O Transistor

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DESCRIÇÃO
Transistores, chaves, amplificadores e polarização: seus modos de funcionamento e suas
serventias.
PROPÓSITO
Compreender os conceitos básicos de funcionamento do transistor bipolar de junção, seu
funcionamento com transistor de efeito de campo, adquirir noções sobre as curvas
características do dos transistores, saber como analisar circuitos com TBJ e identificar suas
aplicações como chaves eletrônicas, amplificadores de pequenos sinais e suas variações.
PREPARAÇÃO
Antes de iniciar o conteúdo deste texto, tenha à mão papel, caneta, aplicativo de planilha
eletrônica e calculadora científica. Também é possível usar a calculadora de seu
smartphone/computador.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Identificar as características de funcionamento dos transistores, assim como sua utilização
como chave eletrônica e na amplificação de pequenos sinais
MÓDULO 2
Reconhecer o funcionamento dos transistores de efeito de campo e sua curva característica
O TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO
(TBJ)
MÓDULO 1
 Identificar as características dos transistores, assim como sua utilização como chave
eletrônica e na amplificação de pequenos sinais
O TBJ COMO AMPLIFICADOR E COMO
CHAVE ELETRÔNICA
No monitoramento de variáveis, muitos sinais apresentam amplitudes muito baixas (sinais
muito fracos), como aqueles produzidos pelo corpo humano e que são medidos pelos
equipamentos médicos.
Exemplo:
ECOCARDIOGRAMA
ELETROENCEFALOGRAMA
Esses sinais, que possuem baixas amplitudes, podem ser de difícil leitura e interpretação pelo
operador, tendo em vista a dificuldade de separá-los dos ruídos de instrumentação ou de
outras variáveis do processo. Para transformá-los em sinais úteis com capacidade de
aproveitamento por ele ou pelo sistema de aquisição de dados do processo, é necessário
amplificá-los.
TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO
De maneira similar à da construção dos diodos semicondutores, os transistores bipolares de
junção (TBJs) são formados por três materiais semicondutores dopados. Dependendo de sua
construção, os TBJs são classificados como NPN ou PNP (junções entre semicondutores).
As duas letras que formam essas junções indicam o seguinte:
N
Semicondutor do tipo N considerado negativo, ou seja, sua carga elétrica é transportada por
elétrons.

P
Semicondutor do tipo P considerado positivo, já que ela é transportada pela movimentação de
lacunas (buracos).
 Construção de um transistor: NPN e PNP.
 ATENÇÃO
Cada material utilizado na composição do transistor recebe um nome específico.
BASE (B)
O material do centro se chama base (B). Esse material recebe esse nome por ser posicionado
no centro e ter contato com os outros dois lados, sendo mais levemente dopado que os demais
e com uma camada mais fina.
EMISSOR (E)
Uma das extremidades é denominada emissor (E) por ser mais fortemente dopada (com
elétrons ou buracos, dependendo do tipo de material) e fornecer elétrons ou lacunas.
COLETOR (C)
A outra extremidade recebe o nome de coletor (C) por receber elétrons ou lacunas e
apresentar uma dopagem intermediária.
Desse modo, um transistor possui três terminais: emissor, base e coletor. Como conta com
duas junções (coletor/base e base/emissor), ele se assemelha a dois diodos conectados.
Independentemente de sua construção, a análise dos transistores NPN e PNP mostra que eles
são similares.
TRANSISTOR NÃO POLARIZADO
De maneira similar ao que acontece com os diodos, quando os transistores não são
polarizados, a difusão de elétrons nas junções entre as camadas produz camadas de depleção
(barreiras de potencial):
 Transistor NPN não polarizado.
POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN
Um transistor pode ser, dependendo da forma como a fonte de alimentação se conecta com os
terminais do transistor, polarizado das seguintes formas:
POLARIZAÇÃO DIRETA
Quando uma fonte de alimentação contínua é conectada aos terminais de um transistor de tal
maneira que as junções emissor/base e coletor/base estão polarizadas diretamente (como
ocorre nesta figura), considera-se que sua polarização é direta.
 Transistor NPN polarizado diretamente.
Nessa polarização, as correntes fluem do emissor e do coletor para a base. Dessa maneira, o
fluxo de corrente é elevado nas duas junções.
POLARIZAÇÃO REVERSA
Nessa polarização, as duas junções ficam reversamente polarizadas e a corrente circula da
base para o emissor e para o coletor. Como a base é levemente dopada, a corrente circulante
é de pequena intensidade (corrente de fuga).
 Transistor NPN polarizado reversamente.
POLARIZAÇÃO DIRETA-REVERSA
Nessa configuração, a junção coletor/base é polarizada reversamente, enquanto a junção
emissor/base é polarizada diretamente.
 Transistor NPN polarizado diretamente-reversamente.
Nessa configuração, quando a fonte de polarização direta for maior do que 0,7V (polarização
do diodo) e for estabelecida uma polarização reversa entre o coletor e a base, será
estabelecido um fluxo de corrente entre o coletor e o emissor com uma pequena corrente de
fuga para a base.
 SAIBA MAIS
Quando o transistor utilizado possui uma configuração PNP, a mesma lógica pode ser
aplicada: basta, para isso, haver a inversão das fontes de alimentação.
SIMBOLOGIA
Na figura a seguir, é possível observar os símbolos esquemáticos dos transistores NPN e PNP.
Pode-se observar ainda que a direção das setas sinaliza os sentidos das correntes.
 Simbologia dos transistores NPN e PNP.
Em virtude da lei dos nós, é possível relacionar as correntes por meio da equação 1:
IE = IC + IB
(equação 1)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
GANHOS INTRÍNSECOS DE UM
TRANSISTOR
A relação entre a corrente contínua (CC) no coletor e a CC na base é chamada de ganho de
corrente
βCC
:
ΒCC =
IC
IB
(equação 2)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A relação entre a CC do coletor e a do emissor é estabelecida pelo ganho
αCC
(também chamado de hFE):
ΑCC =
IC
IE
(equação 3)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
 SAIBA MAIS
A quase totalidade da corrente que atravessa o emissor chega ao coletor (e vice-versa). Por
essa razão, as correntes de coletor e emissor são quase idênticas.
A relação entre os ganhos do transistor é estabelecida pela equação 4:
Α =
Β
Β + 1
(equação 4)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
ANÁLISE DE CIRCUITOS COM TBJ
No circuito da figura, são utilizadas duas fontes de tensão contínua na polarização de um
transistor NPN:
 Circuito com transistor NPN polarizado.
Essa configuração é chamada de emissor comum, pois as duas fontes estão conectadas ao
emissor.
 DICA
É possível utilizar a lei das tensões para montar duas equações capazes de descrever o
comportamento do circuito.
A equação a seguir descreve o comportamento da resistência da base do transistor
(RB)
, da resistência de emissor
(RE)
e da junção entre a base e o emissor
(BE)
. Quando é diretamente polarizada, essa resistência apresenta uma queda de tensão de 0,7V
(chamada de tensão base emissor ou
VBE
):
V1 − VRB − VBE = 0
(equação 5)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a equação 6 descreve o comportamento das resistências de coletor (
RC
) e de emissor (
RE
) e da tensão entre ambos (
VCE
):
V2 − VRC − VCE = 0
(equação 6)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Por intermédio dessas equações, é possível analisar o comportamento dos transistores e das
fontes de polarização.
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Por causa das curvas características, é possível traçar a relação entre as correntes e as
tensões de um transistor.
Relação
IB
versus
VBE
Para cada corrente de base
(IB)
, existe uma tensão correspondente entre a base e o emissor
(VBE)
:
 Relação
IB
e
VBE
.
A curva que relaciona a corrente da base com a tensão na junção entre a base e o emissor se
assemelha, como era esperado, à curva do diodo:
Relação entre
IC
versus
VCE
A curva que relaciona o comportamento da corrente de coletor
(IC)
e a tensão entre o coletor e o emissor
(VCE)
pode ser observada adiante:
 Relação
IC
e
VCE
.
A curva se divide em:
REGIÃO DE SATURAÇÃO
A parte inicial da curva é chamada de região de saturação. Nessa região, o transistor não
funciona como amplificador. Na prática, ele se comporta como um curto-circuito ou uma chave
fechada
(IC_M Á XIMO)
.
Para sair da região de saturação, é necessário polarizar o diodo coletor/base diretamente com
uma tensão de 0,7V. Desse modo, o diodo entra na parte plana da curva (chamada de região
ativa).
REGIÃO ATIVA
Nessa região, a variação na tensão
VCE
não influencia a corrente do coletor, enquanto a da base é fixa. A equação 2 é válida na região
ativa.
Os transistores operam na região ativa quando são usados como amplificadores. Nessa região,
a corrente de coletor é proporcional à de base. A parte final é a região de ruptura.


REGIÃO DE CORTE
Na região da curva
IC
versus
VCE
, em que
IB
é igual a zero, encontra-se a região de corte. Nessa região, o transistor funciona como um
circuito aberto ou uma chave aberta
(IC = 0)
.
Geralmente, o gráfico fornecido pelo fabricante possui diversos valores de
IB
como os da figura a seguir. Isso possibilita a determinação do ganho
βCC
para diferentes polarizações do circuito (diferentes níveis de
IC
):
 Relação
IC
e
VCE
para diferentes níveis de corrente.
Observando o gráfico da figura acima e medindo as correntes de coletor e de base, é possível
utilizar a equação 2 para determinar o ganho
βCC
:
ΒCC =
IC
IB
=
8M
40Μ = 200
⇋ Utilize a rolagem horizontal
CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO TBJ
A polarização dos transistores consiste na definição do ponto de operação (região de
operação). Ela é definida pelo circuito (fontes de alimentação e resistores) na qual o transistor
está inserido.
RETA DE CARGA
De maneira similar ao que é feito com os diodos, a determinação dos parâmetros de um
circuito com transistores pode ser feita por intermédio da reta de carga do circuito.
Consideremos o seguinte circuito:
 Circuito com transistor – reta de carga.
A reta de carga nos transistores é traçada para se obter, considerando a existência da
resistência
RC
, a corrente
IC
e a tensão
VCE
. Assim, pela lei das tensões, pode-se elaborar a equação 7:
15 − VRC − VCE = 0
15 − RC. IC − VCE = 0
RC. IC = 15 − VCE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
IC =
15 − VCE
RC
(equação 7)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Como uma reta é definida por dois pontos, para traçar a reta de carga utiliza-se como
referência os extremos da curva
IC
versus
VCE
, ou seja, o transistor como um curto-circuito (saturação) e um circuito aberto (corte).
Desse modo...
TRANSISTOR COMO CURTO-CIRCUITO
(VCE = 0)
:
IC =
15 − VCE
RC
IC =
15 − 0
RC
IC =
15
RC
⇋ Utilize a rolagem horizontal

TRANSISTOR COMO CIRCUITO ABERTO
(IC = 0)
:
IC =
15 − VCE
RC
VCE = 15 − RC. IC
VCE = 15 − RC.0
VCE = 15V
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Ou seja, a tensão
VCE
é igual à da fonte de polarização. Desse modo, a partir da reta de carga e mediante a definição
de uma corrente
IB
, é possível obter os valores de
IC
e
VCE
(ponto quiescente ou ponto Q), que correspondem ao ponto de operação:
 Reta de carga – determinação de parâmetros.
TRANSISTOR COMO CHAVE
A configuração mais simples de um transistor é sua utilização como chave.
 ATENÇÃO
Nessa configuração, ele opera apenas nas regiões de corte ou de saturação – e não na região
ativa.
Na saturação, o transistor opera como uma chave fechada por uma ligação direta entre o
coletor e o emissor. Na região de corte, sua atuação é como a de uma chave aberta,
interrompendo a ligação que existe entre o coletor e o emissor.
CORRENTE DE BASE
A operação de um transistor é controlada por sua corrente de base
(IB)
.
Quando
IB
é zero (ou muito próxima dele), o transistor entra em corte. Já quando essa corrente está na
saturação ou acima desse limite, a corrente de coletor
(IC)
é máxima e ele está saturado.
TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DE
PEQUENOS SINAIS
Quando o transistor está operando em sua região ativa, a corrente da base
(IB)
é significantemente ampliada pelo ganho do transistor
(βCC)
. Isso é possível com o uso de fontes e resistores que o polarizam nessa região e estabelecem
valores específicos de tensões e de correntes.
Há três configurações mais comuns nesse caso:
CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM
Essa configuração possui o terminal emissor comum às fontes de polarização, como ocorre,
por exemplo, no circuito desta figura:
 Circuito emissor comum.
A análise da polarização do circuito é feita ao se analisar o circuito sem o sinal de entrada
(Vi)
e saída
(Vo)
. Isso ocorre no circuito da figura a seguir, na qual se observa apenas aquele alimentado pela
fonte de CC:
 Circuito emissor comum – análise CC.
Pela lei das tensões, é possível montar as equações do circuito emissor comum:
VCC − VRC − VCE = 0
VCC − VRB − VBE = 0
⇋ Utilize a rolagem horizontal
 DICA
Essa análise é utilizada para verificar se o circuito opera na região ativa, ou seja, como
amplificador.
Operando nessa região, o amplificador apresenta um ganho de tensão
(AV)
proporcional às resistências de entrada
(re)
e de saída
(ro)
do transistor (especificadas pelo fabricante), assim como à resistência colocada no coletor
RC
:
AV =
VO
VI
= −
(RC / /RO)
RE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Em que
RC / / ro
é o resultado da associação em paralelo entre esses dois resistores fornecida pelo produto
dividido pela soma desses dois resistores:
RC / /RO =
RC ⋅ RO
RC + RO
⇋ Utilize a rolagem horizontal
 DICA
O sinal negativo na equação do ganho implica um deslocamento de 180o no sinal de saída em
relação ao de entrada (mudança de fase).
 Circuito emissor comum – mudança de fase do sinal de saída.
Caso seja colocada uma resistência no emissor, o ganho de tensão do circuito assumirá esta
forma:
 Circuito emissor comum com resistor no emissor.
AV =
VO
VI
≅ −
RC
RE + RE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
CONFIGURAÇÃO BASE COMUM
O circuito base comum da figura a seguir é um amplificador menos utilizado que o circuito
emissor comum. Isso ocorre pelo fato de a impedância de entrada
(re)
apresentar valores pequenos e, como consequência disso, ganhos muito elevados.
 ATENÇÃO
Esses ganhos geralmente saturam a saída do amplificador.
 Circuito base comum.
De maneira similar à do transistor emissor comum, a análise do circuito em CC nos permite
traçar sua reta de carga:
VE − VBE − VRE = 0
VE − VCE + VC − VRC − VRE = 0
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ganho de tensão é definido por:
AV =
VO
VI
=
RC
RE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
CONFIGURAÇÃO COLETOR COMUM
A utilização do amplificador emissor comum apresenta uma restrição quanto ao uso da carga.
Quanto menor a resistência da carga, menor é o ganho do amplificador. Por essa razão, o
amplificador coletor comum da figura a seguir, também conhecido como seguidor de emissor, é
utilizado nesses casos.
 Circuito coletor comum.
Analisando o circuito elétrico da figura acima, podemos, com o auxílio da lei de Kirchhoff,
escrever as tensões existentes no circuito da seguinte maneira:
VCC − VCE − VRE = 0
VCC − VR1 − VBE − VRE = 0
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A topologia do circuito garante ao coletor comum um ganho de tensão igual a:
AV =
VO
VI
=
RE
RE + RE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
CONFIGURAÇÕES (MONTAGEM) DE
AMPLIFICADORES COM TBJ
Ao realizar a montagem de projetos com o transistor, deseja-se manter o ponto Q (ponto de
operação ou quiescente) fixo independentemente de outros parâmetros externos. Uma das
opções é a utilização de um divisor de tensão na base para estabilizar o transistor:
 Montagem de circuito com transistor.
Uma das formas de se minimizar os efeitos de
βCC
é esta:
R2 ≤ 0, 01ΒCCRE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Em que o valor de
βCC
consiste no menor valor do ganho que o transistor pode apresentar.
Outra consideração é um valor de tensão no emissor
VE
igual a:
VE = 0, 1VCC
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ganho de tensão do circuito amplificadorcom essa configuração é de:
AV =
VO
VI
= −
(RC / /RO)
RE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
 ATENÇÃO
Esse ganho de tensão é o mesmo ganho da configuração emissor comum.
MÃO NA MASSA
TEORIA NA PRÁTICA
CONSIDERE O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR.
SUPONHA UMA RESISTÊNCIA DE BASE
(RB)
DE 500KΩ, UMA RESISTÊNCIA DE COLETOR
(RC)
DE 1500Ω E UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO
VCC
DE 15V. DETERMINAREMOS OS PONTOS QUE
DEFINEM A RETA DE CARGA DO TRANSISTOR NO
CIRCUITO.
RESOLUÇÃO
A aplicação da reta de carga nos transistores permite a obtenção do ponto de operação do
circuito em virtude dos valores da corrente de coletor e da tensão entre o coletor e o emissor
nas condições de operação extremas do transistor (corte e saturação).
A análise do circuito nos permite definir a equação:
VCC − VRC − VCE = 0
VCC − RC. IC − VCE = 0
RC. IC = VCC − VCE
IC =
(VCC − VCE)
RC
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Aplicando-se as condições extremas, são encontradas duas condições:
Corte
(IC = 0)
VCC = VCE + RC. IC
VCC = VCE + RC.0
VCC = VCE = 15V
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Saturação
(VCE = 0)
VCC = VCE + RC. IC
VCC = 0 + RC. IC
IC =
VCC
RC
=
15
1500 = 0, 01
IC = 10MA
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a corrente de base
(IB)
, em que a reta encontrará a curva do transistor, será aproximadamente de:
VCC − VRB − VBE = 0
VCC − RB. IB − VBE = 0
IB =
VCC − VBE
RB
IB =
15 − 0, 7
500K =
14, 3
500K
IB = 28, 6ΜA
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
MÓDULO 2
 Reconhecer o funcionamento dos transistores de efeito de campo e sua curva
característica
OS TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO
Embora os circuitos com TBJS sejam extensamente utilizados, algumas aplicações exigem
impedâncias de entrada elevadas, característica não esperada do TBJ (normalmente, os
valores de
re
são baixos). Para isso, utilizam-se os transistores de efeito de campo de junção (JFET) ou os
de efeito de campo de óxido metálico (MOSFET).
TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO DE
JUNÇÃO (JFET)
Como demonstra a figura a seguir, a estrutura de um JFET é bastante diferente de um TBJ:
 Estrutura e simbologia de um JFET.
No JFET, a condução ocorre pela passagem de portadores de carga ou elétrons (nos
dispositivos com canal n) ou de lacunas (naqueles com canal p) da fonte (source - S) para o
dreno (drain – D). Essa passagem ocorre através da porta (gate – G).
DRENO
É um terminal por meio do qual os portadores majoritários saem do circuito.
POLARIZAÇÃO
O circuito a seguir mostra um circuito com a polarização de um JFET com canal n. Uma
alimentação positiva entre o dreno e a fonte estabelece um fluxo de corrente por meio do canal.
A intensidade da corrente depende da fonte de alimentação e da largura do canal, o qual, por
sua vez, depende da polarização da porta (G).
javascript:void(0)
 Polarização de um JFET.
A ligação da fonte
VGG
entre a porta e a fonte garante um potencial mais negativo na porta. Com isso, a fonte fica
com a polarização reversa, circulando apenas uma corrente de fuga, o que garante uma alta
impedância entre a porta e a fonte.
Quanto mais negativa a tensão
VGG
, mais estreito fica o canal de passagem da corrente.
Assim, quando a tensão na porta é suficientemente negativa, o canal se fecha e o JFET fica
cortado
(VGS ( Off ) )
.
CURVA CARACTERÍSTICA
Na curva característica do JFET para um valor constante de
VGS
, o transistor age como um dispositivo resistivo linear, mantendo a corrente de dreno
aproximadamente constante até a região de ruptura:
 Curva característica de um JFET.
O FET COMO CHAVE ELETRÔNICA
A corrente
IDSS
refere-se à do dreno para a fonte quando a porta está em curto-circuito
(VGS = 0V)
. Ela é a corrente máxima de dreno que o JFET é capaz de produzir. Sua região de saturação
situa-se no intervalo no qual a tensão
VDS
varia entre 0 e 4V (valor igual à tensão de corte do transistor
VGS ( off ) = − 4V
).
CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA
A curva de transcondutância de um JFET relaciona a corrente de saída
(ID)
com a tensão de entrada
(VGS)
:
 Curva de transcondutância de um JFET.
POLARIZAÇÃO
A polarização de um transistor JFET é similar à de um TBJ. Para um transistor do tipo funcionar
corretamente, deve-se polarizar reversamente a junção entre a porta e a fonte
(VGS)
.
O circuito a seguir mostra um JFET polarizado. Resistores limitadores de tensão e de corrente
são utilizados para a polarização do transistor.
 Polarização de um JFET.
No circuito acima, a tensão
VGS
aparece devido à corrente de dreno que percorre o
RS
, o que promove a tensão
VRS
no resistor da fonte. Aplicando-se a lei das tensões na porta, na fonte e na junção reversa,
verifica-se o seguinte:
VRG = VRS + VGS
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A junção de porta-fonte
(VGS)
reversamente polarizada e corrente
IG
constitui uma pequena corrente de fuga muito próximo de zero. Desse modo, pela lei de Ohm,
vê-se que:
VRG = IG. RG ≅ 0
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assim:
VRG = VRS + VGS
0 = VRS + VGS
VRS = − VGS = RS. IS
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Pela lei dos nós, a corrente na fonte é a soma das correntes de dreno e de porta.
Então:
IS = ID + IG
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Como a corrente de dreno é muito pequena, pode-se considerar que:
IS ≅ ID
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Por causa da lei das tensões, também é possível avaliar que:
VDD = ID. (RD + RS) + VDS
⇋ Utilize a rolagem horizontal
DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE
FONTE
(RS)
O ponto de operação
(Q)
depende da resistência da fonte
(RS)
. O valor ideal da resistência será um ponto de operação que esteja na região central da curva:
 Ponto de operação (Q).
A resistência
RS
é determinada pela equação:
RS =
VGS (OFF )
IDSS
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Esse valor de R
S
produz a reta de carga que permite a determinação do valor de
VGS
responsável pelo ponto
Q
. A relação entre a corrente do ponto de operação e a tensão de operação é definida por:
IDQ = IDSS 1 −
VGSQ
VGS (OFF )
2
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O FET COMO AMPLIFICADOR
A utilização do FET como amplificador será fundamental quando uma resistência de entrada
elevada for necessária. Isso ocorre de maneira diferente daquela registrada no TBJS, que é um
amplificador controlado por corrente. Já o FET é controlado por tensão.
O FET COMO AMPLIFICADOR FONTE COMUM
A figura adiante mostra um amplificador FET na configuração fonte comum. Essa configuração
apresenta várias semelhanças com o amplificador emissor comum. Por esse motivo, sua
análise é bastante similar à do emissor comum.
( )
 Amplificador fonte comum com FET.
A resistência de saída do circuito pode ser vista como uma associação entre a resistência do
dreno e a da carga. Ela é definida por:
RD = RD / /RL
⇋ Utilize a rolagem horizontal
De maneira similar ao ganho do TBJ, que é definido como β, o JFET apresenta um ganho tido
como
gm
e conhecido como transcondutância. Esse ganho tem a seguinte definição:
GM =
ID
VGS
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a tensão de saída é definida por:
VSA ÍDA = − RD.GM. VENTRADA
AV = − RD.GM
⇋ Utilize a rolagem horizontal
AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIAL
Na figura adiante, é possível observar um amplificador com realimentação parcial. Esse
amplificador possui uma resistência
RS1
na fonte (source) do FET.
 Amplificador FET com realimentação parcial.
Seu ganho é definido por:
AV = −
RD
RS1 +
1
GM
⇋ Utilize a rolagem horizontal
AMPLIFICADOR SEGUIDOR DE FONTE
O amplificador seguidor de fonte pode ser visto na figura adiante. Nesse circuito, é possível
observar que a fonte de alimentação é conectada diretamente ao dreno (drain).
 Amplificador FET seguidor de fonte.
O ganho do circuito pode ser definido por:
AV =
RS
RS +
1
GM
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O FET COM CAMADA DE ÓXIDO DE
SEMICONDUTOR E METAL (MOSFET)
O MOSFET é um transistor do tipo FET com uma camada de óxido desemicondutor e metal na
porta (gate).
A diferença essencial dele para o JFET é que o terminal porta é isolado eletricamente do canal.
Essa camada permite um isolamento maior da porta e garante ao transistor uma impedância de
entrada ainda mais alta. Com isso, a corrente de porta é muito pequena para qualquer tensão,
seja ela positiva ou negativa.
MOSFET DE MODO DEPLEÇÃO
Essencialmente, o MOSFET possui quatro terminais:
Dreno
Fonte
Porta
Substrato
SUBSTRATO
É o corpo que dá a sustentação, mas que também contribui com portadores de carga.
javascript:void(0)
Geralmente, o substrato é conectado à fonte internamente ao dispositivo, não sendo acessível
pelo usuário. Em outras configurações, ele pode ser utilizado para controlar a corrente de
dreno.
O símbolo do MOSFET com quatro terminais pode ser visto adiante:
 Transistor MOSFET depleção.
Os elétrons livres fluem da fonte para o dreno através do material tipo n. A região p, que é
chamada de substrato, pode criar um estreitamento para o fluxo de elétrons entre a fonte e o
dreno. A camada de óxido metálico, por sua vez, impede a passagem da corrente da porta para
o material n, funcionando como um isolante.
O MOSFET em modo depleção possui uma tensão de porta negativa. Quando uma tensão é
aplicada entre o dreno e a fonte, os elétrons começam a fluir pelo material n. Da mesma
maneira que ocorre com o JFET, a tensão na porta controla a abertura do canal e,
consequentemente, a passagem da corrente por ele.
Quanto mais negativa a tensão, menor é a corrente de dreno. Quando ela é suficientemente
negativa, a camada de depleção bloqueia completamente o canal e impede a passagem da
corrente elétrica. Dessa maneira, com o
VGS
suficientemente negativo, o funcionamento do MOSFET é similar ao do JFET.
Como o terminal da porta é eletricamente isolado do canal, é possível aplicar uma tensão
positiva nela. Essa tensão positiva na porta aumenta o número de elétrons que passam pelo
canal. Quanto maior essa tensão, maior é a corrente no dreno, funcionando, assim, de maneira
diferente do JFET.
javascript:void(0)
MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU
INTENSIFICAÇÃO
O MOSFET de modo crescimento ou intensificação é uma modificação do MOSFET de modo
depleção:
 Transistor MOSFET intensificação.
Na figura acima, é possível ver a representação do MOSFET modo intensificação. Nele, o
substrato se estende até a camada de óxido. Quando a tensão da porta é zero, a alimentação
entre o dreno e a fonte força a passagem de elétrons da fonte para o dreno, mas, como o
substrato (material tipo p) tem poucos elétrons, a tensão na porta é nula e o MOSFET fica
desligado.
Dessa maneira, o funcionamento é completamente diferente dos transistores tipo JFET ou
MOSFET depleção. Quando o terminal da porta é submetido a um potencial positivo, ele atrai
elétrons na região p.
Quando a tensão é suficientemente alta, todas os buracos do material tipo p são
completamente preenchidos por elétrons e uma corrente começa a fluir entre a fonte e o dreno.
À medida que isso acontece, uma corrente de boa intensidade flui entre ambos.
Uma tensão entre a porta e a fonte
(VGS)
mínima cria uma corrente entre os dois chamada de tensão limiar
(VGS ( th ) )
. Quando a tensão
VGS
é maior que a limiar
(VGS > VGS ( th ) )
, a corrente de dreno é muito alta.
 DICA
Normalmente, a tensão limiar, dependendo do transistor, varia entre 1V até mais de 5V.
TENSÃO LIMITE DE OPERAÇÃO
Os MOSFET apresentam uma camada isolante que impede a passagem da corrente para a
porta tanto para as tensões positivas quanto para as negativas. Essa camada permite o
controle da corrente de dreno no transistor.
 ATENÇÃO
Como a camada é relativamente fina, uma tensão excessiva pode destruí-la.
MODOS DE OPERAÇÃO
A operação do MOSFET pode ser resumida em três diferentes modos que variam de acordo
com a tensão aplicada sobre seus terminais.
 SAIBA MAIS
Para MOSFET positivos ou negativos, as tensões são complementares.
Veremos, desse modo, o que ocorre em três regiões:
D1. REGIÃO DE CORTE
A tensão entre porta e fonte
(VGS)
é menor que a limiar
(VGS ( th ) )
. Com isso, o transistor permanece desligado e quase não circula corrente entre o dreno e a
fonte. O transistor, desse modo, funciona como uma chave desligada.
D2. REGIÃO DO TRÍODO
A tensão entre o porta e a fonte
(VGS)
é maior que a limiar
(VGS ( th ) )
. Por outro lado, a existente entre o dreno e a fonte
(VDS)
é menor que a diferença entre a tensão entre portão e fonte
(VGS)
e a limiar
(VGS ( th ) )
.
Assim:
VGS > VGS (TH )
VDS < VGS − VGS (TH )
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Nessa situação, o transistor é ligado e uma corrente flui entre o dreno e a fonte. O MOSFET
opera na região linear, sendo controlado pela corrente na porta
(VG)
.
D3. REGIÃO DE SATURAÇÃO
A tensão entre o porta e a fonte
(VGS)
é maior que a limiar
(VGS ( th ) )
. Por outro lado, a tensão encontrada entre o dreno e a fonte
(VDS)
é maior que a diferença entre a tensão entre porta e fonte
(VGS)
e a limiar
(VGS ( th ) )
.
Desse modo:
VGS > VGS (TH )
VDS > VGS − VGS (TH )
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Nessa situação, o transistor fica ligado: um fluxo contínuo e intenso de corrente é criado entre o
dreno e a fonte. Sendo a tensão de dreno maior que a da porta, essa parte do canal é
desligada. A corrente no dreno é relativamente independente da tensão dele, sendo controlada
apenas pela tensão na porta.
 SAIBA MAIS
Entre as maiores aplicações dos circuitos do tipo MOSFET em sistemas digitais, estão suas
operações nas regiões de corte e linear. De maneira oposta, verifica-se que, em sistemas
analógicos, suas maiores aplicações ocorrem na região de saturação.
MÃO NA MASSA
TEORIA NA PRÁTICA
CONSIDERE A RETA DE POLARIZAÇÃO DA FIGURA A
SEGUIR. DETERMINE O RESISTOR DE POLARIZAÇÃO
DO CIRCUITO CONTENDO UM TRANSISTOR DO TIPO
JFET. DETERMINE TAMBÉM O PONTO DE OPERAÇÃO
(Q).
RESOLUÇÃO
O valor da resistência de polarização do JFET pode ser encontrado por intermédio dos valores
máximos do circuito:
VGS = − IDSS. R
R = −
VGS
IDSS
= −
( − 4)
20M
R = 200Ω
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ponto de operação pode ser definido pelo valor medido de
VGS
e pelo cálculo do valor de
ID
com a resistência de polarização utilizada no circuito:
VGS = − ID. R
ID = −
VGS
R
= −
( − 1, 6)
200
ID = 8MA
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Ao longo dos dois módulos deste texto, descrevemos os transistores e explicamos como eles
funcionam. Apresentamos, para isso, os circuitos com transistores bipolares de junção (TBJs).
Também abordamos a importância dos TBJs como amplificadores de pequenos sinais e
destacamos sua determinação do ganho.
Estudamos as configurações mais comuns e os circuitos mais utilizados com transistores
bipolares. Com isso, discutimos detalhadamente a elaboração e a importância da curva de
polarização. Além disso, descrevemos o funcionamento deles como chaves eletrônicas.
Em seguida, analisamos os transistores de efeito de campo (FET) e os de campo de óxido
metálico (MOSFET), verificando ainda o funcionamento dos FET como amplificadores e chaves
eletrônicas. Por fim, discutimos as principais aplicações e operações dos MOSFET, dando
especial atenção a dois modos desse campo: depleção e intensificação.
 PODCAST
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11. ed.
São Paulo: Pearson Education, 2013.
CATHEY, J. J. Dispositivos e circuitos eletrônicos. 1. ed. São Paulo: Makron Books, 1994.
HONDA, R. 850 exercícios de eletrônica. 3. ed. São Paulo: Érica, 1991.
MALVINO, A. P. Eletrônica. v. 1. 4. ed. São Paulo: Makron Books, 1997.
EXPLORE+
Compreenda um pouco mais a fabricação de um transistor na leitura do artigo Transistor por
efeito de campo e fotocondutor de poli(o-metoxianilina), de RobertoK. Onmori, Luiz Henrique
C. Mattoso e Roberto M. Faria.
CONTEUDISTA
Raphael de Souza dos Santos
 CURRÍCULO LATTES
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