

    base do transistor.Admitindo-se como primeiro valor de corrente de base 40A os valores do circuito so:

    IC = IB . IC = 40A . 100

    VRC = IC . RC VRC = 0,004A . 820

    VCE = VCCVRC VCE = 10V3,3V

    A figura 57 mostra o circuito com o valores obtidos com 40A na base do transistor.

    IC = 4mA

    VRC = 3,3V

    VCE = 6,7V

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    Fig.57

    Admitindo-se um segundo valor de corrente de base70A os valores do circuito so:

    IC = IB . IC = 70A . 100

    VRC = IC . RC VRC = 0,007A . 820

    VCE = VCCVRC VCE = 10V5,8V

    A figura 58 mostra o circuito com os valores obtidos com 70A na base do transistor.

    Fig.58

    Colocando os dados do circuito nas duas situaes em uma tabela se observa o

    comportamento dos valores IC, VRC e VCE quando a corrente de base modificada.

    IC = 7mA

    VRC = 5,8V

    VCE = 4,2V

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    Corrente de base

    IBC

    Corrente de coletor

    IC

    Queda de tenso no

    resistor de coletorVRC

    Tenso coletor

    emissor do transistor

    40A 4mA 3,3V 6,7V70A 7mA 5,8V 4,2V

    Pela tabela se verifica que:

    Se IB aumenta IC aumentaSe IC aumenta VRC aumentaSe VRC aumenta VCE diminui

    Relacionando apenas os dados relativos ao transistor pode se resumir o comportamentodo circuito assim:

    Figura

    Considerando-se que a corrente de base IB depende da tenso VBE pode-se incluir maiseste parmetro no comportamento do transistor:

    VBE IB logo

    VBE IB

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    Relao entre parmetros do transistor

    8.7 Dissipao de potncia no transistor

    Todo o componente sujeito a uma diferena de potencial e percorrido por uma correnteeltrica dissipa uma determinada potncia (P = V . I).

    Pode-se citar, por exemplo, uma lmpada que ao receber tenso sobre seus terminais

    percorrido por uma corrente, dissipando energia em forma de luz e calor.

    Nos transistor tambm existe uma dissipao de potncia. A circulao de correnteeltrica atravs das junes do transistor, provocada pela aplicao de tenses aos seusterminais, d origem a uma dissipao de potncia no interior do componente.

    Esta dissipao se d em forma de energia trmica, ou seja, produo de calor,resultando em um aquecimento do transistor.

    a) Dissipao nas junesA dissipao de potncia, em forma de calor, ocorre nas duas junes do transistor.Estas potncias dissipadas so denominadas de Potncia de coletor (PC) e Potncia de

    base (PB).

    A potncia total dissipada no transistor , portanto:

    Potncia total = PC + PB

    Entretanto, analisando as tenses e correntes presentes nas duas junes verifica-se quea tenso e corrente presentes na juno base emissor (VBE e IB) so muito pequenas,comparadas com a tenso e corrente presentes na juno coletor base (VCB e IC) (fig.59).

    Fig.59

    VBE IB IC VCE

    VBE IB IC VCE

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    Por esta razo, a potncia dissipada na juno base emissor muito pequena comparada

    com a potncia dissipada na juno base coletor.Potncia total = PC + PB.

    Assim, a potncia dissipada na base do transistor desprezada e se considera que apotncia total dissipada no transistor a prpria potncia dissipada no coletor:

    PTOTAL = PC

    A potncia de coletor depende da tenso de coletor base (VCB) e da corrente de coletor(IC):

    PC = VCB . IC

    Por questes de facilidade prtica e objetivando a resoluo de circuitos transistorizadosatravs de curvas caractersticas, esta equao substituda por outra aproximada, cujoerro desprezvel.

    8.8 Dissipao mxima no transistor

    O calor produzido pela dissipao de potncia (PC = VCE . IC) provoca a elevao datemperatura dos cristais semicondutores que compe o transistor, podendo lev-lo adestruio.

    OBSERVAO

    Os cristais dos transistores de germnio no devemultrapassar a temperatura de 90C e dos transistores de silciono devem ultrapassar 120C.

    Para que o transistor no seja destrudo pelo aquecimento excessivo do cristal a potnciadissipada limitada nos manuais e folhetos tcnicos.

    Fatores que influenciam na dissipao mxima.

    muito e uena com arada com PC

    PC = VCE . ICPotncia total dissipada

    no transistor

    Potncia de dissipao mxima o limite dedissipao que um transistor pode suportarsem sofrer danos por sobreaquecimento.

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    O limite de dissipao estabelecido em funo de dois fatores:

    a) resistncia trmica do encapsulamentob) temperatura externa ao transistor

    a) Resistncia TrmicaA resistncia trmica consiste na oposio apresentada por um material ao fluxo docalor.

    Em termos de transistor, a resistncia trmica do encapsulamento, representada pelanotao Rthj-a, diz respeito a oposio imposta pela encapsulamento a transmisso docalor gerador internamente para o meio ambiente (fig.60).

    Fig.60

    Os transistores fabricados para capacidade de dissipao mais elevada (denominados detransistores de potncia) so normalmente encapsulados em invlucros metlicos(fig.61).

    Fig.61

    Os encapsulamentos metlicos se caracterizam por apresentar uma baixa resistncia

    trmica, transmitindo com mais eficincia o calor para o meio ambiente.

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    Os transistores de baixa dissipao (denominados transistores de sinal) encapsulados em

    invlucros plsticos (fig.62).

    fig.62

    Os encapsulamentos plsticos so utilizados nestes transistores porque a quantidade decalor gerada na estrutura pequena.

    b) Temperatura externa ao transistorAlm da resistncia trmica, a transmisso de calor entre dois pontos depende tambmda diferena de temperatura entre estes pontos.

    Para que haja transmisso um ponto deve estar a temperatura mais alta que o outro

    (fig.63).

    Fig.63

    A quantidade de calor transmitida maior quando a diferena de temperatura grandeentre os dois pontos, e menor quando a diferena pequena. Isto explica por exemplo

    porque uma xcara de caf esfria mais rapidamente no inverno que no vero. A partirdesta dependncia entre a quantidade de calor transmitido e a diferena de temperaturase conclui que:

    A quantidade de calor transmitida da juno dotransistor para o ambiente depende da diferenade temperatura entre a juno e o ambiente.

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    Quanto mais baixa a temperatura do ambiente, melhor a transmisso de calor do interior

    do transistor para fora, menor o seu aquecimento.Assim, dois transistores trabalhando com as mesmas tenses e correntes (mesma

    potncia dissipada PC) iro sofrer aquecimentos diferentes se estiverem funcionando emtemperaturas diferentes.

    O transistor que estiver funcionando em um ambiente mais quente sofrer maioraquecimento porque a quantidade de calor transmitida para fora menor.

    Por exemplo:

    Transistor BC547 Potncia de dissipao mxima 50 mW 25C ou menos

    OBSERVAO

    As potncias de dissipao mxima fornecidas pelosfabricantes sempre so referentes a temperatura de 25C, amenos que haja outra temperatura indicadaespecificamente.

    c) Reduo da potncia dissipada em funo do aumento de temperatura ambienteEm muitas ocasies se faz necessrio utilizar transistores em circuitos que irofuncionar em temperaturas superiores a 25C.

    Nestas ocasies necessrio considerar que o valor de potncia de dissipao mximafornecida pelo fabricante no pode ser empregado porque vlido somente at 25C.

    O aumento de temperatura ambiente pode ser compensado, fazendo com que otransistor dissipe uma potncia menor, gerando uma menor quantidade de calor,

    internamente e evitando a destruio por aquecimento excessivo.

    O grau de reduo que a potncia nominal deve sofrer em funo do aumento detemperatura varia de transistor para transistor.

    Devido a influncia da temperatura na transmisso decalor a especificao de potncia mxima de dissipao

    do transistor dada em funo da temperatura.

    Temperaturaambiente maior que

    25C

    Potncia de dissipaomenor que o valor nominal(a 25C)

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    Os fabricantes fornecem um grfico de dissipao total de potncia em funo da

    temperatura ambiente (PTOT = TAMB) que indica a potncia mxima no transistor para osdiversos valores de temperatura ambiente (fig.64).

    Fig.64

    A figura 65 ilustra o emprego do grfico, determinando a potncia de dissipaomxima dos transistores BC546, BC547, BC548 para uma temperatura ambiente de50C.

    Fig.65

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    8.9 Correntes de fuga no transistor

    Os transistores so fabricados com materiais semicondutores P e N. Estes materiaissofrem um processo de purificao e dopagem para conterem as lacunas e eltronslivres.

    Entretanto, os materiais P e N no so perfeitamente puros, de forma que cada materialcontenha apenas um tipo de portadores.

    O material tipo P apresente uma grande quantidade de lacunas e apenas uma pequenaquantidade de eltrons livres. Por esta razo, no material P, as lacunas so denominadasde portadores majoritrios (principais) e os eltrons livres de portadores minoritrios

    (fig.66).

    Fig.66

    O material do tipo N apresente uma grande quantidade de eltrons livres, que so osportadores majoritrios e um pequeno nmero de lacunas que so os seus portadoresminoritrios (fig.9).

    Fig.67

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    A existncia dos portadores minoritrios nos materiais semicondutores se deve

    fundamentalmente a dois fatores:- imperfeio nos processos de purificao dos cristais que sempre apresentam um

    pequeno grau de impurezas.

    - a ruptura das ligaes qumicas pela energia trmica (aquecimento) (fig.68).

    Fig.68

    Movimento dos portadores minoritriosOs portadores minoritrios sofrem a influncia das tenses externas aplicadas aocomponente semicondutor, movimentando-se no interior da estrutura cristalina.

    Como nos caso dos diodos, o movimento dos portadores minoritrios s importantequando a juno entre os cristais est inversamente polarizada.

    No caso dos diodos, durante a polarizao inversa, o movimento dos portadoresminoritrios d origem a uma pequena corrente de fuga (fig.69).

    Fig.69

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    Nos transistores o movimento dos portadores importante apenas na juno base-

    coletor porque esta juno est normalmente com polarizao inversa (fig.70)

    Fig.70

    O movimento dos portadores minoritrios na juno base coletor, inversamentepolarizada, d origem a uma pequena corrente de fuga entre base e coletor (fig.71).

    Fig.71

    Esta corrente representada pela notao ICBO que significa: corrente de fuga entrecoletor e base com emissor aberto (fig.72).

    Fig.72

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    Esta corrente de saturao reserva (ICE0) provocada pela corrente de fuga ICB0. Ai

    circular atravs da juno base coletor a corrente ICB0 provoca uma recombinao deportadores na base que tem um efeito resultante semelhante a aplicao de corrente debase no transistor, gerando a corrente ICE0.

    ICE0 , portanto, uma corrente aproximadamente (BETA) vezes maior que ICB0.

    Este fator tem determinado uma crescente utilizao dos transistores de silcio emsubstituio aos transistores de germnio.

    8.10 Disparo trmico

    O disparo trmico, tambm denominado de AVALANCHE TRMICA, um fenmenoque ocorre no transistor devido a corrente de fuga ICBO e que pode lav-los a destruio

    por aquecimento excessivo

    A medida em que o transistor funciona em um circuito eletrnico ocorre umaquecimento das junes, pela dissipao de potncia (PC = VCE . IC).

    O aquecimento da juno provoca um aumento na corrente de fuga ICBO. Como acorrente do coletor composta de duas parcelas IC = BIB + BICBO o aumento de ICBO

    resulta em IC maior.

    Com IC maior a potncia dissipada aumenta (VCE . IC = PC ) e o transistor sofre novoaquecimento. A maior temperatura da juno provoca novo aumento em ICBO

    .

    A equao mostra que a corrente de fuga ICBO amplificada pelo transistor da mesmaforma como corrente de base.

    Nos circuitos a transistor a corrente ICE0 (provocada pela corrente de fuga ICB0) e acorrente IC (provocada pela corrente de base IB), circulam ao mesmo tempo no terminalcoletor do transistor (fig.74).

    Fig.74

    ICE0 = ICB0 . DC

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    Conclui-se, ento, que a corrente real de coletor de um transistor sempre a soma destas

    duas correntes.

    OBSERVAO:

    A corrente de fuga entre coletor e emissor com a base abertaICE0 , em valor exato, igual a ICB0 ( + 1). Porm devido aofato de DC dos transistores ser normalmente elevado (maior que

    100) pode-se na prtica desprezar o acrscimo da unidadeconsiderando ICE0ICB0 x DC.

    8.11 Influncia da temperatura na corrente de coletor

    O aquecimento um dos fatores responsveis pela gerao de portadores minoritriosnos materiais semicondutores, provocando o rompimento das ligaes covalentes docristal.

    A partir do momento em que um transistor sofre um aumento de temperatura o maiornmero de portadores minoritrios na estrutura provoca um aumento na corrente de fugaICB0 ( que constituda pelo movimento destes portadores).

    A figura 75 apresenta uma curva caracterstica de transistor que mostra ocomportamento da corrente de fuga ICB0 frente as variaes de temperatura.

    Fig.75

    IC = (DC . IB ) + (DC . ICB0)

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    Atravs desta curva verifica-se claramente que a corrente ICB0 aumenta a medida que a

    temperatura do transistor se torna mais elevada. A corrente de fuga ICB0 dobra a cada10C aproximadamente nos transistores de silcio e 6C nos de germnio. Uma vez queparte da corrente de coletor causada por ICB0 (IC = IB . + ICB0 . ) os aumentos deICB0 provocados pelo aumento de temperatura do transistor se refletem num acrscimode IC.

    8.12 Silcio versus germnio

    Embora a variao da corrente de fuga ICB0 com a temperatura seja aproximadamentea mesma (a cada 6C no germnio e 10C no silcio), os transistores de silcio secaracterizam por apresentarem um valor inicial de ICB0 at 500 vezes menores do queos transistores de germnio na mesma temperatura.

    Fecha-se um crculo vicioso:

    Nesta condio o transistor pode provocar uma auto destruio. Por este motivo deve-se sempre que possvel, evitar que os transistores trabalhem prximo sua potnciamxima de dissipao.

    A corrente de coletor do transistor sofre influnciada temperatura devido as variaes de ICB0

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    8.13 Configuraes de ligao do transistor

    No transistor a corrente de base atua como corrente de controle, determinando acorrente de coletor que poderia ser denominada de corrente controlada.

    Em princpio, a circulao de duas correntes de valores diferentes em um componentepressupe a existncia de quatro terminais (dois terminais para cada corrente) (fig.76).

    Fig.76

    Como o transistor no dispe de quatro terminais (dois de entrada e dois de sada) sualigao aos circuitos eletrnicos feita de forma que um dos terminais seja comum aocircuito de entrada e de sada simultaneamente.

    a) Configurao emissor comumQuando o terminal emissor utilizado como terminal comum, a forma de ligao dotransistor denominada tecnicamente de Configurao de emissor comum (fig.77).

    Fig.77

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    OBSERVAO

    As baterias de polarizao no foram colocadas para dar maior clareza a figura.

    b) Configurao de base comumQuando a base utilizada como terminal comum, a forma de ligao do transistor denominada de configurao de base comum (fig.78).

    Fig.78

    c) Configurao de coletor comum a denominao dada a forma de ligao em que o coletor do transistor comum a

    entrada e a sada do circuito (fig.79).

    Fig.79

    d) Curvas caractersticas de um transistorQuando se analisa o comportamento de um componente eletrnico procura-se colocareste componente sob as mais diversas situaes em termos de correntes e tenses.

    No diodo semicondutor, por exemplo, a corrente circulante depende do valor e dapolaridade da tenso aplicada aos seus terminais.

    Assim , por exemplo, como o diodo Zener. Aplicam-se diversos valores de tenso

    direta e reversa aos seus terminais e mede-se a corrente circulante.

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    A figura 80 mostra a curva caracterstica de um diodo Zener.

    fig.80

    O comportamento do transistor tambm expresso atravs de curvas caractersticas. Ascurvas caractersticas so grficos obtidos atravs de medidas eltricas no transistor emvrios circuitos, sob condies de tenses e corrente controladas.

    As curvas caractersticas do transistor assumem grande importncia no projeto decircuitos porque expressam o comportamento do componente em uma ampla faixa decondies de funcionamento, levando em considerao a forma como o transistor estligado.

    e) Parmetros eltricos nas curvas caractersticas do transistorNos componentes semicondutores com apenas dois terminais (diodo semicondutor,diodo Zener) so necessrios apenas dois parmetros eltricos para expressar ocomportamento em grfico:

    -

    tenso entre os dois terminais (ex.: VD).- corrente no dispositivo (Ex.: ID).No transistor, pelo fato de serem 3 terminais, existem 6 valores em jogo:

    IC = corrente de coletor IB = corrente de baseIE = corrente de emissorVBE = tenso de base a emissorVCE = tenso de coletor a emissorVCB = tenso de coletor a base

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    A figura 81 mostra os parmetros eltricos do transistor.

    Fig.81

    Com base neste valores e ainda outros no eltricos, tais como a temperatura, podem serlevantadas uma srie de curvas caractersticas que expressam o comportamento dotransistor nas mais diversas condies.

    8.14 Curvas caractersticas na configurao de emissor comum

    A configurao de ligao do transistor mais utilizada a de emissor comum, razo pelaqual as curvas caractersticas dos transistores, fornecidas pelos fabricantes, so relativasa esta forma de ligao.

    A figura 82 mostra um esquema ilustrativo de um emissor comum quatro parmetrosso fundamentais:

    VBE, IB, VCE e IC

    Os valores VBE e IB so denominados de parmetros de entrada e os valores VCE e IC deparmetros de sada da configurao emissor comum.

    Portanto, para representar atravs de grficos o comportamento do transistor em emissorcomum so necessrias duas curvas caractersticas:

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    uma que expressa o comportamento dos parmetros da entrada dotransistor, denominada de CURVA CARACTERSTICA DEENTRADA.

    uma que expressa o comportamento dos parmetros de sada,denominada de CURVA CARACTERSTICA DE SADA.

    a) Caracterstica de sada do transistor em emissor comumDo conjunto de curvas caractersticas que pode ser levantado a parti dos valoreseltricos do transistor a curva que assume maior importncia a curva caracterstica desada, tambm denominada de caracterstica de coletor.

    Os parmetros de sada do transistor so IC e VCE. Entretanto, sabe-se que os valoresVCE e IC dependem do valor de I .

    A curva caracterstica de sada construda de forma a permitir que se relacionem asgrandezas IC , VCE e I em um nico grfico.

    A figura 83 mostra a caracterstica de sada do transistor BC 547.

    Fig.83

    RELAO

    I IC VCE

    CARACTERSTICA

    DE SADA EMEMISSOR COMUM

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    As curvas mostram a dependncia da corrente de coletor (IC) em funo da tenso

    coletor emissor, mantendo a corrente de base em um valor constante. Nos manuais estacurva identificada com ICF(VCE) IB parmetros (l-se: corrente de coletor em funo datenso coletor emissor para valores fixos de corrente de base).

    Deve-se observar que nos transistores PNP os parmetros nas curvas so negativos: -IB,eVCE (as correntes IB e IC no transistor PNP saem do transistor e o coletor negativocom relao ao emissor) (Fig.84 e 85)

    Fig.84 Fig.85

    Outro aspecto importantssimo a ressaltar com relao as curvas caractersticasfornecidas pelo fabricante de um transistor que estas curvas representam ocomportamento mdio de um grande nmero de transistores testados.

    Isto significa que, na prtica, o comportamento do componente pode apresentar algumadiferena com relao a curva.

    As curvas caractersticas fornecidas por um fabricanterepresentam o comportamento mdio de um grupo decom onentes de mesma es ecifica o

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    b) Aplicao da caracterstica de sada em emissor comumA caracterstica de sada em emissor comum encontra a sua maior aplicao nadeterminao das condies de funcionamento de um transistor em um circuito.

    Dispondo de valores do circuito tais como a tenso de alimentao e o valor do resistorde coletor traa-se a reta de carga que permite determinar graficamente ocomportamento transistor em um circuito.

    Reta de Carga

    A reta de carga traada sobre a curva caracterstica de sada do transistor, permitindoque se determine graficamente as tenses presentes sobre o transistor e sobre o resistorde coletor em funo da corrente de base (fig.86).

    Fig.86

    c) Traado da reta da cargaO traado da reta de carga leva em conta dois fatores:

    - a tenso de alimentao do circuito.- o valor do resistor de coletor

    Isto significa que para cada transistor, e em cada circuito, existe uma reta de cargaespecfica.

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    Para traar a reta de carga utilizam-se dois pontos que ocorrem em duas situaes

    especiais do transistor:- ponto de corte- ponto de saturao

    O ponto de corte a situao em que o transistor est sem corrente de base.

    Usando as equaes do transistor se verifica o seu comportamento nesta situao:

    IC = I . como I = 0 IC = 0

    VCR = IC . RC como IC = 0 VRC = 0VCE = VCC - VRC como VRC = 0 tem-se VCE = VCC

    Estes dois valores representam um ponto na curva caracterstica de sada do transistor.Tomando como exemplo o circuito da figura 87 o ponto de corte fica na posiomostrada na figura 88.

    Fig.87 Fig.88

    VCE = VCC IC = 0

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    Este um dos pontos da reta de carga.

    O ponto de saturao a situao em que se aplica ao transistor ruma corrente de basesuficiente para fazer com que a tenso de coletor a emissor caia praticamente a zero.

    Considerando a tenso de coletor a emissor como zero tem-se:

    VCE = VCC - VRC como VCE = 0 VRC = VCC

    VRC = IC . RCC

    RC

    CR

    VI como VRC = VCC

    C

    CC

    CR

    VI

    Na situao se saturao a corrente de coletor assume o seu valor mximo, como se oresistor de coletor estivesse ligado diretamente a fonte de alimentao.. Esta valor decorrente de coletor denominado de CORRENTE DE SATURAO.

    No circuito tomado como exemplo a tenso de alimentao de 30V e o resistor decoletor de: 470. Portanto a corrente de saturao :

    ICsat = mAVRV

    satsat

    C

    CC 63I47030I

    CC

    Estes dois valores do origem a outro ponto sobre a curva caracterstica do transistor(fig.89).

    Fig.89

    ICsat =Rc

    VCE

    VCE 0 IC = 63 mA

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    Tomando-se o circuito de exemplo (transistor BC 547, VCC = 30V e RC = 470) pode-

    se determinar as tenses e correntes na malha de coletor quando a corrente de base for,por exemplo 100A.

    A resposta obtida atravs do ponto de encontro entre a reta de carga e a curva decorrente de base 0,1mA (fig.92).

    Fig.92

    Projetando o ponto encontrado at o eixo horizontal encontra-se o valor do VCE dotransistor (fig.93)

    Fig.93

    VCE = 13V

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    Encontra-se tambm a tenso sobre o resistor de coletor do circuito (fig.94).

    Fig.94

    Projetando o ponto encontrado at o eixo vertical, encontra-se a corrente de coletor dotransistor (fig.95).

    Fig.95

    VRC = 17V

    IC = 35 mA

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    8.15 Ponto de Operao

    Ponto de operao ou ponto quiescente a denominao dada ao conjunto de valores detenso e corrente que se estabelecem automaticamente em um circuito a partir da suaalimentao.

    A figura 96 mostra um circuito com um transistor no ponto de operao:

    VCE = 10VVRC = 14VIC = 52Ma

    Fig.96

    Uma vez estabelecidos os valores do ponto de operao, se nenhuma modificao forrealizada no circuito, os valores permanecero constantes.

    A escolha correta do ponto de operao fundamental, na medida em que todo ofuncionamento do circuito se dar em torno das condies estabelecidas por este ponto.

    a) Influncia do ponto quiescente no circuitoO ponto de funcionamento determina, em outras palavras, a condio normal defuncionamento de um circuito, que se estabelece a partir da alimentao.

    A importncia do ponto de operao de um circuito eletrnico pode ser comparada, porexemplo, a importncia do ajuste da posio de referncia do trao do osciloscpio parauma medida de tenso CC.

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    Se a referncia est mal ajustada, todas as medidas realizadas esto erradas. O mesmo

    ocorre com os circuitos eletrnicos. Se o ponto de operao estiver mal posicionado,todo o funcionamento do circuito estar prejudicado.

    b) A escolha do ponto de operaoO ponto de operao de um circuito com um transistor sempre estar sobre a reta decarga deste circuito, pode-se afirmar que o ponto de funcionamento depende dos fatoresque determinam a reta de carga (fig. 97 e 98).

    transistor utilizado tenso de alimentao resistor de coletor

    Fig.97 Fig.98

    De acordo com a funo que o circuito ir desempenhar, o ponto de operao pode se

    situar em qualquer posio sobre a reta de carga do circuito.

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    As figuras 99, 100 e 101 mostra 3 exemplos de ponto quiescente.

    Fig.99 Fig.100 Fig.101Na maioria dos circuitos eletrnicos o ponto de operao localizado na regio centralda reta de carga (fig.102).

    Fig.102

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    A partir do momento em que o ponto quiescente localizado sobre a reta de carga ficam

    automaticamente estabelecidos os valores da malha de coletor. Tomando comoexemplo o circuito apresentado a seguir (fig.103 e 104).

    Fig.103 Fig.104Escolhendo um ponto de operao na regio central da reta de carga, conforme mostra afigura 105.

    Fig.105

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    Deste ponto quiescente se obtm:

    a) a tenso entre coletor-emissor (fig.106)b) a queda de tenso no resistor de coletor (fig.107)c) a corrente de coletor (fig.108).

    Fig.106 Fig.107 Fig.108Estes valores so valores do ponto quiescente, razo pela qual so denominados de:

    VCEQtenso coletor-emissor no ponto quiescente.VRCQqueda de tenso no resistor de coletor no ponto quiescenteICQcorrente de coletor no ponto quiescente (fig.109)

    fig.109

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    No exemplo utilizado estes valores so:

    VCEQ = 10,5V VRCQ = 13,5V ICQ = 50Ma

    OBSERVAO:

    Pequenas diferenas devido a impreciso grfica e espessura dos traos no desenho noso significativas.Para obter os valores quiescentes (VCEQ, VRCQ e ICQ) necessrio aplicar ao transistoruma determinada corrente de base quiescente (IBQ).

    O valor deste corrente de base obtido diretamente do grfico.

    No grfico da figura 110, utilizado como exemplo, o ponto de operao est colocadosobre a curva de IB = 0,2 mA. Esta a corrente necessria para obter as condiesdesejadas.

    Fig.110

    8.16 Curva de dissipao mxima

    Utilizando o valor de potncia de dissipao mxima do transistor e a equao PC = VCE. IC pode-se traar sobre a curva de sada do transistor o limite de dissipao ponto a

    ponto.

    Na equao PC = VCE . IC o valor de Pc dado pelo fabricante.

    Tendo o valor de PC e escolhendo diversos valores para VCE acha-se os valores de IC

    mximo.

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    Por exemplotransistor BC547 PC = 500 mW a 25C.

    Fig.

    Colocando-se os pontos em dois eixos IC e VCE tm-se a curva de dissipao mxima do

    transistor 25C (500mW) (Fig.111)

    escolhendo alguns valores para VCE, taiscomo:5V; 10V; 20V; 40V.

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    depois realiza-se o traado sobre a caracterstica de sada utilizando o valor encontrado

    (fig. 113 e 114).Traado da Curva Limite de Potncia

    Transistores BC 413, BC 414 50C.

    Fig.113 Fig.114

    A reta de carga e a curva de dissipao de potncia mxima

    A reta de carga expressa todas as possibilidades de funcionamento de um transistor paraum determinado valor de resistor de coletor e de tenso de alimentao. Como a curvade dissipao de potncia mxima estabelece o limite da regio de funcionamento paraum transistor, faz necessrio que a reta de carga esteja sempre situada abaixo destacurva.

    A figura 115 mostra a curva caracterstica de sada do transistor BC 413 com a curva dedissipao mxima a 50C (240mW).

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    Fig. 115

    Os resistores de coletor (RC) e as tenses de alimentao (VCC) devem ser selecionadosde modo a darem origem a retas de carga que se situam sempre abaixo da curva de

    limite de dissipao. (Fig. 116 e 117).

    Fig.116 Fig.117

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    Quando a reta de carga est abaixo da curva limite de dissipao qualquer ponto de

    operao escolhido poder ser utilizado sem o risco de provocar dissipao excessiva notransistor.

    8.17 Polarizao da base por corrente constante

    Denomina-se de polarizao de base o processo de obteno da corrente de basenecessria para levar o transistor ao ponto de operao.

    Dentre os processo de polarizao de base o mais simples o de polarizao porcorrente constante.

    Atravs do traado da reta de carga e da determinao do ponto de funcionamento (PQ)fica determinada a corrente de base quiescente (IBQ) (fig.118 e 119)

    Fig.118 Fig.119

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    No mtodo de polarizao por corrente de base constante, a corrente de base quiescente

    (IBQ) obtida atravs de um resistor, denominado de resistor de base, que ligado entrea base e a tenso de alimentao (Fig.120).

    Fig.120

    a) Anlise do circuito de baseO circuito de base, se compe do resistor de base (RB) e da juno base emissor ligadosem srie e aplicados a tenso de alimentao (fig.121).

    Fig.121

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    O circuito de base tambm denominado de massa de base.

    Considerando que a juno base emissor do transmissor se comporta como um diodo, ocircuito equivalente da malha de base fica conforme mostram as figuras 122 e 123.

    Fig.122 Fig.123

    Observando o circuito equivalente verifica-se que o diodo base emissor polarizadodiretamente, permitindo a circulao de corrente atravs do resistor. Esta corrente, quecircula atravs do resistor, a corrente de base (fig.124).

    Fig.124

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    b) Determinao do resistor de baseA corrente que circula na base do transistor (IB) depende:

    do valor do resistor (elemento de controle) da tenso de alimentaoj definida do tipo de transistor utilizadoj definido.Do circuito equivalente se verifica que a corrente circulante na base dada pelaequao:

    Operando esta equao se obtm a frmula Para determinar o resistor de base:

    BQ

    BECC

    B

    B

    BECC

    BQI

    VVR

    R

    VVI

    A seguir est apresentado um exemplo completo de determinao do resistor de basepara a obteno de um ponto de operao desejado.

    Dado o circuito, apresentado a seguir com o transistor BC 200 (silcio) e sua curvacaracterstica de sada, determinar o valor do resistor de base necessrio para obter umVCEQ = -3V (a reta de carga para 330 j est traada na curva.

    Fig.125

    B

    BECC

    BQ

    R

    VVI

    VCCtenso de alimentaoVBEtpico do transistor

    RBresistor de base

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    A corrente de coletor responsvel pela tenso no resistor de coletor (V RC = IC . RC) e,

    consequentemente, pela tenso VCE (VCE = VCCVRC).Assim, as variaes da corrente de coletor, ocasionadas pelas variaes de temperatura,modificam a forma como as tenses se dividem entre o transistor e o resistor de coletor,retirando o transistor do ponto de funcionamento (fig.126).

    Fig.126

    Todo o circuito eletrnico com transistores apresenta um certo grau de instabilidadetrmica.

    a) Fator de estabilidade SO fator de estabilidade, representado pela letra S, um coeficiente utilizado para avaliaro grau de estabilidade trmica de um estgio transistorizado.

    Este fator de estabilidade corresponde ao cociente entre a variao da corrente decoletor (IC) e a variao da corrente de fuga (ICBO) responsvel pelo fenmeno.

    Um estgio transistorizado ter melhor qualidade quanto menor for a variao deIC(IC) em funo da variao de ICBO(ICBO).

    As variaes de temperatura tendem a fazer com que o ponto de funcionamentodo circuito se desloque.

    Aumento de temperatura deslocamento para a parte superior da reta da cargaReduo de temperatura parada de estabilidade corresponde ao cocienteentre a variao da corrente de coletor ( a parte inferior da reta de carga)

    CBO

    C

    I

    IS

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    Isto significa que quanto menor for o resultado da diviso IC/ICBO mais estvel o

    circuito.

    A estabilidade trmica admissvel depende fundamentalmente da aplicao a qual ocircuito se destina.

    b) Estabilidade trmica dos circuitos com polarizao por corrente de base constanteO mtodo de polarizao por corrente de base constante no deve ser empregado emcircuitos que estejam sujeitos a grandes variaes trmicas. Este tipo de polarizao

    propicia uma estabilidade trmica muito pequena.

    O fator de estabilidade trmica dos circuitos polarizados por corrente de base constante dado pela equao:

    Com valor de S elevado o circuito tem pouca estabilidade trmica. Observa-se aIndaque o fator S = + 1 indica que quanto maior o do transistor maior ser suainstabilidade.

    8.19 Correo do ponto de funcionamento

    Devido a diferena no processo de fabricao os transistores de um mesmo tipo podemapresentar ganhos de correntes diferentes, variando em uma ampla faixa.

    O transistor BC 337, por exemplo, pode apresentar um ganho de corrente situado entre60 e 630.

    A curva caracterstica de sada, fornecida pelo fabricante, representa a caractersticamdia para um tipo de transistor.

    Como na polarizao por corrente de base constante o ponto de funcionamento dependediretamente do ganho de corrente do transistor, comum ocorrer uma diferena entre osvalores reais obtidos no circuito e os valores de projeto (fig.127, 128 e 129).

    menor IC emfuno de ICBO

    S menor mais estveltermicamente

    S = + 1

    ICQ = 37 mA mA

    IBQ = 0,15 mA

    VCEQ = 12 V

    VRCQ12V V

    RC = 330

    RB = 150K

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    Fig.127

    Fig.128

    Fig.129

    No exemplo apresentado o transistor apresenta um ganho de corrente superior a mdia,resultando em uma modificao do ponto de funcionamento (fig.130).

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    Fig.130

    Neste caso se faz necessrio corrigir o circuito, de forma que o ponto de funcionamentoseja o desejado.

    Como o ganho de corrente do transistor no pode ser alterado, a correo feita atravsdo resistor de base.

    Dependendo de como o ganho de corrente real do componente se situa em relao aoganho mdio podem ocorrer trs situaes:

    a) VCEQ do transistor prximo ao valor desejadob) VCEQ do transistor muito abaixo do valor desejadoc) VCEQ do transistor muito acima do valor desejado.

    A) VCEQprximo ao valor desejadoQuando o ganho real do transistor aproximadamente igual ao ganho mdio, fornecido

    pela curva caracterstica o funcionamento do circuito se situar prximo ao ponto

    desejado (fig.131).

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    Fig.131

    Neste caso no necessrio realizar uma correo porque as diferenas entre os valoresdesejados e os reais so pequenas.

    B) VCEQ muito abaixo do valor desejado.Quando o ganho real do transistor maior que o valor mdio o ponto de funcionamentosofre um deslocamento para a parte superior da reta de carga. (fig.132).

    Fig.132

    Tomando como ponto de partida os dados obtidos a partir da curva caracterstica(mdia).

    VALORES DOPROJETO

    ICQ = 37 mA mA

    IBQ = 0,15 mA

    VCEQ = 12 V

    VRCQ12V

    VALORES REAISOBTIDOS

    IBQ = 0,15 mA

    ICQ = 34 mAVCEQ = 12,5 V

    VRCQ11,5V

    CONDIO DESEJADA( MDIO)

    IBQ = 0,15 mA

    ICQ = 37 mA

    VCEQ = 12 V

    VRCQ 12V

    RB = 150K

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    Fig

    Devido ao maior ganho de corrente do transistor, o mesmo circuito, com os mesmosresistores, apresentou um resultado muito diferente do desejado.

    Como o ganho de corrente do transistor no pode ser modificado, compensa-se estemaior ganho de corrente reduzindo a corrente de base quiescente (IBQ) do transistor.Reduzindo a corrente de base IBQ a corrente de coletor se reduz, retornando ao valordesejado.

    Para reduzir a corrente de base IBQ deve-se aumentar o valor do resistor RB (fig.133).

    VALORES REAISOBTIDOS

    (Com real mais baixo)

    IBQ = 0,15 mA

    ICQ = 27 mA

    VCEQ = 15 V

    VRCQ 9V

    RB = 150K

    INCORRETOS

    IBQ = 0,11 mA

    ICQ = 37 mA

    VCEQ = 12 V

    VRCQ 12V

    CORRIGIDOS

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    Fig.133

    CONCLUSO

    Se o transistor apresenta um ganho real menor que o ganho mdio o ponto defuncionamento sofre um deslocamento para a parte inferior da reta de carga (fig.134)

    Fig.134

    Tomando novamente, como ponto de partida, os dados obtidos a partir da curvacaracterstica (mdia).

    Quando for necessrio aumentar o VCE de um transistorpolarizado por corrente de base constante deve-se diminuir acorrente de base aumentando o valor do resistor de base

    CONDIO

    DESEJADA( MDIO)

    IBQ = 0,15Ma

    ICQ = 37mA

    V = 12V

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    O ponto de funcionamento do circuito muito diferente do desejado, fazendo-senecessria uma correo.

    O ganho de corrente mais baixo do transistor deve ser compensado, atravs de umaumento correspondente na corrente de base quiescente IBQ.

    Para aumentar IBQ o valor de RB deve ser reduzido (fig.135).

    VALORES REAIS OBTIDOS

    (com real mais baixo)

    IBQ = 0,15mA

    ICQ = 27Ma

    VCEQ = 15V

    VRCO = 9V

    RB = 150k

    IBQ = 0,2mA

    ICQ = 36Ma

    VCEQ = 12V

    VRCQ = 12V

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    Fig.135Concluso:

    8.20 Regies de Operao de um transistor

    O ponto de operao de um transistor pode ser localizado em qualquer posio ao longoda reta de carga.

    De acordo com a posio da reta de carga em que o ponto de operao se situa diz-seque o transistor est operando em uma das trs regies denominadas:

    a) regio de corte (fig.136)b) regio de saturao (fig.137)c) regio ativa (fig.138)

    Quando for necessrio reduzir o VCE de um transistorpolarizado por corrente de base constante deve-seaumentar a corrente de base, reduzindo o valor de RB.

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    Fig.136 Fig.137 Fig.138

    A) Regio de corteUm transistor est na regio de corte quando a juno base emissor est polarizadainversamente.

    A polarizao inversa na juno BE torna a corrente de base nula.

    Com base na equao de IC e na corrente IB = - tm-se:

    IC = . I+ . ICBO onde .ICBO = ICEO

    IC = 0 . I+ . ICBO

    A corrente de coletor apenas de fuga (corrente de saturao reversa ICEO) e seu valor da ordem de microampres nos transistores de silcio.

    Com corrente de coletor praticamente nula no h queda no resistor de coletor (VRC = IC. RC) e o VCE do transistor o prprio valor da tenso de alimentao do circuito.

    A figura 139 mostra um circuito transistorizado com a juno BE polarizadainversamente, de forma a estar em corte.

    IC = . ICBO

    NO CORTE VCE = VCC

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    Fig.139

    Na reta de carga o ponto de corte est sobre o eixo horizontal (fig.140).

    Fig.140

    Nos transistores de silcio em geral bastar cortar a corrente de base para levar otransistor ao corte, sendo desnecessrio polarizar inversamente a juno BE.

    A figura 141 mostra um transistor de silcio polarizado na regio de corte.

    TRANSISTORNA REGIODE CORTE

    JUNO BE

    JUNO CE

    VCE VCC

    INVERSAMENTEPOLARIZADA

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    Fig.141

    b) Regio de saturaoUm transistor est na regio de saturao quando a tenso VBE maior que a tensoVCE.

    A figura 142 mostra um transistor que est operando na regio de saturao.

    Fig.142

    O que caracteriza a regio de saturao que devido ao fato de VBE ser maior que VCE ajuno coletor base do transistor tambm fica diretamente polarizada.

    TRANSISTOR NAREGIO DA

    SATURAO

    JUNO BEDIRETAMENTE POLARIZADAS

    JUNO CB

    VBE > VCE

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    Na curva caracterstica de sada a regio de saturao fica prxima ao eixo vertical,onde os valores de VcE so mnimos e os valores de IC so mximos (fig.143).

    Fig.143

    Nas curvas caractersticas de sada normais a regio de saturao corresponde a uma

    faixa muito estreita.Por esta razo alguns manuais trazem uma segunda curva caracterstica de sadasomente para a regio de saturao(fig.144).

    c) Regio ativaA regio ativa corresponde a todo o trecho da reta de carga entre as regies de corte e desaturao. (Fig.145).

    Fig.144

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    8.21 Polarizao de base por divisor de tenso

    A polarizao da base de um transistor pode ser feita a partir da utilizao de um divisorde tenso, atravs do qual se aplica uma tenso VBE entre base e emissor do transistor.

    A figura 148 mostra um circuito transistorizado que emprega este tipo de polarizao,denominado de polarizao de base por divisor de tenso.

    Fig.148

    O divisor de tenso aplica uma tenso a base (VB) que polariza diretamente a junobase emissor do transistor, provocando a circulao da corrente IBQ.

    Como o emissor est terrado, a tenso de base VB a prpria tenso VBE aplicada aotransistor (fig.149).

    Na polarizao de base por divisor de tenso a finalidadedo divisor fornecer base uma tenso que polarizadiretamente a un o base emissor.

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    Fig.149

    O valor da corrente IBQ ajustado aumentando ou diminuindo a tenso VBE, que fornecida pelo divisor.

    Normalmente os circuitos polarizados por divisor de tenso tem ainda um resistor deemissor (RE), que tem por finalidade melhorar a estabilidade trmica do circuito(fig.150).

    Fig.150

    A polarizao por divisor de tenso acrescida do resistor de emissor a mais empregadaporque propicia um alto grau de estabilidade trmica ao circuito.

    Outra caracterstica importante deste tipo de polarizao a menor variao dos valoresde polarizao quando o transistor substitudo.

    a) Anlise do circuito de coletor

    A incluso de um resistor de emissor no circuito depolarizao de um transistor tem por finalidade melhorar asua estabilidade trmica..

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    Nos circuitos polarizados por divisor a malha de coletor se compe:

    da fonte de alimentao do resistor de coletor do transistor do resistor de emissor (fig.151).

    Fig.151

    A tenso fornecida pela fonte se distribui sobre os componentes do circuito de coletor(fig.152).

    Fig.152

    Segundo a Lei de Kircchoff para circuitos srie a soma das tenses eqivale a tenso dealimentao.

    VRC + VCE + VRE = VCC

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    As quedas de tenso no resistor de coletor (VRC) e no resistor de emissor (VRE)

    dependem da corrente no circuito de coletor (fig.153).

    Fig.153

    A diferena entre IC e IE muito pequena, pois corresponde ao valor de IB (IE = IC + IB).Por esta razo, costuma-se considerar IE = IC.

    Desta forma, a equao da queda de tenso no resistor de emissor pode ser rescritacomo:

    VRE = IC . RE

    A seguir est apresentado um exemplo de aplicao das equaes do circuito de coletor.

    Dado o circuito apresentado ao lado, determinar os valores de VRC, VRE e VCE.

    As equaes do circuito de coletor so:

    VCC = VRC + VCE + VREVRC = IC . RCVRE = IC . RE

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    Fig.

    Com os dados disponveis possvel calcular os valores de VRC e VRE.

    VRC = IC . RC VRC = 1000 . 0,004A VRC = 4VVRE = IC . RE VRE = 270 . 0,004A VRC = 1,08V

    Dispondo de VCC, VRC e VRE pode-se determinar o VCE do transistor.

    VCC = VRC + VCE + VRE VCE = VCC(VRC + VCE)VCE = 10(4,0 + 1,08) VCE = 105,08

    VCE = 4,92V

    b) O circuito de baseO circuito de base, que corresponde ao divisor de tenso, tem por finalidade polarizardiretamente a juno base-emissor do transistor, provocando a circulao da correnteIBQ.

    Quando o circuito de polarizao utiliza um resistor de emissor a tenso aplicada entre abase e emissor (VBE) a diferena entre a tenso de base e a tenso de emissor (fig.154).

    Fig.154

    A tenso VBE aplicada a juno base emissor ( que se comporta como um diodo emconduo) d origem a uma corrente de base (fig.155 e 156).

    VBE = VB - VRE

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    Fig.155 Fig.156

    A prpria curva caracterstica da juno base emissor , essencialmente, a curvacaracterstica de um diodo em conduo.

    Atravs da aplicao do valor correto de VBE se obtm a condio de funcionamentodesejada para o circuito.

    8.22 Determinao analtica dos componentes polarizadores

    A incluso do resistor de emissor torna o circuito mais estvel termicamente, o que interessante do ponto de vista prtico.

    Entretanto, no que diz respeito a anlise grfica, atravs de uma reta de carga, acolocao do resistor de emissor se constitui em um problema.

    Por esta razo, a determinao dos valores dos resistores de polarizao neste tipo decircuito feita de forma analtica (matemtica).

    Para simplificar a anlise matemtica, podem ser consideradas algumas aproximaes eestimativas, que em nada prejudicam os resultados obtidos, tais como:

    A pequena diferena existente entre Ic e IE (que a corrente debase) no representa erro, comparada com a tolerncia dosresistores (10% ou 5%)

    O ganho dos transistores que empregam a polarizao por divisor(chamados transistores de sinal) raramente inferior a 100.

    Na determinao dos valores dos elementos polarizadores toma-se como pontos departida os valores:

    - da tenso de alimentao (Vcc)- da corrente de coletor (ICQ)- da tenso sobre o resistor de coletor (VRCQ)

    IC = IE

    = 100

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    Resistores de base o divisor de tenso formado pelos resistores de base tem por

    finalidade fornecer a tenso VB base do transistor (fig.158).

    Fig.158

    Para que o circuito tenha um fator de estabilidade timo a corrente do divisor ID deveser suficientemente grande para que pequenas variaes na corrente absorvida pela baseno alterem significativamente a proporo de diviso da tenso sobre os resistores.

    Adota-se, em funo desta necessidade uma corrente ID com valor:

    Este valor de corrente do divisor pelo menos 10 vezes maior que a corrente de base(considerando que o transistor tem mnimo de 100).

    Com os valores dos resistores determinado com auxlio da lei de Ohm.

    R =I

    V

    ID = 0,1 ICQ

    D

    RB

    BI

    VVccR 2

    1

    D

    RB

    BI

    V

    R2

    2

    D

    RB

    BI

    VR 11

    D

    REreB

    I

    VV

    R

    2

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    RESUMINDO

    As equaes para o clculo dos elementos polarizadores por divisor de tenso so:

    Rc =CQ

    RCQ

    I

    VVRB2 = VBE + VREQ

    ID = 0,1 . IC

    VREQ = 0,1 . VCC RB2 =D

    RB

    I

    V 2

    RE =CQ

    REQ

    IV VRB1 = VCCVRB2

    D

    RBB

    I

    VR 1

    1

    Para que a juno base-emissor conduza, a tenso fornecida a base deve ser a tensoVRE (fig.159).

    Fig.159

    A tenso de sada do divisor a prpria queda de tenso no resistor RB2 , de forma que:

    VRB2 = VBE + VRE

    A tenso sobre RB2 a tenso de alimentao menos a parcela que cabe a RB1.

    VRB1 = VCCVRB1

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    -Clculo de RE

    VREQ = 0,1 . VCC VREQ = 0,1 . 20V VREQ = 2V

    RE =CQ

    REQ

    I

    VRE =

    A

    V

    0058,0

    2

    - Clculo de RB2

    VRB2 = VBE + VREQ VRB2 = 0,6V + 2V VRB2 = 2,6V

    ID = 0,1 . IC ID = 0,0058A . 0,1 ID = 580A

    RB2 =D

    RB

    I

    V2 RB2 =

    A

    V

    00058,0

    6,2

    - Clculo de Rb1

    VRB1 = VCCVRB2 VRB1 = 20V2,6V VRB2 = 17,4V

    RB1 =D

    RB

    I

    V 1 A

    V

    00058,0

    6,17

    Usando valores de resistores comerciais com 5% de tolerncia o circuito seria montadoconforme mostra a figura 161.

    Fig.161

    Exemplo 2

    RE = 344

    RB2 = 4,48k

    RB = 30,3K

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    Fig.

    Determinar os valores de RC, RE, RB1 e RB2 para obter um VCEQ = 7v e ICQ = 12mA

    Com os dados disponveis no possvel determinar o valor de RC. Pode-se iniciardeterminando o valor de VREQ, que depende apenas da tenso de alimentao.

    - Clculo de VREQ

    VREQ = 0,1 . VCC VREQ = 0,1 . 12V VREQ = 1,2V

    - Clculo de RE

    RE =CQ

    REQ

    I

    VRE =

    A

    V

    012,0

    2,1

    Agora dispondo dos valores de VCEQ e VREQ possvel calcular o valor de VRCQ.

    - Clculo de VRCQ

    VCC = VRCQ + VCEQ + VREQ VCCVREQVCEQ = VRCQ

    VRCQ = 12V1,2V7V VRCQ = 3,8V

    - Clculo de RC

    RC =CQ

    RCQ

    I

    VRC =

    A

    V

    012,0

    8,3

    - Clculo de RB2

    VRB2 = VREQ + VBE VRB2 = 1,2V + 0,6V VRB2 = 1,8V

    RE = 100

    RC = 316

    RB2 = 1500

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    ID = 0,1 . IC ID 0,1 . 0,012A ID = 0,0012A

    RB2 =D

    RB

    I

    V2 RB2 =

    A

    V

    0012,0

    8,1

    - Clculo de RB1

    VRB1 = VCCVRB2 VRB1 = 12V1,8V VRB1 = 10,2V

    RB1 =D

    RB

    I

    V 1 RB1 =A

    V

    0012,0

    2,10

    Usando os valores comerciais de resistores, com tolerncia de 5%, o circuito seriamontado conforme mostra a figura 162.

    Fig.162

    8.23 Modificao do Ponto de Operao

    Os estgios transistorizados polarizados por divisor de tenso se caracterizam porpossuir tima estabilidade trmica, no necessitando de correes em funo devariaes de temperatura

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    A modificao do ponto de funcionamento nestes estgios [ apenas quando se faz

    necessrio alterar o ponto de funcionamento.Supondo, por exemplo, como condio inicial, um estgio polarizado por divisor detenso com os valores indicados na figura 163.

    Fig.163

    Situao 1Deseja-se aumentar o VCE do transistorPara aumentar o VCE do transistor necessrio reduzir a queda de tenso nos resistoresRE e RC (fig.164).

    Fig.164

    As tenses VRC e VRE dependem da corrente IC (VRC = IC . RC e VRE IC . RE). Areduo nos valores de VRC e VRE pode ser obtida pela reduo de IC.

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    Fig.

    Como a corrente IC proporcional a IB, para reduzir IC se reduz IB.

    Neste tipo de polarizao a corrente IB determinada pela tenso VBE (fig.165).

    Fig.165

    Portanto, para reduzir IB deve-se reduzir a tenso VBE.

    A tenso VBE corresponde a diferena de tenso entre a base (VB) e o emissor (VRE):

    IB MENOR IC MENOR

    VBE MENOR IB MAIOR

    VBE MENOR IB MENOR

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    Fig.

    A tenso VB fornecida pelo divisor de tenso (resistor de base RB1 e resistor de baseRB2) (fig.166).

    Fig.166

    Para reduzir o VBE reduz-se VB, alterando os valores dos resistores que compem odivisor de tenso.

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    Situao 2Deseja-se reduzir o VCE do transistor.

    Para conseguir uma reduo de VCE do transistor deve-se reduzir RB1 ou aumentar RB2A seqncia de blocos abaixo mostra o comportamento do circuito.

    a) Fator de estabilidadeOs circuitos polarizados por divisor de tenso se caraterizam por apresentar um fator deestabilidade S de bom e timo. A alta estabilidade trmica deste mtodo de polarizaose deve, principalmente, a incluso do resistor do emissor.

    O fator de estabilidade deste tipo de circuito dado pela equao:

    1

    BE

    BE

    RR

    RRS

    onde: RE = valor do resistor de emissorRB = valor equivalente dos dois resistores de base.

    2B1

    B21

    R

    Rx

    B

    BB

    R

    RR

    = ganho de corrente do transistor

    b) Princpio de funcionamento da estabilizao trmica

    RB1

    ou

    RB2

    VBVRC

    e

    VRE

    VBE IB IC

    RB1

    ou

    RB2

    VCE

    VCE

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    9. TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO (FET)

    9.1 Caractersticas Gerais

    Os FETs so transistores especiais que tm a capacidade de exercer o controle sobre umfluxo de corrente atravs da tenso aplicada em um terminal de comando.

    Os transistores FET so utilizados principalmente em estgios iniciais de instrumentosde medida (osciloscpio, voltmetro eletrnico, receptores e outras aplicaes) onde sejanecessrio uma elevada impedncia de entrada.

    A designao FET provm do idioma ingls (Field Effect Transistor) e se aplica a todauma famlia de componentes que funciona pelo mesmo princpio.

    Os estudos dos FETs pode ser feito em duas etapas (J-FET e MOS-FET) porque cadaum dos tipos tem caractersticas prprias de comportamento.

    9.1.1 Transistor efeito de campo de juno J-FET

    FETCONTROLE DA CORRENTE

    ATRAVS DA TENSO

    TransistoresFET

    FET de Juno

    (J.FET)

    Canal N

    Canal P

    Deplexo

    FET de ponta

    isolada(MOS-FET)

    Canal N

    Canal P

    Canal NCanal P

    Enriquecimento

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    O FET de juno constitudo por um bloco de um tipo de material semicondutor no

    qual fundida uma barra de outro tipo de material semicondutor, formando um canal(fig.1).

    Fig.1

    Desta forma so possveis dois tipos de J-FET:

    a) Bloco de Material P e canal de material N, denominado de J-FET canal N (fig.2).

    Fig.2

    b) Bloco de material N e canal de material P, denominado de J-FET canal P (fig.3).

    Fig.3

    c) Terminais de ligao do J-TEF

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    Os J-FETs possuem 3 terminais. Dois terminais esto ligados as extremidades do canal

    e so denominados de fonte e dreno. O terminal fonte identificado pela letra S(do ingls source) e o terminal dreno pela letra D (do ingls (drain) (Fig.4).

    Fig.4

    Os terminais de efeito de campo so fabricados em invlucros semelhantes aostransistores bipolares. As figuras 6 e 7 ilustram dois tipos de FET.

    Fig.6 Fig.7

    e) Simbologia dos J-FETAs figuras 8 e 9 apresentam os smbolos dos J-FET canal N e canal P.

    Fig.8 Fig.9

    A diferena entre os smbolos apenas o sentido da seta no terminal porta (G).

    f) Polarizao dos J-FET

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    Como nos transistores bipolares, o J-FET funciona como um dos terminais comum a

    entrada e a sada do circuito. A configurao mais usual aquela que emprega oterminal fonte como terminal comum (figs. 10 e 11).

    Fig.10 Fig.11

    OBSERVAO:

    A polarizao ser analisada a partir do J-FET canal P. Para o J-FET canal N existeapenas a troca dos portadores envolvidos e a conseqente troca da polaridade das fontesde alimentao.

    g) Terminal Fonte

    O terminal fonte dos J-FET ligado ao plo positivo da fonte de alimentao (fig.12).

    Fig.12

    O terminal fonte o terminal de referncia para o FET assim como o emissor oterminal de referncia para o transistor bipolar.

    h) Terminal Dreno

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    O terminal dreno (D) ligado ao plo negativo da fonte de alimentao atravs de um

    resistor denominado resistor de dreno RD (Fig.13).

    Fig.13

    O resistor de dreno tem funo semelhante ao resistor de coletor nos transistoresbipolares.

    i) Terminal Porta

    A porta o terminal de controle dos FETs (como a base dos transistores bipolares). Istosignifica que seu potencial varivel, conforme o sinal.

    Entretanto, existe uma condio fundamental de polarizao que deve ser observada:

    Observando a juno PN formada no J-FET canal P verifica-se a polaridade necessriapara obter o bloqueio (fig.14).

    Fig.14

    Na J-FET canal P a porta tem potencial positivo em relao ao terminal fonte (fig.15).

    J-FETPOLARIZAO

    DA PORTA

    A juno PN formada entre porta e fonte sempre deveestar polarizada inversamente

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    Fig.15

    Esta condio de polarizao inversa atribui ao FET uma altssima impedncia deentrada (dezenas de M).

    9.2 Princpio de funcionamento

    O estudo do princpio de funcionamento do FET feito com base em uma anlise deparmetro eltrico do componente, que so colocados em uma curva caracterstica.

    Estes parmetros so:

    IDSCorrente de fonte a dreno, tambm denominada de corrente de dreno (ID)

    VDSTenso entre dreno e fonte.

    VGSTenso de controle entre porta e fonte (fig.16)

    Fig.16

    O FET um transistor cujo princpio de funcionamento baseia-se no controle que a

    tenso de porta VGS exerce sobre a corrente de dreno ID.

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    Com auxlio de um sistema hidrulico torna-se fcil compreender, por comparao, a

    forma como o controle se realiza.Este sistema hidrulico se compe de um conduto que dispe de um pisto com afinalidade de controlar o fluxo de fluido (fig.17).

    Fig.17

    O maior fluxo de fluido no conduto ocorre quando o elemento de controle (pisto)permite a abertura total (canal aberto) (fig.18).

    Fig.18

    A medida que o canal vai sendo obstrudo pela penetrao do pisto, o fluxo de fluidodiminui (porque o canal de passagem reduzido) (Fig.19).

    Fig.19

    Atravs do fechamento total do canal pelo elemento controlador (pisto) possvel

    cortar completamente o fluxo do fluido (fig.20).

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    Fig.20

    9.2.1 Anlise dos potenciais de porta no J-FET P

    Da mesma forma que o pisto atua sobre o fluxo de fluido, abrindo ou fechandofisicamente o canal, a tenso de porta VGS (tenso de controle) atua de formaeletrosttica sobre o canal do J-FET, determinando a sua maior ou menor abertura econsequentemente, o maior ou menor fluxo de corrente entre dreno e fonte (ID).

    A atuao do potencial de porta sobre a corrente no J-FET P pode ser resumida a trssituaes bsicas:

    a) com o terminal porta desligado

    b) com o potencial de porta nulo em relao ao terminal fonte

    c) com potencial do porta positivo em relao ao terminal fonte.

    Para facilitar a compreenso do princpio de funcionamento, o FET ser representadoem desenho conforme ilustra a figura 21.

    Fig.21

    a) comportamento com porta desligada: Tomando como ponto de partida duascondies bsicas no J-FET P:

    - a corrente no canal unicamente de lacunas.

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    - a corrente circula no sentido fonte-dreno (fig.22).

    Fig.22

    Com o terminal de controle desligado, o cana esta totalmente aberto e a corrente entrefonte e dreno depende exclusivamente da tenso aplicada aos terminais dreno e fonte.As figuras 23, 24 25 e 26 ilustram o comportamento do FET de juno nesta condio.

    Fig.23 Fig.24

    Fig. 25 Fig.26

    Observa-se que o comportamento do canal semelhante ao de um resistor, de forma queaumentos de tenso aplicada se traduzem em aumentos de corrente.

    FET DE JUNO COM A PORTA DESLIGADAO canal se comporta como uma resist