Capítulo 019

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TBJs - Coletor comum / base comum
Quando conseguimos obter as características desejadas para o nosso circuito há fatores que podem chegar a desestabilizá-lo completamente, o mais importante de todos eles é a variação da temperatura. Para corrigir este tipo de perturbação colocamos resistores situados estrategicamente que compensarão o efeito produzido pelo aumento de temperatura. 
Devido ao uso massivo dos semicondutores para todo tipo de circuitos eletrônicos, a indústria conseguiu uma melhora contínua nos métodos de fabricação assim como na melhora das suas características. Isto provocou que na atualidade exista uma ampla gama de modelos que cobrem a maioria das aplicações. Se poderiam classificar em cinco grandes grupos, conforme o procedimento realizado na sua fabricação. 
O primeiro grupo o formam os transistores de pontas de contato, os quais são usados para correntes baixas e altas frequências. 
O segundo tipo o constituem os transistores de liga, que se utilizam em aplicações de baixa freqüência. 
Em terceiro lugar, citaremos os transistores de liga difusa que, ao terem uma resistência de base mais baixa, são utilizados para trabalhar em frequências mais altas. 
O quarto tipo de transistores o constituem os transistores fabricados mediante a técnica epitaxial, que são utilizados geralmente para trabalhar em comutação com correntes elevadas e grandes frequências. 
Por último, estão os transistores de técnica planar cuja fase de fabricação é a mais completa.	
Correntes do transistor
Como vimos, as três correntes de um transistor, Ib, Ic e Ie, estão completamente relacionadas; o fato de que uma varie implica que também o farão as outras. Sempre se vai cumprir Ic+Ib+Ie = 0. 
Embora pareça estranho que a soma de todas as correntes que circulam pelo transistor seja igual a zero, isto só quer dizer que podem levar sentidos opostos e, portanto, anular-se umas com outras. 
Por exemplo, a corrente do emissor pode estar entrando no transistor ao passo que a de base e a de coletor podem estar saindo. Uma fórmula totalmente equivalente à anterior, e que talvez seja mais clarificadora, é a seguinte: Ie=Ic+Ib. A corrente do coletor e a da base sempre vão levar o mesmo sentido; ou as duas vão a entrar ao transistor ou as duas vão sair. No entanto, a do emissor vai levar o sentido oposto, se Ic e Ib entram ao transistor a corrente de emissor vai sair e, vice-versa, se as duas primeiras saem a corrente do emissor
vai entrar. Esta relação afetará o comportamento das diferentes configurações. 
Polarização
O comportamento do transistor, em geral, se poderia dividir em dois tipos; todo transistor pode ter um comportamento "linear" ou um comportamento "não linear". Destes dois, o mais interessante para nós é o comportamento linear. Um transistor está trabalhando na zona linear quando está na sua zona ativa. Diz-se que um comportamento é linear quando, à variações "de um tipo", o transistor responde com variações "desse mesmo tipo", isto é, se, por exemplo, temos uma corrente de base qualquer e a multiplicamos por três, a corrente do coletor que tínhamos, também se vai multiplicar por três. Igualmente se reduzimos a corrente de base, por exemplo, à metade, a corrente do coletor também se reduzirá à metade. Pode-se dizer que o comportamento do transistor quando está na zona ativa é "previsível" pois sabemos a priori o que vai acontecer.
 Pelo contrário, um transistor em zona não linear tem um comportamento "estranho". 
Dizemos que o transistor está em zona não linear quando se encontra em zona de saturação ou de corte. Como já sabemos, um aumento de corrente pode não ter resposta alguma ou, pelo contrário, pode produzir uma resposta desproporcionada em comparação com a variação à que foi submetido. É nesta zona onde se diz que existe "distorção", dado que variações de um tipo à entrada não se correspondem com o mesmo tipo de variações à saída. 
A maioria dos circuitos eletrônicos utilizam os transistores trabalhando na sua zona ativa, dado que é a zona mais prática em quase todos os casos. Não obstante, também existem circuitos que utilizam as propriedades não lineares dos transistores, embora em menor número. A zona na que está trabalhando um circuito se conhece com o nome de : ponto de trabalho. Assim, uma vez ligado um transistor, dependendo dos valores das tensões dos seus terminais, este terá um ponto de trabalho ou outro. "Polarizar" um circuito é fazer que trabalhe no ponto de trabalho que nos interesse. 
Estabilidade na polarização
Entendemos por estabilidade, em geral, a facilidade de qualquer matéria para permanecer no mesmo estado em que se encontra, apesar de ser submetida a qualquer tipo de alterações que pudessem modificá-la. Este conceito será utilizado com os transistores e vamos falar de estabilidade na polarização. Uma vez que temos o transistor polarizado num ponto de trabalho concreto, este pode modificar-se e mudar de ponto de trabalho. Por exemplo, um transistor que esteja trabalhando em ativa, poderia de repente passar a trabalhar em saturação, mudando completamente as suas características; o qual não é nada desejável para os nossos propósitos. Assim pois, devemos investigar sobre as causas que fazem que o transistor possa mudar o seu ponto de trabalho. 
Felizmente, estas causas estão bem investigadas, e são perfeitamente evitáveis tendo o devido cuidado. Se pode dizer que há uma única razão responsável de que se produza essa instabilidade na polarização e esta é, como já sabemos, a “ temperatura”. 
Um aumento de temperatura produz mudanças no interior do transistor suficientementemente importantes como para provocar uma mudança no ponto de trabalho. Há basicamente três consequências principais produzidas pelo aumento da temperatura: 
- a primeira delas é um aumento de beta. 
Vimos que a corrente de base e a corrente do coletor estão relacionadas pela fórmula Ic = ( x Ib, onde tínhamos suposto que beta (() era um valor constante para cada transistor. A partir de agora não vamos considerar beta como uma constante mas será um valor que vai depender das variações de temperatura; se a temperatura não varia tampouco o fará beta. Uma variação de temperatura que provoque uma variação apreciável no valor de beta deveria ser da ordem de uns 5° (graus centígrados). 
– a segunda consequência de um aumento de temperatura é a aparição de correntes inversas dentro do transistor. 
Não aprofundaremos nestas correntes, basta saber que por cada aumento de 10° na temperatura este tipo de correntes duplica o seu valor. As correntes inversas produzem um incremento desproporcionado da corrente do coletor.
- a terceira consequência de uma subida de temperatura consiste num aumento da diferença de potencial entre a base e o emissor. Neste tipo de casos, um aumento de 1º provoca que a diferença de potencial entre a base e o emissor (Vbe) se incremente uns 2,5 mV. 
Vemos, pois, que o aumento de temperatura tem consequências bem definidas no transistor que lhe podem levar a mudar o seu ponto de trabalho. À primeira vista parece um pouco estranho que nos preocupemos das mudanças de temperatura; dado que, como bem sabemos, a temperatura ambiente não aumenta nem diminui de forma apreciável num momento, mas necessita de horas, ou inclusive dias, para que haja uma mudança de uns quantos graus centígrados na temperatura de um quarto. No entanto, como já vimos, a passagem da corrente através de qualquer condutor não se faz de "forma gratuita" mas implica uma perda de energia, dado que, por muito bom condutor que seja este, sempre oferece algo de resistência. Esta oposição à passagem da corrente e, por conseguinte, esta perda de energia, se traduz num aumento da temperatura. Isto se pode compreender facilmente se pensamos em qualquer processo da vida real onde exista uma oposiçãoa que se realize algum trabalho. 
Pensemos simplesmente o que acontece quando nós esfregamos as mãos. Instantaneamente se aquecem. Isto é devido ao fato de cada mão se opõe ao deslizamento da outra, no entanto, fazendo força, somos capazes de vencer esta resistência; com a mudança perdemos algo de energia que se transforma em calor, e este calor é o que podemos sentir nas mãos. 
Posto que o fenômeno do aquecimento do transistor se produz inevitavelmente em qualquer circuito, este vai ser um fator a considerar em todos e cada um dos circuitos. A forma de abordar este problema não será evitando que se esquente o transistor mas que, quando se esquente, as consequências deste aumento de temperatura não nos afetem ou que o façam na menor medida possível. 
Para solucionar este problema o melhor é colocar um resistor de emissor.
 Com este resistor se vai produzir uma diminuição na diferença de potencial entre o emissor e a base. Isto provocará que o transistor conduza menos e assim se compensará o aumento da corrente de coletor que se produz com o aumento da temperatura. 
Coletor comum
Outro tipo de configuração básica de um transistor é a de coletor comum. A esta configuração se a costuma chamar seguidor de emissor. Com este tipo de circuitos não vamos conseguir uma amplificação de tensão, mas são muito bons amplificadores da corrente e daí a sua utilidade. 
A entrada de sinal será pela base e a saída pelo emissor, ao invés de pelo coletor como no resto dos circuitos. O terminal comum para a entrada e a saída é o coletor, como o seu nome indica. Se a união base emissor está polarizada diretamente, o transistor vai conduzir, ao passo que se está inversamente polarizada não o fará. 
Vimos ao princípio que este circuito também se chama seguidor de emissor, nome que lhe é dado porque o emissor segue à base, o que quer dizer que a tensão que apliquemos à base será reproduzida pelo emissor. Por exemplo, se a base se encontra a zero volts, o emissor também estará a zero volts e se a tensão de base é de seis volts o emissor estará à mesma tensão. Para que isto suceda assim o circuito tem que estar funcionando na zona ativa. Mas porque é que o emissor segue a base, neste tipo de circuitos? 
Como podemos ver na ilustração que representa uma configuração de coletor comum, o emissor tem ligado um
resistor, Re, este que vai fazer possível que o emissor siga a base. Para explicar este fenômeno suponhamos primeiro que o emissor não tem ligado dito resistor, e que a base também não tem um resistor entre ela e a tensão de entrada, esquecendo-nos do que tem o resto do circuito: se a tensão de entrada à base é mais positiva que a tensão do emissor, por exemplo um emissor ligado a 3 volts e uma base a 3,5 volts, a união base emissor se encontraria polarizada inversamente e o transistor não vai conduzir, estará ao corte. No entanto, se a base é mais negativa (ou menos positiva) que o emissor, por exemplo uma base a 2,9 volts, o transistor começa a conduzir. Mas a tensão da base não pode descer mais que 0,2V para que o transistor continue funcionando na região ativa, dado que o emissor está ligado fixo a um potencial e, ao não ter um resistor de emissor, a diferença não pode ser maior; neste caso a base tem que seguir o que "impõe" o emissor para que o transistor funcione. Se colocamos o resistor de emissor, como sucede num circuito de coletor comum e, por exemplo, temos o emissor a uma tensão de +3 volts, a base tem que ser mais negativa para que o transistor conduza, tendo que estar a união base emissor polarizada diretamente. A diferença com o caso que não tínhamos resistor de emissor é que agora a base vai ter muito mais intervalo de valores válidos de tensão para que o transistor conduza. Se está por exemplo a +2,5 volts, se vai estabelecer uma corrente de base, Ib, e, portanto, uma corrente de emissor, Ie. 
Ao circular esta Ie pelo resistor, Re, o potencial de emissor vai fazer-se mais negativo (ou menos positivo devido à queda de potencial que se produz ao atravessar um resistor); portanto, neste caso, o emissor está seguindo a base, dado que ao tornar a tensão de base mais negativa, a tensão do emissor fez-se mais negativa também. Portanto, podemos dizer que a configuração de coletor comum é um seguidor de emissor. 
Comportamento do coletor comum
Este tipo de circuitos tem um comportamento muito bom diante das variações de temperatura e é devido ao fato de terem ligado um resistor, Re. O problema que podem ter este tipo de circuitos é que dissipam muita potência. Como nesta configuração se produz uma ampliação de corrente, a corrente de saída é muito grande e ao trabalhar sempre na região ativa podemos dissipar muita potência; este efeito se corrige pondo um resistor entre o coletor e a fonte de alimentação. 
A característica mais importante desta configuração é que oferece uma "alta impedância" (ou resistência) de entrada e uma baixa impedância de saída. A corrente de entrada vai ser muito pequena, ao passo que a de saída pode chegar a ser muito grande. Esta característica influi totalmente nas aplicações que damos a este circuito: se usa como adaptador de impedâncias, isto é, quando quisermos obter uma baixa impedância de saída. Sabemos que a tensão que apliquemos não vai variar ao ser igual a de entrada que a de saída. No entanto, vamos obter uma grande amplificação da intensidade.
 
Base comum
Vamos ver a última configuração básica que é a base comum. A este tipo de circuitos se aplica a entrada pelo emissor e saída será tomada do coletor. O terminal comum à entrada e à saída é a base e está ligada à terra. Com um circuito de base comum não vamos conseguir ganho na corrente. A corrente de emissor, que é a corrente de entrada, está formada pela soma da corrente de base e a de coletor, Ie = Ic + Ib; isto implica que a corrente de coletor, isto é, a corrente de saída, seja menor que a corrente de entrada. Portanto, o ganho de corrente que é o quociente entre a corrente de saída e a de entrada, vai ser menor que a unidade e não vamos obter ganho. 
A característica principal destes circuitos é que eles têm muito ganho de tensão, isto é, a tensão de saída vai ser muito maior que a tensão de entrada. Para explicar isto temos que aprofundar um pouco mais nos componentes deste circuito. Há um resistor de emissor, Re, que costuma ser de pequeno valor, portanto, estes circuitos têm uma impedância de entrada muito baixa. No entanto, o resistor do coletor, Rc, é alto. Como as intensidades de emissor e coletor são praticamente iguais, aplicando a lei de OHM V=R x I comprovamos que a tensão de saída vai ser muito grande e a tensão de entrada muito menor, pelo que se produz um ganho importante de tensão neste tipo de configuração. 
Ao terem este tipo de circuitos uma impedância de entrada muito baixa, deve ser excitado com "algo" que seja capaz de fornecer a fonte de baixa impedância e corrente intensa. Esse "algo" pode ser uma configuração de coletor comum que, como vimos, tem uma impedância de saída muito baixa e, ao contar com um ganho de corrente bastante grande, a corrente de saída será intensa. 
Mas como não sempre vamos querer ligar à entrada um seguidor de emissor ou um circuito que proporcione essas características, temos que ligar um resistor, Rs, que fará a impedância de entrada não ser tão baixa e assim possamos ligar outro tipo de configuração sem exigir uma corrente de saída tão alta. 
O problema ao colocar este resistor é que o ganho em tensão do circuito de base comum diminuirá, embora há vezes que vale a pena este preço por conseguir uma impedância de entrada algo mais alta.
 
Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A (1995)
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Transistor construído com a técnica epitaxial.
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 Qualquer resistência ao movimento tem como conseqüência um aumento da temperatura.
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Esquema de configuração de um coletor comum.
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Esquema de configuração de base comum.
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Com a resistência Rs se consegue que a impedância de entrada seja mais alta.
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Colocando uma resistência Rc conseguimos que se dissipe menos potência em um coletor comum.
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 Na atualidade, existem muitos modelos de transistores.
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 Um comportamento linear está representado por um gráfico que é uma reta.
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 Um comportamento não linear faz que não se correspondam as variações da entrada com as respostas da saída.
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 Estrutura de um transistor construído com a técnica planar
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Estrutura de um transistor construído com a técnica de ligação.
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Transistor de liga difusa.
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Estrutura de um transistor de pontas de contato.