Transistor Bipolar
O transistor bipolar é basicamente formado por três camadas
de materiais semicondutores, formando duas junções: NPN e PNP.
1º caso: as duas junções inversamente polarizadas.
Neste caso não circula corrente, pois, as duas junções estão
inversamente polarizadas, portanto, temos o transistor atuando na região de
corte.
2º caso: as duas junções diretamente polarizadas.
Neste caso circula corrente pelas duas junções, portanto,
temos o transistor trabalhando na região de saturação.
3º caso: a primeira junção diretamente polarizada e a
segunda inversamente polarizada.
Neste caso circula corrente pelas duas junções, apesar da
polarização inversa da segunda junção, pois ocorre o efeito transistor.
EFEITO TRANSISTOR
B.P. = Barreira de Potencial (Região de Depleção / Depletion
Region)
Como a primeira
junção está diretamente polarizada, os elétrons da região N atravessam-na e
penetram na região P onde há algumas lacunas, ocorrendo o processo de
recombinação, entretanto a região P é bastante reduzida e muitos elétrons
conseguem atingir a segunda junção, atravessam-na e são coletados pelo terminal
positivo de V2. Dessa forma temos
circulando pela segunda junção uma corrente que é quase igual à que circula
pela primeira junção.
Os terminais do transistor recebem a denominação:
Emissor: pois
emite portadores de carga;
Base: é a região
central;
Coletor: pois
coleta os emissores de carga.
Abaixo:
Representação de Transistores NPN e PNP mostrando suas regiões integrantes, incluindo
as junções.
Podemos pensar que um transistor bipolar equivale a dois
diodos em oposição, como mostra a figura a seguir:
Lembrar disso ajudará muito no teste de transistor,
utilizando um multímetro.
SIMBOLOGIA
Configuração do TRANSISTOR
a) Configuração “Base Comum”
Ganho de corrente (α)
na configuração base comum:
Ganho de tensão:
Ganho de potência:
b) Configuração “Coletor Comum”
Ganho de corrente na configuração coletor comum:
Ganho
de tensão:
Ganho de potência:
c) Configuração “Emissor Comum”
Ganho de corrente na configuração emissor comum:
β =
ganho de corrente na configuração de emissor comum.
Ganho de tensão:
Ganho de potência:
Parâmetros α
e β de um transistor de junção
bipolar
Normalmente os Parâmetros α (alfa) e β
(beta) do transistor bipolar são definidos para medir a corrente contínua, mas,
às vezes utilizados por alguns autores, para medir indistintamente corrente
alternada e corrente contínua.
Em corrente contínua
(CC), os valores de IC e IE estão relacionados por um parâmetro denominado α dado por:
Também,
em corrente contínua (CC), os valores de IC e IB estão relacionados por um
parâmetro denominado β (hFE) dado por:
Da equação das malhas de corrente temos:
E
tem-se que:
Portanto,
Logo,
Por conseqüência, temos:
Valor da corrente de base de um transistor é 0,01 (mA) e a
corrente de coletor é 1 (mA). Qual o
valor de alfa?
Solução:
Um transistor possui alfa = 0,957, quais os valores de IB e
IC quando a corrente de emissor for 3,5 (mA)?
Solução:
Cálculo de IC:
Cálculo de IB:
Suponha que o beta de um transistor varia de 20 a 100. Quais os limites da variação do ganho alfa?
Solução:
No circuito da figura abaixo, o transistor
apresenta α =
0,99 e VBE = 0,7V. Determine o IC, IB e
VCB.
Solução:
CURVAS CARACTERÍSTICAS NA CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM
a) Curvas características de entrada
b) Curvas característica de saída
Valores limites do transistor
(VCE)máx = Tensão máxima entre coletor e emissor.
(IC)máx = corrente máxima de coletor
(Pc)máx = máxima potência de coletor
(Pc)máx =
(VCE)máx * (IC)máx
Polarização do transistor
Define-se polarização a fixação das correntes de base, de
coletor e da tensão Vce. Em outras palavras: fixação do circuito em um ponto de
operação em corrente contínua.
Polarização emissor comum.
Malha de entrada
Malha de saída
Para o circuito abaixo, determine RB e RC.
Dados: VCC = 10;
VCE = 5 V; VBE
= 0,7 V; IC = 10 mA; β
= 100
Malha de entrada:
Malha de saída:
Calcule os valores quiescentes (IB, IC,
e VCE) para o circuito da figura:
Dados: VCC = 12 V; α = 0,99; VBE = 0,7 V
Solução:
Malha de entrada:
Malha de saída:
Polarização com corrente de emissor constante.
Foi acrescentado RE para estabilizar o circuito
em relação à variação de temperatura.
Em outras palavras: O resistor RE tem como função
estabilizar o ponto de trabalho do transistor em relação às variações de
temperatura.
Para o circuito abaixo, determine os valores de RB,
RC e RE.
Solução:
Calculo do RE:
Cálculo do RB:
Cálculo do RC:
No circuito abaixo, determine:
a) o
valor de β
b) o
valor de RB
c) o
valor de RC
Cálculo do β:
Cálculo do RB:
Cálculo do RC:
Dimensione RB, RC e RE no
circuito da figura abaixo.
Solução:
Polarização (=determinar um ponto de trabalho) com divisor
de tensão na base ou independente de β.
Configuração mais eficiente e mais usada.
Para circuito abaixo, determine RB1, RB2,
RC e RE.
Solução:
Cálculo do RB2:
Cálculo do RB1:
Cálculo do RC:
Cálculo do RE:
No circuito abaixo, determine β.
Calculando IC:
Calculando IB2:
Calculando IB1:
Calculando IB :
Finalmente, calculando o valor de β:
AMPLIFICADOR DE PEQUENOS SINAIS
O circuito a seguir é um amplificador na configuração emissor comum cujo
circuito de polarização é o de corrente de emissor constante com divisor de
tensão na base.
Os componentes C1 e C2 são os capacitores de
acoplamento. O primeiro impede que o nível CC da polarização interfira no sinal
CA da entrada (VE). Da mesma forma, C2 bloqueia o nível CC na saída, permitindo
que apenas o sinal CA amplificado chegue à saída (VS). CE é o capacitor de desacoplamento
cuja função é desacoplar (curto-circuitar) o resistor de emissor do circuito
para os sinais alternados, com o objetivo de proporcionar um ganho de tensão
maior.
Análise do circuito
amplificador
A análise de qualquer amplificador é feita em duas etapas:
- Análise
CC ou análise de polarização;
- Análise
CA ou análise das variações.
Análise CC de
amplificadores
A análise CC consiste em determinarmos o ponto quiescente
(Q) do circuito. Para isto, todos os capacitores são retirados do circuito,
pois para CC a reatância capacitiva é elevadíssima. Determinar o ponto Q do
circuito significa calcular os valores de IB, IC e VCE
do transistor.
Deste modo, o circuito equivalente para CC do amplificador
apresentado anteriormente passa a ser o mostrado a seguir.
Análise CA de
amplificadores
A análise CA consiste em determinarmos as impedâncias e os
ganhos do amplificador. Para isto todos os capacitores e fontes de alimentação
CC são curto-circuitados pois, para CA, a reatância capacitiva e a impedância
da fonte CC são baixíssimas.
Redesenhando o circuito, o modelo equivalente para CA do
amplificador mostrado anteriormente passa a ser o mostrado a seguir.
Na análise CA, devemos calcular os valores dos ganhos, de
tensão (AV ou GV), de corrente (AI ou
GI) e de potência (AP ou GP) e das impedâncias
de entrada (ZE) e de saída (ZS).
Retas de Carga
O ponto quiescente
(Q) em CC - [circuito de polarização]:
O mesmo Circuito em
CA:
Utilizando um transistor devidamente polarizado, podemos
construir um amplificador. Esse circuito deve apresentar na saída um sinal com
as mesmas características do sinal aplicado à sua entrada, porém, amplificado.
O sinal de entrada VE é aplicado na base do
transistor por meio do capacitor C1, que irá filtrar o sinal contínuo,
mas, não irá alterar a polarização do transistor. O sinal VE fará com que haja uma variação na
corrente de base, em torno do ponto de operação. A corrente de coletor irá
variar da mesma forma, pois IC = β.IB e essa variação irá provocar uma variação na
tensão entre o coletor e emissor.
O sinal de saída está defasado de 180º em relação ao sinal
de entrada, pois a variação positiva do sinal de entrada representa um
decréscimo da tensão de saída.
O componente CE é
o capacitor de desacoplamento cuja função é desacoplar (curto-circuitar) o
resistor de emissor do circuito para os sinais alternados, com o objetivo de
proporcionar um ganho de tensão maior.
