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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ FACULDADE DE SERGIPE (FASE) ENGENHARIA MECÂNICA DAVID SANTANA TORRES SANTOS DOMINGOS MARTINS DOS SANTOS JR MANOEL TELES DE OLIVEIRA TRANSISTORES ARACAJU/SE 2022 DAVID SANTANA TORRES SANTOS DOMINGOS MARTINS DOS SANTOS JR MANOEL TELES DE OLIVEIRA TRANSISTORES Trabalho desenvolvido com a finalidade de conhecer a respeito do funcionamneto dos transistores, bem como os seus tipos e suas aplicações. Materiais estes fundamentais para a eletroônica e para o desenvolvimento tecnologico da máquinas até os dia de hoje. Universidade Estácio de Sá – FACULDADE DE SERGIPE - (FASE) Orientador: Prof. Dr. João Domingos. ARACAJU/SE 2022 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 4 2 APLICAÇÕES.......................................................................................................................5 3 TIPOS DE TRANSISTORES...............................................................................................6 3.1 TRANSISTORES BIPOLARES........................................................................................6 3.2 TRANSISTORES UNIIPOLARES...................................................................................7 4 PROCESSO DE DOPAGEM...............................................................................................8 5 REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 10 4 1 INTRODUÇÃO O transistor é um dispositivo semicondutor (fig.01), isto é que hora conduz e hora não conduz. Formado por três regiões semicondutoras sendo elas NPN ou PNP (fig. 02). Estes equipamentos normalmente são feitos de silício e de germânio. A sua principal função é a de amplificar ou barrar a corrente elétrica que passa por um determinado circuito. Estes podem também pode atuar como um interruptor que possibilita ou não a passagem de corrente em um circuito, ou seja, tem a função de controlar a passagem de elétrons em um circuito eletrônico. Por estes fatores que o transistor foi e é um elemento fundamental na evolução tecnológica na qual conhecemos até os dias de hoje, pois ele possibilitou a criação de chips, computadores como conhecemos nos dias de hoje e até mesmo os smartphones. (HELERBROCK, Rafael. 2022). Os transistores são fabricados de diferentes formas, mas a maioria deles são fabricados apresentando três terminais, sendo eles: B = Base, principal responsável pela ativação do transistor. C = Coletor, terminal positivo do transistor. E = Emissor, Terminal negativo do transistor. (Fig.01) (https://images.tcdn.com.br/img/img_prod/650361/100x_transistor_pnp_bc558_1399_1_20201113141033.jpg) (fig.02) fonte:https://www.mundodaeletrica.com.br/como-funciona-um-transistor-e-qual-a-sua-aplicacao. 5 2 APLICAÇÕES Os transistores são componentes eletrônicos que possuem três principais aplicações sendo elas: Chave seletora, amplificador e oscilador. Quando aplicado como chave eletrônica o transistor utiliza um sinal de baixa tensão ou corrente para acionar ou melhor deixar passar a corrente necessária para um equipamento de alta potência. Quando age como um aplificador como por exemplo um aplificador de som, um microfone, uma televisão entre outros. Este transistor recebe um sinal muito fraco como por exemplo sinais de radio, este equipamento aumentará ou melhor amplificará este sinal para que assim consiga decodificar as informações. Por fim quando aplicados como ociladores os transistores são muito utilizados e circuitos com por exemplo contagem de tempo os famosos temporizadores. (COELHO, André) Os parametros de um transistor são: Ib – corrente de base Ic – corrente de coletor Ie – corrente de emissor Vb – Tensão de base Vc – Tensão de coletor Ve – tensão de emissor Vce – tenção coletor-emissor (queda de tensão no transistor) (Fig.03)https://mundoprojetado.com.br/transistor-como-usar-circuitos/ https://mundoprojetado.com.br/transistor-como-usar-circuitos/ 6 Os transistores possuem três terminais, e dependendo da polarização destes terminais, isto é do nível de tensão e de corrente aplicados nestes terminais estes irão operar em diferentes regiões, sendo elas: Região de corte Região ativa Região de saturação REGIÃO DE CORTE: É identificada quando não há corrente elétrica circulando pelo dispositivo. Nesta região, o transistor é uma chave aberta; REGIÃO ATIVA: É quando o dispositivo opera como uma fonte de corrente controlada. REGIÃO DE SATURAÇÃO: É identificada quando a corrente do dispositivo é levada ao limite máximo que o circuito externo ao transistor consegue entregar. Com isso, o dispositivo consegue conduzir uma corrente máxima, mas apresenta uma tensão de saída baixa. Portanto, ele é uma chave fechada. (OLIVEIRA, Thiago. 2021) 3 TIPOS DE TRANSISTOR Existem dois grande grupos de transistores sendo eles os unipolares e os bipolares. basicamente três tipos de transistores atualmente. Sendo eles o TBJ – Transistor Bipolar de Junção, IGBT- Trasistor Bipolar de Gate Isolado. (Estes fazem parte do grupo de transistores bipolares) e FET – Transistor de Efeito de Campo (fazendo parte do grupo dos unipolares). 3.1 TRANSISTORES BIPOLARES Os transistores bipolares são construídos pela junção de 3 camadas de Semicondutores. Existem 2 tipos: os NPN e os PNP. Estes nomes são dados em função das camadas de semicondutores. Nos transistores NPN, duas camadas N são unidas com uma camada P no meio e possui uma corrente que é composta majoritariamente de elétrons. Já nos PNP, duas camadas P são unidas com uma camada N no meio e sua corrente é composta majoritariamente de cargas positivas (lacunas). (Vide Fig. 2) O Transístor Bipolar de Junção, (TBJ), é um dispositivo Semicondutor, composto por três Regiões de Semicondutores dopados (Base, Colector e Emissor), separadas por duas Junções p- n. A Junção p-n entre a Base e o Emissor tem uma Tensão de Barreira (V0) de 0,6 V, que é um parâmetro importante do TBJ. Contrariamente ao Transístor de Efeito de Campo(FET), no qual a Corrente é produzida apenas por um único tipo de Portador de Cargas (Electrões ou Lacunas), no TBJ a Corrente é produzida por ambos os tipos de Portadores de Cargas (Electrões e Lacunas), daí a origem do nome Bipolar. (Simbologias para o transistor bipolar de junção nas configurações PNP e NPN.) (RASHID, M. H.) 7 IGBT – O Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT) é um semicondutor de potência que alia as características de chaveamento dos transistores bipolares com a alta impedância dos MOSFETs apresentando baixa tensão de saturação e alta capacidade de corrente. O IGBT destaca-se por possuir alta eficiência e rápido chaveamento. Atualmente são muito utilizados em equipamentos modernos como carros elétricos ou híbridos, trens, aparelhos de ar condicionado e fontes chaveadas de alta potência. Devido a seu projeto que permite rápido chaveamento (liga/desliga), encontra aplicação também em amplificadores e geradores que necessitam sintetizar formas de onda complexa através de PWM e filtros passa-baixa. (BRAGA, Newton C.) (Fig. 04)Circuito equivalente IGBT Fonte:https://crushtymks.com/images/electronics/insulated-gate-bipolar-transistor-igbt) 3.2 TRANSISTORES UNIPOLARES Trabalham apenas com um tipo de portador de carga e por isso recebe o nome de transistor unipolar. São relativamente imunes à radiação, possuem uma grande resistência de entrada, tipicamente da ordem de megaohms, apresentammenor ruído comparado aos transistores bipolar. JFet é uma abreviação para Junction Field Efect Transistor, ou, traduzindo, transistor de junção por efeito de campo. Como visto anteriormente nos transistores bipolares é preciso injetar uma pequena corrente na base para controlar a passagem de corrente entre o coletor e emissor. Por isso os transistores bipolares são conhecidos como amplificadores de corrente. No caso do JFet, o controle de corrente entre Drain e Source é feito pela aplicação de uma tensão no Gate e normalmente a corrente que circula pelo Gate é muito pequena. De forma semelhante aos transistores bipolares, os JFets também tem 3 terminais. Mas os nomes são diferentes. Gate (ou porta), Drain (ou Dreno) e Source (ou Fonte) e são de 2 tipos básicos, os de canal P e os de canal N. A construção determina a diferença entre eles. O contato metálico da porta (gate) é separado do substrato (CHOURERI JUNIOR, Salomao) (Fig. 05) Fonte: Cruz e Choueri Junior| Simbologia da JFET tipo canal N. Simbologia da JFET tipo canal P. 8 MOSFET - Os MOSFET se parecem muito com os JFET, entretanto um ponto chave da sua interior por uma camada isolante (de dióxido de silício), fazendo com que a impedância de entrada dos MOSFET seja ainda maior do que a dos JFET, isso implica em correntes também menores no terminal da porta. Sua natureza também permite uma miniaturização maior do que a do transistor bipolar de junção. Eles podem ser fabricados numa escala vinte vezes menor do que o TBJ, permitindo o seu uso em circuitos integrados, por exemplo. (Marques; Cruz e Choueri Junior) (Fig. 06) Identificação dos terminais MOSFET; Fonte: http://qsldobrasil.blogspot.com 4 PROCESSO DE DOPAGEM O processo de dopagem de semicondutores refere-se à adição, ao cristal intrínseco, de pequena quantidade de impureza, com propriedades adequadas, de forma a afetar o comportamento elétrico do semicondutor da maneira desejada. Existem dopantes doadores e receptores, que produzem os semicondutores tipo n e tipo p, respectivamente. Tipo n – Si dopado com As (que tem valência 5) (Fig. 07) Fonte: http://plato.if.usp.br/1-2007/fnc0376n/marcia/Notas_aula/aula25.pdf http://qsldobrasil.blogspot.com/ 9 (Fig. 08) Fonte: Fonte:http://plato.if.usp.br/1-2007/fnc0376n/marcia/Notas_aula/aula25.pdf 1 0 5 REFERÊNCIAS BRAGA, Newton C. Como funciona o IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) (ART1018). Instituto Newton C. Braga. Disponível em: <https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6336- art1018#:~:text=OS%20IGBTs%20s%C3%A3o%20componentes%20usados,o%20dispositivo %20deve%20ser%20protegido.>. Acesso em: 17 abr. 2022. COELHO,André. “Transistor, o que é? Tipos e como funciona!”, palpite digital. Disponível em: https://www.palpitedigital.com/transistor-tipos-como-funciona/. Acesso em 18 abril 2022. Como Funciona um Transistor de Junção Bipolar, TJB (BJT) npn. Cmm.gov.mo. Disponível em: <http://www.cmm.gov.mo/por/exhibition/secondfloor/MoreInfo/2_10_3_HowTransistorWorks. html>. Acesso em: 17 abr. 2022. HELERBROCK, Rafael. "Transistor"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transistor.htm. Acesso em 16 de abril de 2022. PIAVA. “M026 - Transistor Bipolar.” Como Funciona o Transistor Bipolar, Disponível em: http://www.eletronpi.com.br/ce-026-transistor-bipolar.aspx. Acesso em 17 de abril de 2022. MARQUES, Angelo Eduardo B.; CHOURERI JUNIOR, Salomao; CRUZ, Eduarod Cesar Alves. Dispositivos semicondutores: Diodos e Transistores. 13. ed. rev. São Paulo: editora Érica, 2012. Material Didático - IMD, Ufrn.br, disponível em: <https://materialpublic.imd.ufrn.br/curso/disciplina/2/44/4/15>. acesso em: 17 abr. 2022. OLIVEIRA, Thiago. “O que são transistores e quais tipos mais usados?”, eletrônica geral. Disponível em: https://eltgeral.com.br/o-que-sao-transistores-e-quais-tipos-mais-usados/. Acesso em 17 abril 2022. TRANSISTORES. 2012. Disponível em: https://www.instrumatic.com.br/artigo/medicao-de- pressao-caracteristicas-tecnologias-e- tendencias#:~:text=Em%201643%2C%20o%20f%C3%ADsico%20italiano,sobre%20a%20supe rf%C3%ADcie%20da%20terra. Acesso em 15 abril 2022. Transistor, o que é? Funcionamento e Aplicações! Manualdaeletronica.com.br. Disponível em: <https://www.manualdaeletronica.com.br/transistor-o-que-e-funcionamento-aplicacoes/>. Acesso em: 17 abr. 2022. https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6336-art1018%23:~:text=OS%20IGBTs%20s%C3%A3o%20componentes%20usados,o%20dispositivo%20deve%20ser%20protegido https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6336-art1018%23:~:text=OS%20IGBTs%20s%C3%A3o%20componentes%20usados,o%20dispositivo%20deve%20ser%20protegido https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6336-art1018%23:~:text=OS%20IGBTs%20s%C3%A3o%20componentes%20usados,o%20dispositivo%20deve%20ser%20protegido https://www.palpitedigital.com/transistor-tipos-como-funciona/ http://www.cmm.gov.mo/por/exhibition/secondfloor/MoreInfo/2_10_3_HowTransistorWorks.html http://www.cmm.gov.mo/por/exhibition/secondfloor/MoreInfo/2_10_3_HowTransistorWorks.html http://www.eletronpi.com.br/ce-026-transistor-bipolar.aspx https://materialpublic.imd.ufrn.br/curso/disciplina/2/44/4/15 https://eltgeral.com.br/o-que-sao-transistores-e-quais-tipos-mais-usados/ https://www.instrumatic.com.br/artigo/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias#:~:text=Em%201643%2C%20o%20f%C3%ADsico%20italiano,sobre%20a%20superf%C3%ADcie%20da%20terra https://www.instrumatic.com.br/artigo/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias#:~:text=Em%201643%2C%20o%20f%C3%ADsico%20italiano,sobre%20a%20superf%C3%ADcie%20da%20terra https://www.instrumatic.com.br/artigo/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias#:~:text=Em%201643%2C%20o%20f%C3%ADsico%20italiano,sobre%20a%20superf%C3%ADcie%20da%20terra https://www.instrumatic.com.br/artigo/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias#:~:text=Em%201643%2C%20o%20f%C3%ADsico%20italiano,sobre%20a%20superf%C3%ADcie%20da%20terra https://www.manualdaeletronica.com.br/transistor-o-que-e-funcionamento-aplicacoes/ COELHO,André. “Transistor, o que é? Tipos e como funciona!”, palpite digital. Disponível em: https://www.palpitedigital.com/transistor-tipos-como-funciona/. Acesso em 18 abril 2022. OLIVEIRA, Thiago. “O que são transistores e quais tipos mais usados?”, eletrônica geral. Disponível em: https://eltgeral.com.br/o-que-sao-transistores-e-quais-tipos-mais-usados/. Acesso em 17 abril 2022.
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