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TRANSISTOR
1. INTRODUÇÃO
O transistor, desenvolvido em 1948 por SCOCKLEY BARDEEN e BRATTAIN, foi o responsável direto pelo atual desenvolvimento da Eletrônica e da Informática. Ainda que nos dias de hoje, sua aplicação como componente isolado seja um tanto restrita, este componente é utilizado em larga escala na construção de circuitos integrados.
Apenas como exemplo, citamos que um circuito integrado LSI (large scale of integration) utiliza algumas dezenas de milhares de transistores.
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2. ESTRUTURAS DO TRANSISTOR
É possível construir dois tipos de transistores que são formados por combinações diferentes de materiais semicondutores. Os materiais tipo P e tipo N são montados alternadamente em três camadas, resultando em transistor tipo NPN ou PNP.
O transistor possui três terminais chamados de emissor, base e coletor:
E emissor B base C coletor
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A estrutura dos transistores representados a seguir é apenas funcional e não real. As simbologias usuais para os transistores tipo NPN e PNP são as seguintes:
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3. FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR
De forma sucinta, podemos explicar o funcionamento do transistor da seguinte forma:
a) se a tensão entre a base e o emissor (VBE) for insuficiente para vencer a barreira de potencial da junção PN da base/emissor (menor que 0,7V), não há corrente circulando pelo transistor;
I = 0B
I = 0E
I = 0C
R C
R B
N
P
N
C
C
E E
BB
V CC
V BB
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b) ligando apenas a fonte de polarização de coletor (VCC), entre o coletor e emissor haverá uma junção inversamente polarizada;
N
I = 0B
I = 0E
I = 0C
R C
R B
P
N
C
C
E E
BB
V CC
V BB
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c) com a corrente entre base e emissor, a base fica carregada de elétrons, sendo, então atraídos pelo potencial positivo da fonte Vcc, ligado no terminal coletor do transistor;
N
I > 0B
I = E I + IB C
I > 0C
R C
R B
P
N
C
E
B
V CC
V BB
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d) aumentando a corrente na base (IB), mais elétrons estarão presentes na base, e, consequentemente, aumentará também a corrente no coletor (IC);
e) no transistor, uma pequena corrente na base provoca uma corrente de 10 a 1.000 vezes maior no coletor.
I m aio rE
N
I m aiorB
I m aio rC
R C
R B
P
N
C
E
B
V CC
V BB
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4. CURVAS CARACTERÍSTICAS
As curvas características estabelecem as relações de entrada e saída do transistor. O circuito utilizado para o levantamento das curvas características pode ser o seguinte:
Vbb - fonte de polarização da baseVcc - fonte de polarização de coletorRB - resistor de polarização de baseRC - resistor de polarização de coletorVCE - tensão de coletor-emissor
VBE - tensão entre base-emissorVCB - tensão entre coletor-baseIB - corrente de baseIC - corrente de coletorIE - corrente de emissor
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4.1 - CURVA CARACTERÍSTICA DE ENTRADA
Note que a curva característica de entrada é semelhante à de um diodo, porque entre a base e o emissor existe uma junção PN que está diretamente polarizada.
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4.2 - CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
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CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
I (m A)C
V CE (V )
100
200
300
400
5 10 15 20 25 30
I = 3m AB
I = 2m AB
I = 1m AB
I = 0m AB
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a) a região de corte ocorre quando a corrente de base (IB) é igual a zero. Isto faz com que o transistor não conduza corrente, nesta situação diremos que o transistor está cortado.
I (m A)C
V CE (V )
100
200
300
400
I = 1mAB
I = 0mAB
I = 2mAB
I = 3mAB
5 10 15 20 25 30
R EG I ÃOD E CO RTE
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b) a região de saturação é onde a tensão VCE é muito pequena. Neste ponto o transistor atua como uma chave fechada
I (m A)C
V CE (V )
100
200
300
400
I = 1mAB
I = 0mAB
I = 2mAB
I = 3mAB
5 10 15 20 25 30
R EG I ÃOD E CO RTE
R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O
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c) a região compreendida entre a região de corte e de saturação é denominada de região ativa ou região linear. É a região onde o transistor é utilizado como amplificador de sinais.
I (m A)C
V CE (V )
100
200
300
400
I = 1mAB
I = 0mAB
I = 2mAB
I = 3mAB
5 10 15 20 25 30
R EG I ÃOAT I VA
R EG I ÃOD E CO RTE
R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O
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d) note que quando a corrente de base é igual a 2mA, a corrente de coletor é igual a 200mA, isto é, 100 vezes maior. Isto sugere que o transistor é um amplificador de corrente. A relação entre a corrente de coletor e a corrente de base é denominada de coeficiente de amplificação do transistor ( ou hfe):
= IC IB
Se 100 , podemos
considerar que : IE = IC
I (m A)C
V CE (V )
100
200
300
400
I = 1mAB
I = 0mAB
I = 2mAB
I = 3mAB
5 10 15 20 25 30
R EG I ÃOAT I VA
R EG I ÃOD E CO RTE
R EG I ÃO D ES ATUR AÇÃ O
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5. TRANSISTOR COMO CHAVE
Este circuito é muito utilizado em acionamentos de cargas (lâmpadas, motores elétricos, relés etc.). É a forma mais simples de utilização de um transistor consistindo em operar em corte ou saturação, semelhantemente a uma chave elétrica abrindo ou fechando. A vantagem deste tipo de circuito é que com uma pequena corrente, acionamos uma carga de grande potência.
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Efetuando uma análise do circuito, temos:
a) o funcionamento do circuito de entrada é representado pela equação:
Vent. = VRB + VBE
b) o funcionamento do circuito de saída obedece a equação: VCE = VCC - VRL
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Caso a carga seja indutiva (bobina de relé, por exemplo) no momento do acionamento ocorre uma oscilação na tensão da bobina, gerando tensões com picos positivos e negativos. O pico negativo gerado que pode danificar o transistor é eliminado com a instalação de um diodo que “curto circuita” este pico negativo de tensão:
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Exemplo - O circuito da figura a seguir mostra um transistor sendo utilizado para o acionamento de um motor de corrente contínua (M). Quando Ventr = 0, o motor estará desligado e para Vent. = 5V o motor estará ligado. Sabendo-se que o transistor possui =100, VBE = 0,7V e que o motor opera com 48V e 2A, pede-se calcular o valor de RB:
a) se Vent. = 0V, o transistor estará cortado e o LED apagado;b) se Vent. = 5V, o transistor estará saturado e o LED aceso. O
dimensionamento do circuito será efetuado nesta situação
I E
I B
I C
Ventr = 5V
V RL
VBE
VCE
VRB
V cc = 48VR B
D M
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I E
I B
I C
Ventr = 5V
V RL
VBE
VCE
VRB
V cc = 48VR B
D M
2º) cálculo de RB :
VCC = 48V Vmotor = 48V VCEsat = 0V Imotor = IC = 2A = 100 VBE = 0,7V
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I E
I B
I C
Ventr = 5V
V RL
VBE
VCE
VRB
V cc = 48VR B
D M
- Cálculo da corrente de base (IB):
B
CII
0,02A 100
2
I I C
B
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I E
I B
I C
Ventr = 5V
V RL
VBE
VCE
VRB
V cc = 48VR B
D M
- Cálculo da tensão VRB:
Ventr = VRB + VBE
5 = VRB + 0,7 VRB = 5 - 0,7 VRB = 4,3V
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I E
I B
I C
Ventr = 5V
V RL
VBE
VCE
VRB
V cc = 48VR B
D M
- Cálculo de RB:
RB = 215
215 0,024,3
I
V R
B
RBB
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FIM DA APRESENTAÇÃO