1. TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR

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1 1. TRANSSTOR DE JUNÇÃO POLAR Criado em 1947 (ell Telephone). Mais leve, menor, sem perdas por aquecimento, mais robusto e eficiente que a válvula. 6.1 Construção - Dispositivo semicondutor formado por duas camadas de um material semicondutor intercaladas por outro. - Portadores: cargas negativas (elétrons) ou positivas (ausência de elétrons) que facilitam a condução de corrente nos materiais semicondutores. - Material P: portador majoritário é a lacuna(+), minoritário é o elétron(-) (em menor número). - Material N: portador majoritário é o elétron(-), minoritário é a lacuna(-) (em menor número). - Existem dois tipos de transistor: NPN e PNP Figura 1 - Tipos de transistores: (a) pnp e (b) npn. Relação entre a largura total e a camada central: 150:1. Notação: E = emissor de portadores (+ no material P / - no material N) C = coletor de portadores = base controle do fluxo dos portadores 6.2 Operação física Polarização Emissor-ase (E) - Polarização direta da junção E = polarização direta de um diodo = elevada corrente. Figura 2 - Polarização direta E nvt i ( e 1) S v

2 6.2.2 Polarização Coletor-ase (C) - A junção C é polarizada reversamente = polarização reversa de um diodo = corrente insignificante. Figura 3 - Polarização Reversa C. i S Polarizando as duas junções - Cargas (+) são injetados na base. - Como VEC VE, grande parte das cargas é atraída para o coletor. - Pequena parte das cargas vai para a base - baixa corrente (ua a ma). Figura 4 - Polarização das duas junções. De acordo com LCK: E C. Nos transistor NPN, o sentido das correntes é invertido. Exercício: 1) Represente a polarização do transistor NPN. 6.3 Símbolo elétrico - A seta dentro do círculo identifica o emissor e o sentido da corrente. Figura 5 Símbolo elétrico do transistor: (a) transistor pnp, (b) transistor npn.

3 6.4 Configuração Emissor Comum - Configuração mais utilizada; - O emissor é o terminal comum entre a entrada e a saída; (a) (b) Figura 6 - Configuração emissor comum: (a) transistor pnp, (b) transistor npn Curva de entrada - relaciona a corrente de entrada ( ) versus a tensão base-emissor (V E ). - para o transistor operando na região ativa, V E fica entre 0,6 a 0,8V e pode-se considerar V E =0,7V. Figura 7 - Configuração EC: curva de entrada Curva de saída - Relaciona a corrente de coletor ( C ) versus tensão coletor-emissor (V CE ) para uma faixa de valores de corrente de base ( ).

4 Figura 8 - Curva de saída EC eta (β) - CC (ou h FE na folha de dados): relação entre C e para um ponto de operação. - É quantas vezes a corrente de coletor será maior que a corrente de base. - Os dispositivos apresentam beta cc entre 50 e Efeito amplificação CC - O que torna o transistor útil, é que a corrente de base pode controlar a corrente de coletor; - Normalmente utiliza-se um resistor na base para controlar a corrente; - O emissor é o terminal comum, conectado ao terra; - A carga é colocada no coleto; C Desta forma a corrente de entrada é definida por: V 2, 2 0,7 833,33uA R 1800 Considerando que o transistor possui 350 : portanto 291,8mA. A tensão na carga será: O ganho de tensão: O ganho de corrente: L 6 C 350x833, mA V. R 291 ma.40 11,66V L L L A V VL 11,66 5,8 V 2 i

5 A 3 L 291, ,33.10 i 40R R C R =1k8 C C V =2,2V V E =0,7V E E E C V CC =12V Figura 9 - Amplificador EC. Exercícios: 2) Para o circuito básico emissor comum, faça os seguintes cálculos: a) Se V =10V e R =100K, qual o valor de? b) Se β=100, qual o valor de C? 3) Um transistor opera com =1,55uA e C =20mA. Qual o valor de β? 6.5 Reta de carga Permite analisar a excursão de saída do transistor ( C e V CE ). Sendo V V R., analisa-se 2 extremos: CE CC C C 1. Considerando C 0 temos VCE VCC (tensão de corte) 2. Considerando VCE 0 temos C VCC / RC (corrente de saturação Csat ). c Figura 10 - Reta de carga

6 Exemplo: Para o exemplo anterior, onde Rc=40R e Rb=1800R construa a linha de carga no gráfico C x VCE e meça C e VCE quiescentes (de operação). Solução: Os dois pontos da reta de carga são: Corrente de saturação VCE = 0, então C = VCC / RC = 12 V / 40 = 300mA Tensão de corte C = 0, então VCE = VCC = 12 V A corrente de base vale: V / R (2,2 0,7) / ,33uA 6 C 350x833, mA Portanto: A tensão coletor-emissor: V V. R 12 11,66 0,34V CE CC C C O transistor opera com V CE =0,34V e C =291mA. A corrente máxima que pode passar pelo transistor é 300mA quando V CE =0V. A tensão máxima entre coletor e emissor pode chegar a 12V quando C = Regiões de operação Figura 11 Regiões de operação na curva EC. Ponto A: Região Ativa um aumento em resulta em um aumento em C. 1V<V CE e >0

7 Ponto : Região de Saturação - um aumento em não irá aumentar C. V CE < 1V e >0 Ponto C: Região de Corte o transistor não conduz. C 0A, V CE =V CC e =0 Exercício: 3) No exemplo anterior, qual a região de operação do transistor? 6.7 Limites de operação Os limites básicos são: 1. Corrente máxima de coletor Cmax ; 2. Tensão máxima entre coletor e emissor V CEmax geralmente indicado como V CEO ou V (R)CEO ; 3. Valor máximo de dissipação de potência P Cmax, indicado como P D ; A potência dissipada pelo transistor (maior parte no coletor) pode ser calculada por: P V. C CE C Exemplo: A tabela abaixo mostra os limites do transistor D139:

8 6.8 Circuitos de chaveamento com transistor Considere o circuito abaixo, onde se deseja acionar uma carga a partir de um circuito de controle. Figura 12 - Exemplo de circuito de acionamento. Quando o circuito de controle aplica na base tensão igual a zero, tem-se =0 que leva o transistor ao corte, ie., C =0. sso equivale a dizer que o transistor possui uma resistência muito alta, se comportando como uma chave aberta. Figura 13 - Transistor em corte. Quando o circuito de controle aplica tensão na base do transistor, a corrente de base deve ser suficiente para levar o transistor a saturação, i.e., V CE =0. sto equivale a dizer que o transistor se comporta como uma chave fechada, já que a tensão entre coleto e emissor é próxima a zero. Figura 14 - Transistor saturado. Conclui-se então que o transistor deve operar na região de corte (chave aberta) ou saturação (chave fechada). O resistor de base deve ser dimensionado adequadamente para garantir a saturação do transistor quando o circuito de controle aplica tensão na base do mesmo. Exemplo: O circuito abaixo foi montado para acionar uma lâmpada a partir de um sinal de controle digital de 5V. Os dados são: Q1: TP29 (h FE(min) =40), L1=12V / 2,5W, V CC =12V. Determinando a resistência da lâmpada: P 2,5 A corrente da lâmpada é: L 83,33mA V 12 R L 2 2 V 12 57,6 P 2,5

9 Portanto a corrente de coletor C =83,33mA. Portanto a corrente de base deve ser de: C 83,33mA 2,075mA 40 Agora calculamos R, para que =2,075mA quando o sinal de controle seja 5V: V VE 5V 0,7V R ,075mA Reta de carga: Corrente de saturação: VCE = 0, e C = VCC / RC = 12 V / 57,6 = 83,33mA Tensão de corte: C = 0, e VCE = VCC = 12 V Verificando: Portanto, quando o circuito de controle aplicar 0V na base do transistor, teremos: V 0 0 0A V V R V C CE CC C C CC Resultando no ponto quiescente Q 2, região de corte. Quanto o circuito de controle aplicar 5V na base do transistor, teremos: 5 0,7 2,075mA C. 40.2,075mA 83,33mA VCE 2072 e portanto o que leva a VCC RC C 0V.e., o circuito opera no ponto Q 1, região de saturação.