06 - Transistores Bipolares

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Capítulo 6
+
TRANSISTORESBIPOLARES
o sinal de rádio ou de TV recebido por uma antena é tão fraco que ele não pode fazer
funcionar um alto-falante ou um tubo de imagem de TV.Por isso é necessário amplifi-
car um sinal fraco até que ele tenha potência suficiente para aplicações práticas. Antes
de 1951, as válvulas eram os principais dispositivos usados para a amplificação de
sinais fracos. Embora as válvulas sejam excelentes amplificadoras, elas apresentam
uma série de desvantagens. Primeiro, possuem um filamento interno ou aquecedor
que requer 1 W ou mais de potência. Segundo, a vida útil de seu filamento é da ordem
de alguns milhares de horas apenas. Terceiro, ela ocupa muito espaço. Quarto, o
aquecimento necessário para o seu funcionamento faz aumentar a temperatura interna
de seus equipamentos eletrônicos.
Em 1951, Shockley inventou o primeiro transistor de junção, um dispositivo
semicondutor capaz de amplificar sinais de rádio e de TV As vantagens de .um
transistor ultrapassam de longe as desvantagens de uma válvula. Primeiro, o tran-
sistor não tem filamento ou aquecedor, logo, ele requer uma potência muito menor.
Segundo, por ser um dispositivo semicondutor, ele pode durar indefinidamente.
Terceiro, devido às suas pequenas dimensões, ele ocupa muito pouco espaço. Quar-
to, como ele gera pouco calor, os equipamentos podem funcionar com temperaturas
internas mais baixas.
o transistor possibilitou a invenção de vários outros dispositivos, inclusive a
do circuito integrado (CI), um dispositivo pequeno que contém milhares de transisto-
res. A existência do CI deu origem aos modernos computadores e a outros milagres da
eletrônica. Este capítulo discute os transistores bipolares. O tipo que funciona por
elétrons e lacunas. (A palavra bipolarvem do termo" dois pólos".)
194
h
I,
J,.
,I,
Cap.6 Transistores bipolares 195
Após O estudo deste capítulo, você deverá ser capaz de:
~ Demonstrar seu conhecimento sobre as relações entre base, emissor e
coletor de um transistor bipolar.
~ Desenhar diagramas de circuitos em EC e denominar terminais, tensões e
resistências.
~ Desenhar uma curva hipotética da base e uma família de curvas do
coletor, designando seus dois eixos.
~ Denominar as três regiões de operação de um transistor bipolar na curva
de coletor.
~ Usar as características ideais e a segunda aproximação do transistor.
~ Citar vários parâmetros nominais do transistor bipolar que são usados
pelo técnico.
6.1 o TRANSISTORNÃO-POLARIZADO
Um transistor tem três regiões dopadas, conforme mostrado na Figura 6.1. A região
inferior é chamada emissor,a região do meio é a basee a região superior é o coletor.Esse
transistor em particular é um dispositivo npn. Os transistores podem ser produzidos
também como dispositivos pnp.
r
1
~~~~ ~~
- - - - - - -
~~~~~~~
nI - - - - - - - ICOLETOR
~~~~~~~- - - - - - -
~~~~~~~
+ + + + + + +
@@@@@@@
+ + + + + + +
P I @ @ @ EB>@ @ @ I BASE
+ + + + + + +
@@@@@@@
"'
~~~~
- - - -
~~~~
- - - -
~~~~- - - -
~~~~
EMISSOR
~~~- - -
~~~
nl - - -
~~~- - -
~~~
Figura6.1 A estrutura do transistor.
196 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
Os Diodos Emissor e Coletor
o transistor da Figura 6.1 tem duas junções: uma entre a base e o emissor e outra entre
a base e o coletor. Por isso o transistor é similar a dois diodos. A base e o emissor
formam um dos diodos, enquanto a base e o coletor formam o outro diodo. Daqui em
diante, vamos nos referir a esses diodos como diodoemissor(o de baixo)e diodocoletar
(o de cima).
Antese Depoisda Difusão
A Figura 6.1 mostra as regiões do transistor antes de acontecer a difusão. Conforme
discutido no Capítulo 2, os elétrons livres na região n se difundem através da junção e
se recombinam com as lacunas na região p. Procure visualizar os elétrons livres em
cada região n cruzando a junção e recombinando-se com uma lacuna. O resultado são
as duas camadas de depleção conforme mostrado na Figura 6.2.Para cada uma dessas
camadas de depleção, a barreira de potencial é de cerca de 0,7 V na temperatura de
25°c. Como antes, vamos enfatizar os dispositivos de silício, porque eles são mais
usados do que os de germânio.
n
f
CAMADA DE
DEPLEÇÃO
!
n
p
f
CAMADA DE
DEPLEÇÃO
!
Figura6.2 As camadas de depleção.
@@@@@@@
- - - - - -
@@@@@@@- - - - - -
@@@@@@@
@@@@@@@
eeeeeee
+ + + + + + +
eeeeeee
eeeeeee
@@@@@@@- - - - - - -
@@@@@@@
- - - - - -
@@@@@@@
- - - - - -
@@@@@@@
...
Cap.6 Transistoresbipolares 197
6.2 o TRANSISTORPOLARIZADO
Um transistor não-polarizado pode ser visto como dois diodos. Cada diodo tem uma
barreira de potencial de aproximadamente 0,7 V. Quando você conecta uma fonte de
tensão externa no transistor, obtém alguns resultados inesperados.
OsElétronsdoEmissor
!".
A Figura 6.3 mostra um transistor polarizado. O sinal de menos representa os elétrons
livres. O emissor é fortemente dopado. Sua função é injetar elétrons livres na base. A
base é fracamente dopada e muito estreita, passando a maior parte dos elétrons livres
injetados pelo emissor para o coletor. O nível de dopagem do coletor é entre a forte
dopagem do emissor e a fraca dopagem da base. O coletor tem esse nome porque ele
coleta ou captura os elétrons livres da base.
A fonte da esquerda da Figura 6.3 polariza diretamente o diodo emissor,
enquanto a fonte da direita polariza reversamente o diodo coletor. No momento em
que a polarização direta é aplicada no diodo emissor, os elétrons livres no emissor
ainda não entraram na região da base.
+
Re
n
RB
t
1
P VeE
+
-- Vee
n
Figura 6.3 o transistor polarizado.
OsElétronsna Base
SeVBBfor maior que a barreira de potencial,os elétrons do emissorentrarão na região
da base, conforme mostrado na Figura 6.4. Esses elétrons podem circular em qualquer
uma das duas direções. Primeiro, eles podem circular para a esquerda e sair pela base,
passando através de RBe indo para o terminal positivo da fonte. Segundo, os elétrons
livres podem circular para o coletor.
198 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
+
Rc
n
RB
+
VBB-=:..
p VCE
+
--Vcc
---------------------------- n
VBE
---------------------
Figura6.4 Os elétrons na base.
Que caminho tomará a maioria dos elétrons livres? A maioria deles seguirá
para o coletor. Por quê? Primeiro, a base é fracamente dopada. Por isso, os elétrons
livres têm uma vida média longa na região da base. Isso lhes dá tempo suficiente para
alcançar a região do coletor. Segundo, a base é muito estreita. Isso dá aos elétrons livres
uma chance maior de alcançar o coletor. Em outras palavras, para circular para fora da
base pelo resistor externo, os elétrons livres precisam recombinar-se com as lacunas na
base. Aí, como elétrons de valência, eles podem circular para a esquerda até deixar a
base e entrar no condutor externo. Como a base é fracamente dopada e muito estreita,
alguns elétrons conseguem recombinar-se e alcançar o terminal externo da base.
Os Elétrons no Coletor
A maioria dos elétrons livres vai para o coletor, conforme mostrado na Figura 6.5.Uma
vez dentro do coletor, eles são atraídos pela fonte de tensão Vcc. Por isso, os elétrons
livres circulam através do coletor e de Rc até alcançarem o terminal positivo da fonte
de tensão do coletor.
Vamos resumir o que está acontecendo: na Figura 6.5, VBBpolariza direta-
mente o diodo emissor, forçando os elétrons livres no emissor a entrar na base. A base
estreita e levemente dopada dá tempo suficiente para que quase todos esses elétrons se
difundam dentro do coletor. Esses elétrons circulam pelo coletor, através de Ro e
entram no terminal positivo da fonte de alimentação Vcc. Na maioria dos transistores,
mais de 95% dos elétrons do emissor vão para o coletor; menos de 5% circulam pelo
terminal externo da base.
Cap.6 Transistores bipolares 199
+
VBB-=-
+
Rc
n
p VCE
+
-Vcc
n
Figura6.5 A entrada dos elétrons livres no coletor.
6.3 ASCORRENTESNOTRANSISTOR
A Figura 6.6 mostra o símbolo esquemático para um transistor. (Sevocê preferir o fluxo
de corrente convencional, use a Figura 6.6b;se preferir o fluxode corrente real, use a
Figura 6.6b)Na Figura 6.6, existem três correntes diferentes num transistor: a corrente
no emissor lE' a corrente na base lB e a corrente no coletor lc. Como o emissor é uma
fonte direta, sua corrente é a maior das três. Quase todos os elétrons do emissor
circulam pelo coletor, logo, a corrente no coletor é aproximadamente igual à corrente
no emissor. A corrente na base é muito pequena se comparada com essas outras
correntes. Nos transistores de baixa potência, a corrente na base é geralmente menor do
que 1% da corrente.
1
I
h- 1B-
(a) CONVENOONAL (b) REAL
Figura6.6 Símbolo esquemático do transistor.
Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.6200
Lembre-se da lei das correntes de Kirchhoff. Ela diz que a soma de todas as
correntes que entram num nó ou junção é igual à soma das correntes que saem desse
nó ou junção. Quando aplicada num transistor, a lei das correntes de Kirchhoff forne-
ce-nos esta importante relação sobre as três correntes do transistor:
IE = Ic + IB (6.1)
Essa equação diz que a corrente do emissor é igual à soma das correntes do coletor e da
base. Numa aproximação, a corrente do coletor pode ser considerada igual à corrente
do emissor.
o que torna o transistor muito útil é sua corrente do coletor que é muito maior
que a corrente da base. O ganho de corrente ~cc de um transistor é definido como a
corrente do coletor dividida pela corrente da base. Em símbolos,
Ic
~cc= IB
(6.2)
Para os transistores de baixa potência, o ganho de corrente é tipicamente de
100 a 300. Mesmo para os transistores de alta potência, o ganho de corrente é de 20 a
100. Isso significa que 95% ou mais dos elétrons do emissor passam para o coletor,
enquanto menos de 5% escapam do terminal da base.
A Equação (6.2) pode ser rearranjada de duas formas diferentes. Primeiro,
sabendo os valores de ~cc e de IB'você pode calcular a corrente de coletor com esta
equação:
IC = ~ccIB (6.3)
Segundo, sabendo os valores da corrente do coletor e de ~CC' você pode
calcular a corrente de base com
IC
IB = A
Pcc
(6.4)
--=
Capo6 Transistores bipolares 201
Exemplo6~1
Na Figura6.1j
base de 40 flA
Solução
Exemplo6.2
o transistor tem1!itD;Se
de 0,1 mA, qual ~áGIJ
Solução
ExemploG,3
de..~
-- o transistor da
correnteforde 1
Solução
Divida a COrrente
.f
202 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
6.4 A CONEXÃO EC
Na Figura 6.7, o lado comum ou o terra de cada fonte de tensão está conectado ao
emissor. Por isso, o circuito é tratado por configuração em emissorcomum (EC).Observe
que o circuito tem duas malhas. A malha da esquerda é chamada circuito da basee a
malha da direita é chamada circuitodocoletor.TIpicamente, a faixa de VBBé em torno de
5 a 15V para a maioria das aplicações em baixa potência. Por meio de diferentes valores
de VBBe Iou RB'podemos controlar a corrente da base. Conforme você verá mais tarde,
a corrente da base controla a corrente do coletor. Logo, qualquer variação na corrente
da base produzirá uma variação na corrente do coletor.
Rc +
+ RB
VCE
+
- Vcc++
VBB-=-- VBE -
Figura6.7 A conexão Ec.
No circuito do coletor, existe uma tensão de alimentação Vcc e uma resis-
tência de limitação da corrente, Rc. A tensão entre o coletor e o emissor é representada
por VCE' A tensão de alimentação Vcc deve polarizar reversamente o diodo coletor,
caso contrário o transistor não operará normalmente. Isso é geralmente satisfeito
quando VCEé maior que 1 V. Uma faixa típica de VCE é em torno de 1 a 15 V para os
circuitos de baixa potência.
6.5 A CURVADABASE
Qual é a aparência do gráfico de IBversus VBEpara você? Ele se parece com a curva de
um diodo retificador comum, conforme mostrado na Figura 6.8. E por que não?
Estamos falando da corrente e da tensão do diodo emissor, portanto devemos esperar
a curva de um diodo para a corrente versus tensão. Isso significa que podemos usar
qualquer uma das três aproximações discutidas anteriormente.
--.
Cap.6 Transistoresbipolares 203
IB
VBE
0,7
Figura6.8 A curva do diodo.
Por exemplo, se você está verificando defeitos num circuito com transistor,
pode tratar a parte base-emissor do transistor como um diodo ideal. Isso permitirá que
você estime rapidamente os valores das correntes e tensões. Mas se você está envolvido
num projeto preciso, vai precisar incluir a resistência de corpo do diodo emissor nos
seus cálculos.
Na maioria das vezes, se estiver verificando defeitos ou projetando, você
pode notar que a segunda aproximação é a melhor escolha ent~e a rapidez d~ cálculo
com o diodo ideal e a precisão nos cálculos com a terceira aproximação. Tudo o que tem
de lembrar para a segunda aproximaçãoé que VBEé de 0,7V,conformemostrado na
Figura 6.8.
Vejaaqui como calcular a corrente da base na Figura 6.7. A tensão no resistor
da base é igual à diferença de potencial entre a tensão da fonte VBB e a tensão na
base-emissor, VBE'Aplique a lei de Ohm no resistor da base para calcular a corrente:
J..---
VBB - VBE
IB =
RB
(6.5)
A propósito, as tensões com um subíndice simples (Vo VE' VB)referem-se às
tensões entre um terminal do transistor e o terra. O subíndice com duas letras (VBE'
VCE' VCB) referem-se às tensões entre os dois terminais do transistor. Vocêpode calcular
a tensão no subíndice duplo pela subtração dos subíndices simples correspondentes.
Por exemplo, para obter VCE'subtraia VEde Vc.
VCE = Vc - VE
Para obter VCB'subtraia VBde Vc:
., VCB = Vc - VB
204 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
Para obter VBE'subtraia VE de VB:
VBE == VB - VE
Exemplo6.4
Na Figura 6.7, VBB= 10 V e RB= 100 kQ. Qual é a corrente na base?
Solução
A não ser quando declarado, você sempre pode fazer uso da segunda aproximação
para o diodo de silício. Isso implica que você pode usar um VBEde 0,7 V.A tensão no
resistor de base é de 9,3 V. Isso estabelece uma corrente de
IB == 9,3\7100kQ == 93~A
6.6 AS CURVASDOCOLETOR
É possível variar VBBe Vcc na Figura 6.7 para ajustar diferentes valores de tensões
correntes. Por meio da medição de Ic e VCE'você pode obter dados de um gráfico de Ic
versus VCE' Por exemplo, suponha que você faça um ajuste de JB = 10 ~A. Então, você
pode variar Vcc e medir os valores resultantes de Ic e VCE'Plotando os dados, obtemos
o gráfico mostrado na Figura 6.9.
Quando VCEfor zero, o diodo coletor não estará reversamente polarizado,
portanto, a corrente no coletor será zero. Para VCEentre Oe aproximadamente 1 V,a
corrente no coletor aumenta com uma taxa muito maior do que VCEe depois pára de
aumentar e fica quase constante. Esse fato está relacionado com a idéia de polarização
reversa do diodo coletor. São necessários aproximadamente 0,7 V para polarizar rever-
samente o diodo coletor. Uma vez alcançado esse nível, o coletor captura todos os
elétrons que chegam à camada de depleção.
Acima de 0,7 V, o valor exato de VCE não é mais tão importante, porque mesmo
um pequeno aumento na polarização reversa é suficiente para coletar todos os elétrons
disponíveisna base. Essaé a razão pela qual o gráficoé horizontal quando VCEé maior
ou igual a 1 V. O gráfico horizontal significa que a corrente no coletor é constante e
igual a 1 mA para qualquer valor de VCE entre 1 e 40 V. (A propósito, esse gráfico
refere-se ao transistor 2N3904, muito usado em aplicações de baixa potência.)
í
l'-"::
Cap.6 Transistores bipolares 205
Se VCEfor maior que 40 V, o diodo coletor atingirá a ruptura e o funcio-
namento normal do transistor não mais acontecerá. O transistor não é projetado para
funcionar na região de ruptura. Por essa razão, um dos valores nominais máximos que
devemos observar numa folha de dados de um transistor é sua tensão de ruptura entre
emissor e coletor.
Ic
10 f-lA
ImA
VCE
IV 40V
Figura 6.9 Uma curva do coletor.
A Tensãoe a PotênciadoColetor
A lei das tensões de Kirchhoff diz que a soma das tensões numa malha fechada é igual
a zero. Quando aplicada no circuito do coletor da Figura 6.7, a lei das tensões de
Kirchhoff fornece esta importante equação:
VCE= Vcc - lcRc (6.6)
Ela diz que a tensão entre o emissore o coletor é igual à tensão na fonte de alimentação
menos a tensão no resistor do coletor. Essa equação é essencial em análises e verificação
de defeitos.
Na Figura 6.7, o transistor tem uma dissipação de potência de aproxi-
madamente
Po = VcElc (6.7)
Essa equação diz que a potência do transistor é igual à tensão entre o coletor e o
emissor multiplicada pela corrente do coletor. Essa potência é a causa do aumento da
temperatura najunção do diodo coletor.Quanto maiora potência,maior a temperatura
na junção. Os transistores queimam quando a temperatura na junção atinge a faixa de
,.
206 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.6
150° a 200°c. Uma das principais informações fomecidas pela folha de dados é a
potência nominal máxima PD(máx).A dissipação de potência máxima dada pela Equa-
ção (6.7) deve ser menor que PD(máx).
AsTrêsRegiõesde Operação
A curva da Figura 6.9 tem três regiões cujas operações são distintas para o transistor.
Primeira, existe a região do meio, onde VCEestá entre 1 e 40 V. Essa é a região mais
importante porque ela representa a operação normal do transistor. Nessa região, o
diodo emissor está diretamente polarizado e o diodo coletor está reversamente polari-
zado. Além disso, o coletor está capturando quase todos os elétrons que o emissor está
injetando na base. É por isso que a variação na tensão do coletor não afeta a corrente do
coletor. Essa região é chamada regiãoativa. Graficamente, a região ativa é a parte
horizontal da curva.
Uma outra região de operação distinta é a regiãode ruptura. O transistor nunca
deve operar nessa região porque é muito provável que ele seja destruído. Ao contrário
do diodo Zener, que foi otimizado para funcionar na região de ruptura, um transistor
não foi projetado para operar na região de ruptura.
Finalmente, existe a parte da curva na qual a corrente cresce muito, onde VCE
está entre, aproximadamente, Oe 1 V.A parte inclinada da curva é chamada regiãode
saturação.Nessa região, o diodo coletor não está reversamente polarizado. (Observa-
ção: para os transistores de baixa potência, a curva pode ficar horizontal bem abaixo de
1 V.Por exemplo, a curva do 2N3904 atinge 1 mA com apenas 0,3 V.)
Em resumo, a curva na Figura 6.9 tem uma região de saturação, uma região
ativa e uma região de ruptura. Um transistor pode operar com segurança tanto na
região de saturação quanto na região ativa, mas não na região de ruptura. Em aplica-
ções nas quais o transistor amplifica os sinais fracos de rádio e TV,ele estará operando
sempre na região ativa.
OutrasCurvas
Se medirmos Ic e VCEpara IB =20 !-tA,podemos plotar a segunda curva da Figura 6.10.
A curva é similar à primeira, exceto que a corrente do coletor é de 2 mA na região ativa.
Novamente, a corrente de coletor é constante na região ativa.
Quando plotamos várias curvas num papel milimetrado, obtemos um con-
junto (ou uma família) de curvas do coletor como o da Figura 6.10.Um outro modo de
obter essa família de curvas é com um traçador de curvas (um instrumento com um
'"'-
Cap.6 Transistores bipolares 207
mostrador de vídeo). Na região ativa da Figura 6.10, cada corrente do coletor é 100
vezes maior que sua corrente de base correspondente. Por exemplo, a curva superior
tem uma corrente de coletor de 7 mA e a corrente da base é de 70 !-tA.Isso estabelece
um ganho de corrente de
7mA = 100
I3cc= 70 !-tA
Se você continuar verificando, obterá o mesmo resultado com qualquer curva: um
ganho de corrente de 100.
Com outros transistores, o ganho de corrente pode ser diferente de 100, mas
as formas das curvas serão as mesmas. Todos os transistores têm uma região ativa, uma
região de saturação e uma região de ruptura. A região ativa é a mais importante,
porque há a possibilidade de uma amplificação nessa região.
A RegiãodeCorte
A Figura 6.10 tem uma curva inesperada, a curva inferior. Observe que a corrente da
base é zero, mas ainda existe uma corrente do coletor. Num traçador de curvas, essa
corrente é normalmente tão pequena que não podemos notá-Ia. Fizemos uma repre-
sentação exagerada na curva inferior com um valor muito maior do que realmente ela
tem. Essa curva inferior é chamada regiãodecortedo transistor e a pequena corrente do
coletor é chamada correntede cortedo coletar.
(1oot...;;0
Por que existe uma corrente do coletor se não existe corrente da base? Porque
o diodo coletor, como qualquer outro diodo, tem uma corrente reversa de portadores
minoritários e uma corrente de fuga da superfície. Você pode ignorar a corrente de
corte do coletor quando a corrente do coletor for muito maior. Por exemplo, o 2N3904
tem uma corrente de corte do coletor de 50 nA. Aplicando uma regra de 20:1,você pode
ignorar essa corrente de 50 nA quando a corrente normal do coletor for pelo menos 20
vezes 50 nA, ou 1 mA. Isso garante um erro de cálculo menor que 5%.
I
f
7
208 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.6
Ic
IV 40V
VCE
Figura6.10 A família de curvas do coletar.
Recapitulação
o transistor tem quatro regiões de operação distintas: ativa, corte, saturação e ruptura.
Os transistores operam na região ativa quando são usados como amplificadores -
circuitos que amplificam sinais fracos. Algumas vezes, esses circuitos são chamados
circuitos linearesporque variam o sinal de entrada, produzindo variação proporcional
no sinal de saída. As regiões de saturação e corte são usadas nos circuitos digitais e
outros circuitos de computador.
Exemplo6.5
Qual será a tensão entréQ colefOr é(j)émmSür nã.FigRra 6.7 se a.corrente do coletar
for de 1 mA, a resistência do coletar for de 3,6 kQ e a tensão de alimentação do
coletar for de 10 V?
Solução
Subtraia da tensão de alimentação do coletor a queda IR no resistor do coletar, como
segue:
VCE = l.~V mA)(3,6 kQ) = 6,4 V
mA
7 r
70 f.lA
61- &.-
60f.lA
51-&.-
SOf.lA
4 1-1.
40f.lA
3H.
30f.lA
21&.-
20f.lA
Il
lOf.lA
O
1
Cap.6 Transistores bipolares 209
6.7 ASAPROXIMAÇÕESDOTRANSISTOR
Para uma verificação de defeitos eficaz, projetos etc., você deve decidir por si mesmo,
usando o bom senso, que aproximação deve ser usada. Se não for uma aproximação
simples, a verificação de defeitos pode levar horas até que o defeito seja localizado em
circuitos com transistores. Se não for usada uma aproximação avançada, um projetista
poderá projetar circuitos com transistores de qualidade inferior.
o TransistorIdeal
.
c-':p
Se o fabricante pudesse produzir um transistor ideal ou perfeito, veja o que aconteceria
com as curvas da Figura 6.10:primeiro, não haveria região de ruptura, o que significa
que você poderia aplicar qualquer tensão entre os terminais do coletor e do emissor.
Segundo, não haveria corrente de corte do coletor, o que significa que a corrente do
coletor seria zero para IR=O.Terceiro, não haveria região de saturação, o que significa
que a região ativa iria estender-sea partir de VCE =O.
A Figura 6.11é uma representação do que acabamos de dizer. E sobre a curva
da base? A parte entre a base e o emissor de um transistor é um diodo. Idealmente, esse
diodo não teria barreira de potencial nem resistência de corpo. Ele seria o diodo ideal
já discutido anteriormente. Portanto, ele funcionaria como uma chave que está fechada
quando diretamente polarizado e aberta quando reversamente polarizado.
210 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
Ic
VCE
Figura6.11 As curvas ideais do coletor.
A Figura 6.12 representa a idéia do transistor ideal. O lado da entrada de um
transistor ideal é um diodo ideal. O lado da saída é uma fonte de corrente. Essa fonte
de corrente produz uma corrente constante igual ao ganho de corrente multiplicado
pela corrente da base:
IC = I3ccIB
A SegundaAproximação
Quando a tensão de alimentação do circuito da base for pelo menos 20 vezes o valor da
barreira de potencial, ou cerca de 14 V,o resultado é um erro de menos de 5% quando
você usa um diodo ideal. Mas a tensão de alimentação é geralmente menor que 14 V,o
que justifica por que a maioria das pessoas usa a segunda aproximação para o diodo
emissor. Em outras palavras, eles incluem0,7 V no cálculo da corrente da base.
IDEAL
+ IB IB
-J- V" . V"+VBE BcJB VCE
Figura6.12 o transistor ideal.
I
mA
7
70 !tA
6
60 !tA
5
50 !tA
4
40 !tA
-
3
30 !tA
2
20 !tA
-
I
10 !tA
-
I O
-
IV
I
40V
Cap.6 Transistores bipolares 211
A Figura 6.13 representa a segunda aproximação de um transistor. A única
diferença entre ela e o caso ideal é que agora fizemos a aproximação do diodo emissor
com a segunda aproximação de um diodo. Isto é, assumimos que existe uma queda de
tensão de 0,7 Ventre a base e o emissor do transistor.
VBE SEGUNDA
+ IB
-U-v V" .vec
+
BrrIB VCE
Figura6.13 A segunda aproximação.
ATerceiraAproximação
Para os casos de verificação de defeito e análise, tudo o que você deve saber sobre a
terceira aproximação são duas idéias básicas. Primeira, o diodo emissor possui uma
resistência de corpo que produz uma tensão que é somada com 0,7 V para a obtenção
da tensão total entre os terminais da base e do emissor. Com os transistores de baixa
potência, essa tensão adicional é tão pequena que não tem efeito sobre o valor de VBE'
Para os transistores de alta potência, a tensão adicional pode ser alta o suficiente para
produzir uma VBEmaior que 1 V.
Segunda, o diodo coletor tem uma resistência de corpo com alguns décimos
de volt sobre ela. Você não nota essa pequena tensão a não ser que o transistor esteja
operando na região de saturação. Logo{em vez de um voltímetro indicar exatamente
zero, ele pode indicar o valor de 0,1 até 0,2 para o caso de transistores de baixa potência.
roA.,
A não ser que esteja envolvido num projeto, você não precisa realmente entrar
em detalhes sobre a terceira aproximação. Tudo que você deve se lembrar é: VBEpode
ser maior que 0,7 V por causa da resistência de corpo do emissor e VCE pode ser maior
que zero quando o transistor está safurado. Para usar a terceira aproximação, você
pode medir VBEno circuito e depois usar esse valor em vez de 0,7 V quando for calcular
a corrente da base.
212 Eletrônica - 4u Edição - Volume 1 Cap.6
3,6 kQ
+
---=- 15 V
15 V --==-
Figura6.14 Exemplo.
+
I
I
1iw.-
'.."
L
Cap.6 Transistores bipolares 213
Esse exemplo permite-nos comparar as três aproximações para o caso de uma
tensão de alimentação da base baixa. Conforme você pode notar, todas as respostas
estão dentro de um volt de uma para a outra. Esse é o primeiro indício para você
decidir sobre qual dessas aproximações deve ser usada. Se você estiver verificando
defeito, a análise ideal será provavelmente adequada. Mas se você estiver projetando
circuito, deve querer usar a terceira aproximação por causa de sua precisão. Se tiver
dúvidas sobre qual dessas aproximações usar, use a segunda. Ela estabelece um bom
compromisso entre a verificação de defeito e a análise.
Exemplo6.8
Qual é a tensão entté o
aproximação?
usar a segunda
Solução
e tensões usando a segundaNa Figura 6.14, veja como calcular as
aproximação. A tensão no diodo emissor é
Portanto, a tensão total em RBé de 14,3 V, que é a diferença entre 15 e 0,7 V. A
corrente na base é
A corrente no coletor é igual ao gaMo de corrente multiplicado pela corrente da
base:
Tc = 100(30,4 !tA) = 3,04 mA
A tensão entre o coletor
VCE = 15 V - mA)(3,6 kQ) = 4,06 V
A diferençadessa re~posta em relação à ri
3,52 V. Essa diferença de meio volt é
verificando defeito, projetando etc.
osta ideal é de cerca de 0,5 V:4,06 versus
ortante? Issú depende você estar
214 Eletrônica - 46 Edição - Volume 1 Cap.6
Exemplo6.9
Suponha que a medida de VBEseja de 1 V.Qual é a tensão entre o coletor e o emissor
na Figura 6.14 se você
Solução
A tensão total em RBé de 14 V, que é a diferença entre 15 e 1 V. A lei de Ohm nos diz
que a corrente na base é
A
A corrente no coletor é igual ao ganho de corrente multiplicado pela corrente na
base:
)
A tensão entre o coletor e o emissor é igual a
6.8 A INTERPRETAÇÃODAS FOLHAS DE DADOS DO
TRANSISTOR
Os transistoresde pequenosinal podem dissipar no máximo meio watt de potência; os
transistoresdegrandesinal podem dissipar mais de meio watt de potência. Quando você
vir uma folha de dados para ambos os tipos de transistores, deve começar com os
valores nominais máximos, porque eles são os limites das correntes, tensões e outros
parâmetros do transistor.
OsValoresNominaisda Ruptura
Os valores nominais máximos do 2N3904 são dados no Apêndice:
Cap.6 Transistores bipolares 215
VCB
BCEO
VEB
60V
40V
6V
/
Essas tensões nominais são as tensões reversas de ruptura e VCB é a tensão
entre o coletor e a base. O segundo valor nominal é VCEO' que representa a tensão do
coletorpara o emissor coma base aberta. Alémdisso,VEBé a tensão do emissor para a
base. Come sempre, um projeto de segurança nunca permite que a tensão esteja
próxima dos valores nominais máximos. Lembre-se: se você aproximar a tensão dos
valores nominais máximos, isso pode diminuir a vida útil de alguns dispositivos.
L
sorUftm
"="
216 Eletrônica - 4B Edição - Volume 1 Cap.6
ACorrentee a PotênciaMáxima
Mostramos também outros valores nominais máximos:
~,
\
~
'\
Aqui, Ic é a corrente cc nomi~l máxima do coletor. Isso significa que o 2N3904 p~~
funcionar com uma corrente direta de até 200 mA. Os outros três valores nominais são
Po, que é a potência nominal máxima desse dispositivo. Como você pode ver, a potência
máxima na qual um transistor pode funcionar depende da temperatura. Sea temperatu-
raambiente for de 60°C, a potência nominal máxima será de 250 mW. Essa tempe-
ratura é usada porque os equipamentos comerciais sempre operam com uma
temperatura ambiente na faixa de Oa 60°c. A folha de dados fornecea potência de
dissipação para o pior caso, que é de 60°c.
Se a temperatura ambiente for de apenas 25°C,a potência nominal será de 350
mW. O transistor tem uma potência nominal maior, porque a temperatura interna é
menor. É a temperatura interna ou da junção que determina quando um transistor
queima. Se a temperatura externa for menor, a temperatura interna será menor, então
o ponto de queima será menor. Nesse caso, o transistor pode dissipar mais potência.
IC
Po
Po
PD
200 mA dc
250 mW (para TA = 60°C)
(para TA = 25°C)
(para TC = 60°C)
350 mW
lW
O encapsulamento tem uma temperatura que é geralmente maior que a
temperatura ambiente. Se o projetista sabe qual a temperatura no encapsulamento,
pode preferir trabalhar com a potência nominal fornecida para a temperatura do
encapsulamento.
Os FatoresdeDegradação
Conforme o discutido no Capítulo 5, o fator de degradação informa em quanto deve
ser reduzida a potência nominal de um dispositivo. O fator de degradação do 2N3904
é dado como 2,8 mW / oCOIsso significa que você deve reduzir a potência nominal de
350 mW por 2,8 mW para cada grau acima de 25°c.
\
\
"
Capo6 Transistores bipolares 217
OsDissipadoresde Calor
Uma forma de aumentar a potência nominal de um transistor é retirando o calor
interno mais rapidamente. Essa é a função de um dissipador de calor (uma massa
metálica). Se aumentarmos a superfície do encapsulamento do emissor, permitiremos
que o calor seja trocado com o meio ambiente mais facilmente. Por exemplo, a Figura
6.15amostra um tipo de dissipador. Quando ele está em contato com o encapsulamento
do transistor, o calor é irradiado mais rapidamente, por causa da superfície maior do
encapsulamento.
A Figura 6.15b mostra um outro sistema. Ele é o esboço de um transistor de
potência com placa metálica de dissipação de calor. Uma placa metálica estabelece um
meio para esfriar o transistor. Essa placa metálica pode ser parafusada ao chassis do
equipamento eletrônico. Como o chassis é uma massa dissipadora de calor, o calor
gerado no transistor pode ser facilmente passado para o chassis.
~
I
~
Coletor conectado
ao encapsulamento
9.2O O@1
Pino 1. Base
20 Emissor
Coletor no
encapsulamento
(a) (b) (c)
Figura 6.15 (a) Dissipador de pressão; (b) transistor com placa metálica para dissipação;
(c) transistor de potência com coletor conectado ao encapsulamentoo
Não importa o tipo de dissipador usado. A finalidade édiminuir a tempera-
tura do encapsulamento porque isso diminuirá a temperatura interna ou da junção do
transistor. A folha de dados inclui outros parâmetros, chamados resistênciastérmicas.
Esses parâmetros permitem ao projetista calcular a temperatura do encapsulamento
para diferentes tipos de dissipador de calor.
...'
..
218 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
o GanhodeCorrente
Num outro sistema de análise chamado parâmetrosh, é usado hFEem vez de ~cc como
símbolo para o ganho de corrente. Esses dois parâmetros são iguais:
f3cc= hFE (6.8)
Lembre-se dessa relação, porque as folhas de dados usam o símbolo hFEpara o ganho
de corrente.
Na seção denominada "Características", a folha de dados do 2N3904 fornece
os valores de hFE'como segue:
Máx. hFE
300
o 2N3904 funciona melhor quando a corrente do coletor está próxima de 10
mA. Com esse nível de corrente, o ganho mínimo de corrente é de 100 e o ganho
máximo, 300. O que significa isso? Significa que se você produzir um circuito em
grande escala usando o 2N3904 com uma corrente de coletor de 10 mA, alguns dos
transistores poderão ter um ganho de corrente baixo de 100 e outros poderão ter um
ganho de corrente alto de 300. A maioria dos transistores terá um ganho de corrente no
meio dessa faixa.
Observe como o ganho de corrente diminui para as correntes de coletor que
são menores ou maiores que 10 mA. Com 0,1 mA, o ganho de corrente mínimo é de 40.
Com 100 mA, o ganho de corrente mínimo é de 30. A folha de dados mostra apenas o
ganho de corrente mínimo para correntes diferentes de 10 mA, porque os valores
mínimos representam os piores casos. Os projetistas geralmente usam o pior caso nos
projetos, indicando que eles imaginam como o circuito operará quando as caracte-
rísticas do transistor, tal como o ganho de corrente, estiverem no seu pior caso.
It-
tc,mA Mín.hFE
0,1 40
1 70
10 100
50 60
100 30
!
....
-pc
I
).'
,
Capo6 Transistores bipolares 219
6.9 VERIFICAÇÃODEDEFEITOS
.
~
A Figura6.16mostra um circuitoem emissor comum com os terras. Uma tensão de 15
V alimenta a base que polariza o diodo emissor diretamente por meio de uma resis-
tência de 470 kQ. Uma tensão de 15 V alimenta o coletor e polariza o diodo coletor
reversamente por meio de uma resistência de 1 kQ. Vamos usar a aproximação ideal
para calcular a tensão entre o coletor e o emissor. Os cálculos estão a seguir:
IB = 15 V470 kQ = 31,9 [tA
IC = 100(31,9 [tA) = 3,19 mA
t
VCE = 15 V - (3,19mA)(l kQ) = 11,8V
220 Eletrônica - 49 Edição - Volume 1 Cap.6
Exemplo6.1.2
Até que ponto é seguro para o nível de dissipação de potência se a temperatura
ambiente for delOQ°C gp Exemplo~.l1~
Solução
Primeiro, calcule a nova ambiente em relação à temperatura de
referência de 25°c. Faça isso como segue:
Algumas vezes, você verá isso escrito como
onde 6.xepresegta uclife:J;'ençF!deu. ~ia.~, eq].J.aç~oCPmoél d,iferegça d,e temperatura
é igual a 75°C.
Agora, multiplique o fator de degradação pela diferença de temperatura para
obter
(2,8 m WjOC)(75°C) = 210 mW
Você verá isso escrito como
fliJ = 210 m W
onde 6.P representa a diferença de potência. Finalmente, você subtrai a diferença de
potência da potência nominal em 25°C:
PD(máx) =350 ínW - 210 rriW - 140 mW
Essa é a potência nominal do transistQr quando a temperatura amQiente for de 100°c.
Até que ponto esse projeto é seguro? O transistor ainda funciona bem, porque
sua potência é de 100 mWçpmparéld,açoffiél pQtêQçiaQorninald,e ~40 1):1W. Mas já
não temos o fator de segurança de 2. Sea temperatura ambiente aumentasse ainda
mais, ou se a dissipação de potência aumentasse, o transistor poderia estar
perigosamente próximo de.$uaiqueimél' Po:r i$$O,~mprojetista devereprojetar o
circuito a fim de restaurar otatorde segurança de 2. Isso significa mudar os valores
do circuito para obter uma dissipação de potência que seja a metade de 140 mW, isto
é, 70 mW. Uma forma poderia ser red,uzir atensjio ei/11treoc,oletor eo emissor para 7
V. Logo, a potência dir11ínuiria para
PD = (7V)(10mA) = 70mW
"
~
I
I
I
1
~
Cap.6 Transistores bipolares 221
c Rc D
+
--= Vcc
115V
1 kQ
- -
Figura6.16 A verificação de defeitos num circuito com transistor.
DefeitosComuns
r
1
Se você estiver verificando defeito num circuito como o da Figura 6.16, deve primeiro
medir entre o coletor e o emissor. O valor deve estar próximo de 11,8 V. Por que não
usamos a segunda ou a terceira aproximação para obter uma resposta mais precisa?
Porque os resistores geralmente têm uma tolerância de pelo menos ::1:5%,o que faz com
que a tensão entre o coletor e o emissor seja diferente de seus cálculos, indepen-
dentemente da aproximação que você esteja usando.
De fato, quando defeitos ocorrem, geralmente são grandes problemas como
curtos ou circuito aberto. Os curto-circuitos podem ocorrer por causa de dispositivos
danificados ou respingos de soldas entre resistores. Os circuitos abertos podem ocorrer
quando um componente se queima. Problemas como esses produzem grandes varia-
ções nas correntes e nas tensões. Por exemplo, um dos problemas mais comuns é a falta
de tensão de alimentação no coletor. Isso pode acontecer de vários modos diferentes,
tal como um defeito na própria fonte de alimentação, um terminal aberto entre a fonte
de alimentação e o resistor do coletor, um resistor do coletor aberto etc. Em qualquer
um desses casos, a tensão no coletor da Figura 6.16será aproximadamente zero, porque
não há tensão de alimentação no coletor.
Um outro problema possível é um resistor de base aberto, o que faz com que
a corrente de base caia a zero. Isso força a corrente do coletor a também cair a zero, e a
tensão entre o coletor e o emissor aumenta para 15 V,o valor da tensão de alimentação
do coletor. Um transistor aberto tem o mesmo efeito.
I
f
o QuePensamosTécnicosaoVerificarDefeitos?
o ponto é o seguinte: os problemas típicos provocam grandes desvios nas correntes e
nas tensões do transistor. Os técnicos, ao verificar defeitos, raramente se preocupam
com diferenças de décimos de um volt. Eles estão em busca de tensões que são
radicalmente diferentes dos valores ideais. Por isso, o transistor ideal é usado como
A RB B
vBB -
15V 1
-
222 Eletrônica - 4B Edição - Volume 1 Cap.6
ponto de partida na verificação de defeitos. Além do mais, isso explica por que os
verificadores de defeito não usam nem mesmo as calculadoras para calcular a tensão
entre o coletor e o emissor.
Se eles não usam calculadoras, o que fazem? Eles estimam mentalmente o
valor da tensão entre o coletar e o emissor. Aqui está o pensamento de um experiente
técnico em verificação de defeitos enquanto estima o valor da tensão entre o coletor e o
emissor da Figura 6.16.
A tensão no resistor da base é de cerca de 15 V. A resistência da base de 1 MQ deveria
produzir uma corrente da base de aproximadamente 15 ~. Como 470 kQ está
próximo da metade de 1 MQ, a corrente da base deve ser de aproximadamente 30 ~.
Um ganho de corrente de 100 dá uma corrente de coletor de cerca de 3 mA. Quando
essa corrente circular pelo resistor de 1 kQ, ela produzirá uma queda de tensão de 3 V.
Subtraindo 3 V de 15 V temos 12 V nos terminais coletor e emissor. Logo, V CEdeveria
medir cerca de 12 V, ou há alguma coisa errada no circuito.
ATabeladeDefeitos
Conforme discutido no Capítulo 5, um componente em curto é equivalente a uma
resistência zero, enquanto um componente aberto é equivalente a uma resistência
infinita. Por exemplo, o resistor da base RB pode estar curto-circuitado ou aberto.
Vamos chamar essas declarações de RBSe RBO'De modo similar, o resistor do coletar
pode estar em curto ou aberto, que vamos chamar de Rcs e Reo.
A Tabela 6.1 mostra alguns defeitos que podem ocorrer num circuito como o
da Figura 6.16. As tensões foram calculadas usando-se a segunda aproximação.
Quando o circuito estiver operando normalmente, você deve medir uma tensão no
coletor de cerca de 12 V.Se o resistor da base estivesse em curto, a tensão na base seria
de +15 V. Essa tensão alta destruiria o diodo emissor.Como resultado, o diodo do
coletor provavelmente abriria, forçando a tensão no coletar a ir para 15 V.Esse defeito
RBSe suas tensões estão mostrados na Tabela 6.1.
Vc,V
12
Comentários
Sem defeito
15
15
Transistor queimado
Sem corrente na base ou coletor
Tabela6.1 Problemas e sintomas.
Defeitos Va, V
Nenhum 0,7
RBS 15
RBO O
t
Cap.6 Transistores bipolares 223
Problemas e sintomas. (continuação)
Comentários
Verifique a fonte e os terminais
Verifique a fonte e os terminais
Se o resistor da base estivesse aberto, não haveria tensão na base ou na
corrente. Além do mais, a corrente no coletor seria zero e a tensão no coletor aumenta-
ria para 15V.Esse defeito RBOe suas tensões são mostrados na Tabela 6.1.Continuando
assim, podemos obter o restante da Tabela 6.1.
TÓPICOSOPCIONAIS
6.10 OPONTODEVISTADASBANDASDEENERGIA
~
Aqui está um outro modo de visualizar a ação do transistor. A Figura 6.17 mostra os
níveis de energia de um transistor não-polarizado. A camada de depleção do emissor é
mais inclinada do que a camada de depleção do coletor, porque o nível de dopagem do
emissor é maior. O fato mais importante a ser observado é que os elétrons livres no
emissor não têm energia suficiente para entrar na região da base, que tem um nível de
energia mais alto.
PBASE
n EMISSOR
............
n COLETOR
t
T
o o
o
Figura6.17 Os níveis de energia de um transistor.
Tabela6.1
Defeitos
{ Res
I ReG
I Sem VBB
Sem Vee
Va,V Ve,V
0,7 15
0,7 o
O 15
0,7 O
224 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
Quando Otransistor está polarizado, contudo, os níveis de energia se deslocam
conforme mostrado na Figura 6.18. As bandas do emissor movem-se para cima, porque
o diodo emissor está diretamente polarizado. As bandas do coletor movem-se para
baixo, pois o diodo coletor está reversamente polarizado. Por isso, os elétrons agora
têm energia suficiente para se difundirem na base.
Uma vez dentro da base, os elétrons livres tornam-se portadores minoritários
porque estão dentro de uma região p. Em quase todos os transistores, mais de 95%
desses elétrons livres têm vida média suficiente para difundirem-se até a camada de
depleção do coletor e descer a colina de energia do coletor. Como eles passam para uma
banda de energia mais baixa, devolvem a energia em forma de calor. O coletor deve ser
capaz de dissipar esse calor e, por essa razão, é geralmente a região dopada de maior
área das três. Normalmente, menos de 5% dos elétrons na base caem e se recombinam
pelo caminho mostrado na Figura 6.18.Aqueles que realmente se recombinam tornam-
se elétrons de valência e circulam pelas lacunas da base e entram pelo terminal externo
da base.
n EMISSOR
PBASE
...............
/' , ~CAMINHO PARA I . . . . . . . . .RECOMBINAÇÃO I . . . . . . . .~
n COLETOR
Figura 6.18 Os níveis de energia quando o transistor está polarizado.
6.11 ALFAcc
Dizer que mais de 95% dos elétrons alcançam o coletor é o mesmo que dizer que a
corrente de coletor é quase igual à corrente do emissor. O alfa ccde um transistor indica
quão próximo em valor estão as duas correntes e isso é definido como
Ic
acc = IE
(6.9)
~
r
I
~'
Capo6 Transistores bipolares 225
Por exemplo, se medirmos uma Ic de 4,9 mA e uma IEde 5 mA, então
4,9 mA = 0,98aee = 5 mA
Quanto mais estreita e mais levemente dopada for a base, maior será o alia cc. Ideal-
mente, se todos os elétrons injetados fossem para o coletor, o alia cc seria igual à
unidade. Muitos transistores têm o alia ccmaior que 0,99,e a maioria deles tem alias cc
maiores que 0,95.Por isso, podemos aproximar o alia ccpara 1 na maioria das análises.
6.12 A RELAÇÃOENTREALFAEHETA
A lei das correntes de Kirchhoff diz que
IE = Ic + IB (6.10)
Isto é, a corrente do emissor é a soma da corrente do coletor com a corrente da base.
Lembre-se sempre do seguinte: a corrente do emissor é a maior das três correntes, a
corrente do coletor é quase igual e a corrente da base é muito pequena.
Dividindo os dois lados da Equação (6.10)por Ic obtemos
IE IB
-=1+-
Ic Ic
,
'\ ou
1 1
-=1+-
aee l3ee
~
I
Com álgebra, podemos rearranjar essa equação para obter
aee (6.11)
l3ee= 1 - aee
Eletrônica- 4a Edição - Volume 1 Cap.6226
Como exemplo, se acc = 0,98, o valor de I3ccé
- 0,98 = 0,98 = 49
I3cc- 1 - 0,98 0,02
Ocasionalmente, necessitamos de uma forma de acc em termos de I3cC"Com
álgebra, podemos rearranjar a Equação (6.11) para obter
I3cc
acc = j3cc+ 1
(6.12)
Por exemplo, se I3ccfor igual a 100,
100 100
aee = 100 + 1 = 101 = 0,99
6.13 AS CURVAS DA BASE
A Figura 6.19 mostra um gráfico da corrente da base versus a tensão entre a base e o
emissor. Como a seção base-emissor de um transistor é um diodo, esperamos encontrar
um gráfico que lembre a curva de um diodo. E é isso que obtemos, ou melhor, quas,e
isso. Lembre-se de que existem mais variáveis num transistor que num diodo. A
medida que a tensão no coletor aumenta, ele captura alguns elétrons a mais. Isso reduz
a corrente da base. A Figura 6.19 ilustra essa idéia. A curva correspondente a um VCE
maior tem uma corrente da base ligeiramente menor para um dado valor de VBE'Esse
fenômeno,chamadoefeitoEarly,resulta da realimentaçãointerna do diodo coletorpara
o diodo emissor. A folga entre as curvas na Figura 6.19 é muito pequena, imperceptível
num osciloscópio. Por essa razão, ignoramos o efeito Early nas análises preliminares.
(Os parâmetros h, um método de análise de alto nível, incluem o efeito Early.)
IB VCE= 1
VBE
Figura6.19 As curvas da base: (a) ideal; (b) o efeito Early.
I
~
Cap.6 Transistores bipolares 227
6.14 AS REGiÕES DE CORTE E RUPTURA
t A curva mais baixa do coletor serve a uma corrente zero na base. A condição IB =Oé
equivalente a uma base aberta (veja a Figura 6.20a). A corrente do coletor com o
terminal da base aberto é designada por ICEO'onde o subíndice CEO representa do
coletor para o emissor com a base aberta e ICEOé provocada em parte pelos portadores
produzidos termicamente e em parte pela corrente de fuga da superfície.
A Figura 6.20d mostra a curva de IB=O.Com uma tensão de coletor suficien-
temente alta, atingimos a tensão de ruptura denominada BVCEO' onde o subíndice
também representa do coletor para o emissor com a base aberta. Numa operação
normal do transistor, devemos manter VCE abaixo de BVCEDo A maioria das folhas de
dados dos transistores fornece o valor de BVCEOentre os valores nominais máximos.
Essa tensão de ruptura pode ser menor do que 20 ou maior que 200 V,dependendo do
tipo do transistor.
f
1cEO----.
~"
(a)
Figura6.20 A corrente de corte e a tensão de ruptura do transistor.
Como regra, um bom projeto inclui um fator de segurança para manter VCE
bem abaixo de BVCEO.A vida do transistor pode ser reduzida por um projeto que force
um valor nominal máximo absoluto para um transistor. Um fator de segurança de 2
(VCEmenor que metade de BVCEO)é comum. Alguns projetos de segurança ou conser-
vativosusam um fator de segurança de até 10 (VCEmenor que um décimo de BVCEO)'
Ic
1B=O
ICEO
)J
. VCEI
BVCEO
(b)
228 Eletrônica - 4Q Edição - Volume 1 Cap.6
6.15 ATERCEIRAAPROXIMAÇÃO
o diodo emissor tem uma resistência de corpo. Por ser muito pequena, essa resistência
de corpo provoca geralmente uma pequena queda IR, o que significa que VBEé apenas
ligeiramente maior que 0,7 V.
O diodo coletor também tem uma pequena resistência de corpo. Essa resis-
tência de corpo não tem efeito na região ativa. Você nota o efeito dessa resistência de
corpo apenas quando o transistor opera na região de saturação. É a resistência de corpo
do diodo coletor que produz uma inclinação na região de saturação das curvas do
coletor. Como a resistência de corpo diminui quando próxima de zero, as curvas do
coletor movem-se, aproximando-se das curvas ideais discutidas anteriormente.
Quando a resistência de corpo é zero, as curvas do coletor são ideais.
As resistências de corpo dos dois diodos têm um pequeno efeito sobre as
correntes e as tensões nos transistores de baixa potência. Os transistores de baixa
potência, também chamadostransistoresde pequenosinal, têm uma potência nominal
menor que meio watt. Por exemplo, o 2N3904, com uma corrente de coletor de 100mA,
tem uma VBEde 0,85 V em vez de 0,7 V.Quando operando na região de saturação, esse
transistor tem uma tensão entre o coletor e o emissor de apenas 0,28 V para uma
corrente do coletor de 100 mA.
Os transistores de potência são diferentes. Eles têm potências nominais acima
de meio watt. Eles são projetados para funcionar com correntes altas. Como a corrente
é alta, a queda IR na resistência de corpo é importante. Um projetista de circuitos com
transistores de potência precisa incluir essas resistências de corpo nos seus cálculos.
Um técnico, ao verificar defeitos em circuitos de potência, deve, no mínimo, ter cons-
ciência dessa queda em VBE'que é maior que a queda usual. Por exemplo, o 2N3055 é
um transistor com uma potência nominal de 115 W. Com uma corrente de coletor
muito alta de 10 A, esse transistor tem uma VBEde 1,6 V e uma VCEde 0,5 V na região
de saturação.
A Figura 6.21 mostra a terceira aproximação para um transistor. A curva da
base tem uma inclinação para a direita. Portanto, à medida que a corrente da base
aumenta, a tensão na resistência de corpo aumenta acima da tensão de joelho para
obter a tensão VBEtotal. Por exemplo, o diodo emissor de um 2N3904 tem uma
resistência de corpo de 1,5 Q. Quando a corrente do emissor é de 100 mA, a queda
adicional IRé
IE rB(emis) = (100 mA)(I,5 Q) = 0,15 V
Portanto, a queda total em VBEé
I'
T
J
~'
~
Cap,6 Transistores bipolares 229
VBE = 0,7V + 0,15 V = 0,85 V
Como outro exemplo, o diodo emissor de um 2N3055 tem uma resistência de
corpo de 0,09 Q. Quando a corrente de emissor for de 10 A, a queda adicional IR será
IE rB(emís) = (10 A) (0,09 Q) = 0,9 V
Nesse caso, a queda total VBE é
VBE = 0,7 V + 0,9 V = 1,6 V
+
IB
-lt-v V"
+
VBE TERCEIRA
r
1
I
Figura6.21 A terceira aproximação.
.va
A terceira aproximação inclui um resistor rB(col)em série com a fonte de
corrente. Esse resistor não tem efeito na região ativa. Mas quando o transistor está
saturado, a tensãono resistor evita que VCEdiminua até zero. A tensão entre o coletar
e o emissor na região de saturação é dada par
VCE(sat) = IC(sat) rB(col)
,
(6.13)
Por exemplo, o diodo coletor do 2N3904 tem uma resistência de corpo de 2,8
Q. Se o transistor for saturado e a corrente de coletor for de 100mA,
VCE(sat) = (100 mA)(2,8 Q) = 0,28 V
Essa tensão é importante quando o transistor está operando na região de saturação.
230 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.6
6.16 A RESISTÊNCIADEESPALHAMENTODABASE
Com duas camadas de depleção penetrando na base, as lacunas da base ficam confina-
das a um estreito canal semicondutor do tipo p mostrado na Figura 6.22. A resistência
desse estreito canal é chamada resistênciade espalhamentoda baser'b'Aumentando-se a
tensão de polarizaçãoreversa VCB sobre o diodo coletor,a largura do canal p diminui,
o que equivalea um aumento em r~.
A corrente de recombinação na base deve circular para baixo através de r~.
Quando isso ocorre, ela produz uma diferença de potencial. Discutiremos essa tensão
mais tarde. Por hora, tudo o que sabemos é que r; existe e que depende da largura do
canal p na Figura 6.22,assim como do nível de dopagem da base. Em raros casos,r~
pode ser tão alto quanto 1.000 Q. Tipicamente, seu valor está na faixa de 50 a 150Q. Os
efeitos de r~ são importantes em circuitosde alta freqüência.Em baixas freqüências,
r~ geralmente apresenta um pequeno efeito.Por essa razão, ignoramos os efeitosde
rbaté os últimos capítulos.
CAMADA DE
DEPLEÇÃO DO
EMISSOR
CAMADA DE
CANALp DEPLEÇÃODO
~ / COLETOR
Bl-----------+ -----------+ -----------
VER
+
; ELÉTRONS
~DA BASE
+
VCB
Figura6.22 A resistência de espalhamento da base.
6.17 o MODELODEEBERS-MOLL
Para se lembrar das principais idéias sobre o funcionamento do transistor, observe o
circuito equivalente da Figura 6.23a,mostrado para a corrente convencional. A tensão
VBEé maior que 0,7 V aproximadamente, e o emissor injeta elétrons na base. Conforme
mencionado antes, a corrente no diodo emissor controla a corrente do coletor. Por essa
razão, a fonte de corrente do coletor força uma corrente de aclEa circular no circuito do
coletor. O circuito equivalente da Figura 6.23asupõe que VCEé maior que um volt ou
~
Cap.6 Transistores bipolares 231
mais, mas menor que a tensão de ruptura. Em outras palavras, o circuito equivalente
supõe que o transistor opera na região ativa. A tensão internaV~E difere da tensão
aplicada VBEpela queda em r ~:
, ,
VBE = V BE+ IBrb
Quando a queda IB r ~ for pequena, VBEé aproximadamente igual a V ~E'
.j-
IC =arrIE--
+
VBE
.t
+
V'BE
.t
+
VCE c:>
(a)
"'Ir---.
"'Ir--
'f' IB"'---
13eeO-
VB~~ !Ir
- ~ <e---
- 13ee
+
VB~t:IE
I
(b) (c)
~, Figura6.23 (a) O circuito equivalente para o transistor; (b) o modelo de Ebers-Moll; (c) o
modelo para o fluxo de elétrons.
A Figura 6.23b mostra um modo comum de desenhar o circuito equivalente
de um transistor. Ele é usado em uma análise com corrente convencional. Se você
preferir o fluxo de elétrons, use o circuito equivalente da Figura 6.23c. Esse circuito
equivalente de um transistor, com um diodo em série com uma fonte de corrente, é
chamado modelode Ebers-Moll.Na utilização do modelo de Ebers-Moll,geralmente é
usada a aproximação como segue:
1. Use VBE igual a 0,7 V para os transistores de silício (0,3 V para os
transistores de germânio).
232 Eletrônica - 4a Edição - Volume 1 Cap.6
2. Despreze a queda lB rb (isso equivale a considerar o produto de lB e rb
como sendo desprezivelmente pequeno).
Considere Ic como sendo igual a lE,porque Ct.ccé aproximadamente igual
à unidade.
3.
4. Use lBcomo sendo aproximadamente igual a lE/~cc,porque Ic é aproxi-
madamente igual alE.
6.18 EXEMPLODATERCEIRAAPROXIMAÇÃO
As resistências de corpo são incluídas na terceira aproximação. Para obter os valores
dessas resistências de corpo, você deve consultar a folha de dados para o transistor em
particular. Por exemplo, a folha de dados do 2N3904 mostra um gráfico idêntico ao da
Figura 6.24. O gráfico que desejamos é o do meio, porque as duas curvas em linhas
tracejadas são para a região de saturação. A curva do meio é para a região ativa. Para
calcular a resistência de corpo, leia os valores de tensão e de corrente para o ponto mais
alto mostrado: 1 V e 200 mA. Agora, calcule a resistência de corpo como segue:
1 V - 0,7 V = 1,5 QrB(emis)= 200 mA
1V
~
/,
/
/ '
'"
'" ..-.-
;
""~ V~ ~@ VcE =1,0-- VBE
0,56 V
I
I
I
I
I
/
VCE(sat)@ Ic/IB =10 '" '"
",,;
o 10 200 mA
CORRENTEDO COLETaR
Figura 6.24 As curvas do transistor.
u
...
Cap.6 Transistores bipolares 233
A curva mais baixa da Figura 6.24 pode ser usada para calcular a resistência
de corpo do coletor. Conforme discutido anteriormente, só necessitamos dessa resis-
tência de corpo quando o transistor opera na região de saturação. Portanto, não
precisamos calcular a resistência de corpo do coletor para esse exemplo, mas aqui está
um modo de fazê-Io. Leia a tensão e a corrente para o ponto mais alto: 0,56 V e 200 mA.
Depois, calcule como segue:
0,56 V = 2,8 QrB(col)= 200 mA
Por causa das tolerâncias de fabricação, as curvas da Figura 6.24 se aplicam
apenas aos transistores típicos da série 2N3904. Além disso, as resistências de corpo
também dependem de um ponto particular que você esteja lendo. Usamos os pontos
mais altos das curvas porque são pontos convenientes bem abaixo do joelho do diodo.
Portanto, os valores obtidos para as resistências de corpo não são exatos. São valores
apenas estimados. Mas são suficientes porque têm apenas um ligeiro efeito sobre as
correntes e as tensões do circuito.
Como o transistor está operando na região de ruptura, apenas a resistência de
corpo do emissor tem efeito sobre as correntes e tensões. A tensão na resistência de
corpo do emissor deve ser somada com a barreira de potencial, como segue:
VBE = 0,7 V + IE rE(emis) (6.14)
':>
Como a tensão adicional é geralmente pequena se comparada com 0,7V, um valor
estimado para a resistência de corpo do emissor é sempre adequado com esse cálculo.
Veja aqui como melhorar suas respostas. Calcule VBEcom a Equação (6.14).
Depois, use esse valor na Equação (6.5) para obter um valor mais preciso para a
corrente da base. Então, continue com as equações (6.3)e (6.6)para obter a tensão entre
o coletor e o emissor. A resposta obtida é bem precisa.
Na maioria das vezes, não há melhorias com o uso da terceira aproximação
para uma análise de circuito com transistor. Por quê? Porque a corrente do coletor é
geralmente pequena. E uma pequena corrente de coletor significa que aparece apenas
uma pequena tensão na resistência de corpo do emissor. Como uma regra prática, se a
tensão adicional for de pelo menos 0,1 V, não ficará pior com o uso da terceira
aproximação. Em símbolos, use a terceira aproximação apenas quando
IE rE(emis) > 0,1 V
234 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.6
Em resumo, quando VBBfor maior que 14 V,o transistor ideal será adequado
para quase todos os tipos de trabalho. Quando VBBfor menor que 14 V, a segunda
aproximação pode ser usada se sua precisão for de pelo 5%.Se a corrente do coletor for
alta, verifique o valor de IErB(emis)para ver se ele é maior que 0,1 V.Em caso afirmativo,
você deve usar a terceira aproximação.
6.19 A CONEXÃOEMBASECOMUM
Polarize o diodo emissor diretamente e o diodo coletor reversamente, e o inesperado
acontece. Na Figura 6.25a, esperamos uma alta corrente no emissor, porque o diodo
emissor está diretamente polarizado. Mas não esperamos uma alta corrente no coletor
porque o diodo coletor está reversamente polarizado. Entretanto, a corrente do coletor
é quase tão alta quanto a do emissor.
Aqui está uma breve explicação de por que obtemos uma corrente alta no
coletor na Figura 6.25a. No instante que a polarização diretk é aplicada no diodo
emissor, os elétrons no emissor ainda não entraram na região da base (veja a Figura
6.25b). Se VBEfor maior que a barreira de potencial (0,6 a 0,7 V para os transistores de
silício), poucos elétrons entram na região da base, conforme mostrado na Figura 6.25c.
Esses elétrons na base podem circular em duas direções: para baixo pela região fina da
base dentro do terminal externo da base ou através da junção do coletor, dentro da
região do coletor. A componente que desce da base é chamada correntederecombinação.
Ela é pequena porque a base é fracamente dopada, com apenas algumas lacunas.
Uma segunda idéia importante é que a base é muito estreita. Na Figura 6.25c,
a base está repleta de elétrons injetados na banda de condução, provocando uma
difusão dentro da camada de depleção do coletor. Uma vez dentro dessa camada, os
elétrons livres são empurrados pelo campo da camada de depleção para dentro da
região do coletor (veja a Figura 6.25d). Esses elétrons no coletor podem então circular
pelo terminal externo do coletor, conforme mostrado.
Eis um quadro final do que está acontecendo. Na Figura 6.25d,visualizamos
uma grande quantidade de elétrons saindo do terminal negativo da fonte e entrando
na região do emissor. A base, estreita e levemente dopada, dá à maioria desses elétrons
vida média suficiente para que se difundam para a camada de depleção do coletor. O
campo na camada de depleção força essa grande quantidade de elétrons para a região
do coletor. Esses elétrons saem do coletor, entram no terminal externo do mesmo e
circulam pelo terminal positivo da fonte de tensão. Em quase todos os transistores,
mais de 95% dos elétrons injetados no emissor circulam para o coletor; menos de 5% se
recombinam com as lacunas da base e circulam pelo terminal externo da base.
Cap.6 Transistores bipolares 235
MUITOS ELÉTRONS--.
+
VEB
+
I POUCOS
.. ELÉTRONS
MUITOS ELÉTRONS--.
+
VCB
(a)
p n n p
r===.~ ~ r===' ~
n
(b)
ELÉTRONS
DO EMISSOR--. - - - ,-
VEB
+
I ELÉTRONS
.. DA BASE+
(d)
Figura6.25 A conexão em base comum.
n
(c)
ELÉTRONS
DO COLETOR--.
+
VCB
Um ponto final: o circuito na Figura 6.25 é chamado basecomumporque o terra
é comum para cada uma das fontes que, por sua vez, está conectado na base.
236 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1
- - -
Cap.6
- - - -APOIOAOSEStUDOS
RESUMO
Seção6.1 OTransistorNão-polarizado
Um transistor tem três regiões dopadas:
um emissor, uma base e um coletor.
Existe uma região pn entre a base e o
emissor. Essa parte do transistor é cha-
mada de diodo emissor. Existe uma
outra junção pn entre a base e o coletor.
Essa parte é chamada de diodo coletar.
Seção 6.2 OTransistorPolarizado
Para uma operação normal, você polari-
za o diodo emissor diretamente e o dio-
do coletor reversamente. Sob essas
condições, o emissor injeta elétrons li-
vres na base. A maioria desses elétrons
livres passa da base para o coletor. Por
isso, a corrente do coletor é aproxi-
madamente igual à corrente do emissor.
A corrente da base é muito menor, tipica-
mente menor que 5% da corrente do
emissor.
Seção 6.3 As CorrentesnoTransistor
A razão da corrente do coletor pela cor-
rente da base é chamada de ganho de
corrente, simbolizada por I3ccou hFE.
Para os transistores de potência, esse va-
lor é tipicamente de 100a 300. A corrente
.do emissor é a maior das três correntes, a
do coletor é quase igual à corrente do
emissor e a corrente da base é muito
menor.
Seção 6.4 A ConexãoEC
o emissor é aterrado ou posto em
comum num circuito em Ec. A parte
base-emissor de um transistor age
aproximadamente como um diodo
comum. A parte base-coletor age como
uma fonte de corrente. O transistor tem
uma região ativa, uma região de satura-
ção, uma região de corte e uma região de
ruptura. A região ativa é usada nos
amplificadores lineares. A saturação e o
corte são usados nos circuitos digitais.
Seção 6.5 A Curvada Base
O gráficoda correnteda base versusten-
são base-emissor tem a mesma aparên-
cia do gráfico de um diodo comum. Na
maioria das vezes, a aproximação ideal e
a segunda aproximação são suficientes.
Seção 6.6 As CurvasdoColetor
As quatro regiões de operação distintas
de um transistor são a região ativa, a
região de saturação, a região de corte e a
região de ruptura. Quando usado como
amplificador, ele opera na região ativa.
Quando usado em circuitos digitais, ele
opera nas regiões de saturação e corte. A
região de ruptura é geralmente evitada
porque o transistor corre um risco muito
alto de ser danificado.
Seção 6.7 AsAproximaçõesdoTransistor
Respostas exatas são perdas de tempo na
maioria dos trabalhos em eletrônica. A
\
-!-
Cap.6 Transistores bipolares 237
r
maioria das pessoas usa as aproxi-
mações porque as respostas são adequa-
das para a maioria das aplicações. O
transistor ideal é usado para uma veri-
ficação de defeitos inicial. A terceira
aproximação é necessária para projetos
precisos. A segunda aproximação satis-
faz uma verificação tanto de defeitos
quanto de projetos.
.;-
Seção 6.8 A Interpretação das Folhas de
Dados do Transistor
j.
Os transistores têm valores nominais
máximos para tensões, correntes e po-
tências. Os transistores de pequeno sinal
podem dissipar no máximo até meio
watt. Os transistores de potência dissi-
pam mais de meio watt. A temperatura
pode mudar os valores das caracte-
rísticas do transistor. A potência máxima
diminui com o aumento da temperatura.
Além disso, o ganho de corrente varia
muito com a temperatura.
Seção 6.9 Verificação de Defeitos
Quando ocorre um defeito num circuito,
~le geralmente produz variações discre-
pantes nas tensões de um transistor. É
por essa razão que uma análise ideal é
geralmente adequada para os técnicos
em manutenção. Além disso, muitos téc-
nicos evitam o uso de calculadoras,
porque elas impedem que eles racioci-
nem com rapidez. Os técnicos em manu-
tenção aprendem a estimar mentalmente
valores de tensões que devam ser medi-
das e comparadas.
EQUAÇÕESIMPORTANTES
Equação6.1 As Correntes no Transistor
IE == Ic + IB
Esta é a lei das correntes de Kirchhoff
aplicada nas três correntes do transistor.
Ela diz que a corrente do emissor é igual
à corrente do coletar mais a correnteda
base.
Equação6.2 A Definição do Ganho de
Corrente
lc
I3cc == IB
Alguém estabeleceu essa relação. Em
outras palavras, alguém decidiu que a
razão da corrente do coletar pela cor-
rente da base era importante o suficiente
para ser chamada de ganho de corrente,
simbolizado por I3cc.Essa equação diz
que o ganho de corrente é igual à cor-
rente do coletar dividida pela corrente
da base.
Equação6.5 A Correnteda Base
VBB - VBE
IB ==
RB
Esta é a lei de Ohm aplicada no resistor
da base. A tensão no resistor é igual à
diferença de potencial entre os dois ter-
minais do resistor. A eqtfàção diz que a
corrente é igual à tensão no resistor da
base dividida pela resistência.
238 Eletrônica - 4GEdição - Volume 1 Cap.6
Equação6.6 A Tensãoentreo Coletore o
Emissor
VeE = Vee - leRe
Esta equação é absolutamente essencial
na verificação de defeitos, projetos etc.
Você deve lembrar-se dessa fórmula ou
do processo que a envolve. A equação
diz que a tensão entre o coletor e o emis-
sor é igual à tensão de alimentação do
coletor menos a queda de tensão no re-
sistor do coletor.
Equação6.7 A Dissipaçãode Potência
noTransistor
PD = Vede
o transistor aquece por causa da potência
interna. Vocêpode calcular essa potência
multiplicando a tensão entre o coletor e o
emissor pela corrente do coletor.
QUESTÕES
1. Um transistor possui quantas regiões do-
padas?
a) 1 c)3
b) 2 d) 4
2. Qual das funções abaixo é executada pelo
transistor?
a) Amplifica sinais fracos
b) Retifica a tensão da linha
c) Regula a tensão
d) Emite luz
3. Quem inventou o primeiro transistor de
junção?
a) Bell c) Marconi
b) Faraday d) Shocldey
4. Uma das vantagens de um transistor é
a) Suas pequenas dimensões
b) A falta do filamento
c) Sua durabilidad.e infinita
d) Todas acima
5. Num transistor npn, os portadores majo-
ritários na base são
a) Elétrons livres
b) Lacunas
c) Nenhum
d) Ambos
6. A barreira de potencial de cada camada
de depleção é de
a) O c) 0,7 V
b) 0,3 V d)1 V
7. o diodo emissor é geralmente
a) Diretamente polarizado
b) Reversamente polarizado
c) Não-condutor
d) Para ser operado na região de ruptura
8. Para uma operação normal do transistor,
o diodo coletor deve ser
a) Diretamente polarizado
b) Reversamente polarizado
c) Não-condutor
d) Operado na região de ruptura
9. A base é estreita e
a) Fortemente dopada
b) Levemente dopada
c) Metálica
d) Dopada com um material pentavalente
r
Cap.6 Transistoresbipolares 239
10. A maioria dos elétrons na base de um 16. Num transistor npn normalmente polari-
transistor npn circula zado, os elétrons no emissor têm energia
a) Para o terminal externo da base suficiente para vencer a barreira de po-
b) Para o coletor tencial
c) Para o emissor a) Da junção base-emissor
d) Para a fonte de tensão da base b) Da junção base-coletor
c) Da junção coletor-base
11. A maioria dos elétrons na base de um tran- d) Do caminho da recombinação
sistor npn não se recombina porque eles
a) Têm uma vida média alta 17. Quando um elétron livre recombina-se com
b) Têm uma carga negativa uma lacuna na região da base, o elétron
r c) Devem circular pelo maior livre transforma-se
caminho da base a) Num outro elétron livre
d) Devem circular para fora da base b) Num elétron de valência
c) Num elétron da banda de condução
12. A maioria dos elétrons que circulam pela d) Num portador majoritário
base irá
a) Circular pelo coletor 18. Qual é o fato mais importante sobre a
b) Circular pelo terminal externo da base corrente no coletor?
c) Recombinar-se com as lacunas da base a) Ela é medida em miliampere
d) Recombinar-se com as lacunas b) Ela é igual à corrente da base
do coletor dividida pelo ganho de corrente
c) Ela é pequena
13. O ganho de corrente de um transistor é a d) Ela é aproximadamente igual
razão da à corrente do emissor
a) Corrente do coletor pela
corrente do emissor 19. Se o ganho de corrente for de 200 e a
b) Corrente do coletor pela corrente do coletar for de 100 mA, a cor-
corrente da base rente da base será
c) Corrente da base pela corrente a) 0,5 mA c)2A
do coleto r b) 2 mA d) 20 A
d) Corrente do emissor pela
corrente do coletor 20. A tensão base-emissor é geralmente
-li a) Menor que a tensão de
14. Aumentando-se a tensão da fonte de ten- alimentação da base
são do coletor, aumentará b) Igual à tensão de alimentação da base
a) A corrente da base c) Maior que a tensão de
b) A corrente do coletor alimentação da base
c) A corrente do emissor d) Não podemos afirmar nada
d) Nenhuma dessas
21. A tensão coletar-emissor é geralmente
15. O fato de existir apenas algumas lacunas a) Menor que a tensão de
na região da base significa que a base é alimentação do coletor
a) Levemente dopada b) Igual à tensão de alimentação
b) Fortemente dopada do coletor
c) Não-dopada c) Maior que a tensão de
d) Nenhuma dessas respostas alimentação do coletor
d) Não podemos afirmar nada
240 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.6
22. A potência dissipada por um transistor é
aproximadamente igual à corrente do co-
letor vezes a
a) Tensão base-emissor
b) Tensão coleto r-emissor
c) Tensão de alimentação da base
d) 0,7 V
23. A pequena corrente do coletor com uma
corrente de base zero é causada pela cor-
rente de fuga do
a) Diodo emissor c) Diodo da base
b) Diodo coletor d) Transistor
24. As curvas do coletor para uma segunda
aproximação não têm
a) Corrente de fuga
b) Tensão de ruptura
c) Região de saturação
d) Todas as respostas acima
25. Um transistor age como um diodo e uma
a) Fonte de tensão
b) Fonte de corrente
c) Resistência
d) Fonte de alimentação
26. Se a corrente da base for de 100 mA e o
ganho de corrente for de 30, a corrente de
coletor será de
a) 300 mA
b) 3 A
c) 3,33
d) 10 A
27. A tensão base-emissor de um transistor
ideal é
a) O c) 0,7 V
b) 0,3 V d) 1 V
28. Na região de saturação, a tensão coletor-
emissor de um transistor ideal é
a) O c) 0,7 V
b) 0,3 V d) 1 V
29. Se você recalcular a tensão coletor-emis-
sor com a segunda aproximação, a res-
posta geralmente seria
a) Menor que o valor ideal
b) A mesma do valor ideal
c) Maior que o valor ideal
d) Sem precisão
30. Na região ativa, a corrente do coletornão
muda significativamente com
a) A fonte de tensão da base
b) A corrente da base
c) O ganho de corrente
d) Resistência do coletor
31. A tensão base-emissor para a segunda
aproximação é de
a) O c) 0,7 V
b) 0,3 V d) 1 V
32. Se o resistor da base estiver aberto, qual
será a corrente no coletor?
a) O c) 2 mA
b) 1 mA d) 10 mA
PROBLEMASBÁSICOS
Seção6.3 As CorrentesnoTransistor
6.1 Um transistor tem uma corrente de emis-
sor de 9,95 mA. Qual é a corrente da
base?
6.2 A corrente do coletor é de 5 mA e a cor-
rente da base é de 0,02 mA. Qual é o
ganho de corrente?
6.3 Um transistor tem um ganho de corrente
de 125 e uma corrente da base de 30 !-tA.
Qual é a corrente do coletor?
6.4 Se a corrente do coletor for de 50 mA e o
ganho de corrente for de 65, qual será o
valor da corrente da base?
Seção 6.5 A CurvadaBase
6.5 Qual é o valor da corrente da base na
Figura 6.26?
Cap.6 Transistores bipolares 241
6.6 Se o ganho de corrente diminuir de 200
para 100 na Figura 6.26, qual será o valor
da corrente da base?
6.7 Se o resistor de 330 kQ da Figura 6.26
tiver uma tolerância de :!:5%,qual será a
corrente máxima na base?
Seção6.6 As CurvasdoColetor
6.8 Um circuito similar ao da Figura 6.26 tem
uma tensão de alimentação do coletor de
20 V, uma resistência do coletor de 1,5
kQ e uma corrente do coletor de 5 mA.
Qual é a tensão entre o coletor e o emis-
sor?
82QQ
-=- - -
Figura6.26
6.9 Se um transistor tiver uma corrente do
coletor de 100 mA e uma tensão coletor-
emissor de 3,5 V, qual será a potência
dissipada?
~
Seção6.7 AsAproximaçõesdoTransistor
6.10 Quais são os valores da tensão coletor-
emissor e da potência dissipada na Fi-
gura 6.26? (Dê as respostas para um
transistor ideal e para a segunda aproxi-
mação.)
6.11 A Figura 6.27a mostra um modo mais
simples de diagramar o circuito. Ele
funciona do mesmo modo já discutido
anteriormente. Qual é a tensâo coletor-
emissor? Qual éa potência dissipada no
transistor? (Dê suas respostas para um
transistor ideal e para a segunda aproxi-
mação.)
6.12 Quando as fontes de alimentação da base
e do coletor são iguais, o circuito pode ser
diagramado conforme mostrado na Fi-
gura 6.27b. Qual é a tensão coletor-emis-
sor nesse circuito? E a potência do
transistor? (Dê suas respostas para um
transistor ideal e para a segunda aproxi-
mação.)
Seção 6.8A InterpretaçãodaFolhade
DadosdoTransistor
6.13 Qual é a faixa de temperatura para arma-
zenagem do transistor 2N3904?
+5V +15 V
470 kQ 1,2kQ
ti", = 500
(a) -=-
+12 V
1,5kW
680 kQ
ti",= 175
(b) -
Figura6.27
6.14 Qual é o valor mínimo de hFEpara um
transistor 2N3903 para uma corrente do
coletor de 10 mA e uma tensão coletor-
emissor de 1 V?
6.15 Um transistor tem uma potência nominal
de 1 W. Se a tensâo coletar-emissor for de
10 V e a corrente do coletor for de 120 mA,
o que ocorrerá com a potência nominal?
242 Eletrônica - 4q Edição - Volume 1 Cap.6
6.16 Um transistor 2N3904 tem uma dissipa-
ção de potência de 150 mW sem um dis-
sipador de calor. Se a temperatura
ambiente for de 65°C, o que ocorrerá com
a potência nominal?
Seção6.9VerificaçãodeDefeitos
6.17 Na Figura 6.26, a tensão coletor-emissor
aumenta, diminui ou permanece a mes-
ma para cada um dos seguintes defeitos?
a) O resistor de 330 kQ está em
curto-circuito
b) O resistor de 330 kQ está aberto
c) O resistor de 820 Q está em curto
d) O resistor de 820 Q está aberto
e) Sem tensão de alimentação na base
f) Sem tensão de alimentação no coletor
PROBLEMASAVANÇADOS
6.18 Qual é o valor de alia cc de um transistor
que tem um ganho de corrente de 200?
6.19 Qual é o ganho de corrente de um tran-
sistor com um alia cc de 0,994?
6.20 Projete um circuito em EC que tenha as
seguintes especificações: VBB =5 V,Vee =
15 V,hFE= 120, 1e = 10 mA e VeE = 7,5 V.
6.21 O 2N5067 é um transistor de potência
com r~. de 10 Q. Qual é a queda de tensão
em 1Br~. quando 1B= 1 mA? E quando 1B
for de 10 mA? E quando for de 50 mA?
6.22 O 2N3904 tem uma potência nominal de
350 mW à temperatura ambiente (25°C).
Se a tensão coletor-emissor for de 10 V,
qual é a corrente máxima na qual o tran-
sistor pode funcionar numa temperatura
. ambiente de 50"(?
--
6.23 Suponha que um LED seja conectado em
série com o resistor de 820Q na Figura 6.26.
Qual é a corrente no LED?
6.24 O diodo emissor na Figura 6.26 tem uma
resistência de corpo de 2 Q. Use a terceira
aproximação para calcular a tensão cole-
tor-emissor.
6.25 Qual é a tensão de saturação entre o coletor
e o emissor de um 2N3904 quando a cor-
rente do coletor for de 100mA? Use a curva
inferior, na Figura 17 da folha de dados.
PROBLEMASUSANDOO
VERIFICADORDEDEFEITOS
Use a Figura 6.28 para os problemas a seguir. Su-
ponha um aumento de cerca de 10% na variável
independente e use a segunda aproximação para o
transistor. Uma resposta deve ser N (não muda) se
a variação na variável dependente for tão pequena
que não permita uma medição.
6.26 Tente prever a resposta de cada variável
dependente no retângulo denominado
VBB.Confira suas respostas. Depois, res-
ponda às seguintes questões o mais
simples e diretamente possível. Que efei-
to terá um aumento na fonte de alimenta-
ção da base sobre a variável dependente
do circuito?
6.27 Faça uma previsão das respostas de cada
variável no retângulo denominado Vec.
Confira suas respostas, depois faça um
resumo de suas respostas em uma ou
duas sentenças.
6.28 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no retângulo deno-
minado RB. Confira suas respostas. Liste
as variáveis dependentes que diminuem.
Explique por que essas diminuições nas
variáveis ocorrem usando a lei de Ohm
ou idéias básicas similares.
'1'-
Cap.6 Transistores bipolares 243
c
I
+
VBB-
I5V 1- -
Itr
Dispositivo verifica dor de defeitosTM(Patenteado: cortesia de Malvino Inc.))..r Figura 6.28
Rc D
1 kQ
+
-- Vcc
fJcc=100
l'5V-
1 2 3
A
B
C
D
E
F
Respostas
....
6.29 Faça uma previsão das respostas de cada
variável dependente no retângulo deno-
minado Rc. Liste as variáveis indepen-
dentes que não apresentam variações.
Explique por que essas variáveis não
apresentam variações.
6.30 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no retângulo deno-
minado ~CC.Liste as variáveis indepen-
dentes que diminuem. Explique por que
essas diminuições nas variáveis ocorrem.
VBB Vcc RB Rc fJcc
VA :DI VA :C2 VA :B.1
VB : E3 vB: BI VB :C2
Vc :C6 Vc :A4 Vc :B4
vo: EI Vo :F5 Vo:Fl
h :F5 IB: E3 h :D3
Ic :A2 Ic: B5 Ic :E6
PB :A4 PB :BI PB :A5
Pc :D2 Pc :E3 Pc :F6
Po : B4 Po :A2 Po :B2
4 5 6
I I
D-
N-
D
N-
D-
D