aula-2006-3-transistores-principio-basico

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3. Transistores - Princípio Básico
No estudo de diodo, analisamos uma junção PN. Para o transistor,
estudaremos duas junções.
Para cada junção do transistor, existirá uma barreira de
potencial. Temos 02 (dois) tipos de transistores, NPN e PNP,
apresentando 03 (três) terminais: o emissor, a base e o coletor, e
duas junções: junção base-emissor e a junção base-coletor,
conforme a figura abaixo.
 
Figura 3.1. Transistor.
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 47.
 
 
Neste caso, o emissor composto de um material tipo N, tem a
função de emitir elétrons. O coletor, que também é de material
tipo N, coleta os elétrons. A base, formada por material tipo P, é a
parte comum.
 
Os símbolos convencionados para o transistor são os seguintes:
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Figura 3.2. Transistor NPN, PNP.
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 48.
 
 
 
 
3.1. O transistor como chave
 
Uso do transistor como chave implica em polarizá-lo na região de
corte ou de saturação. Como o corte do transistor depende
apenas da tensão de entrada, o cálculo dos transistores é
efetuado baseado nos parâmetros de saturação. Um transistor
comum, quando saturado, apresenta um V C E de
aproximadamente 0,3V e um ganho de valor mínimo (entre 10 e
50) para garantir a saturação. A corrente de coletor de saturação
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depende da resistência acoplada ao coletor ou da corrente
imposta pelo projeto.
 
Exemplo No circuito a seguir, deseja-se que o Led seja acionado
quando a chave estiver na posição ON e desligado quando a
chave estiver na posição OFF.
 
Parâmetros do transistor BC 548:
 
VBESAT=0,7V VCESAT=0,3V
ICMAX=200 mA VCEMAX=30V
b =20
Parâmetros do LED: VD=1,5V ID=25mA
 
Exemplo Um circuito digital (TTL) foi projetado para acionar um
motor de 220V/ 60Hz sob determinadas condições. Para tanto, é
necessário que um transistor como chave atue sobre um relé, já
que nem o circuito digital, nem o transistor podem acionar este
motor. O circuito utilizado para este fim esta mostrado a seguir.
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Figura 3.3. Transistor como chave.
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 48.
 
 
 
Neste circuito, em série com RC, coloca-se a bobina do relê. Esta
bobina, normalmente, apresenta uma resistência DC da ordem de
algumas dezenas de ohms. Por ser tão baixa, a resistência RC,
tem a função de limitar a corrente no transistor, para não o
danificar. O diodo em paralelo com a bobina serve para evitar
que o transistor se danifique devido à tensão reversa gerada por
ela no chaveamento do relê.
 
Parâmetros do 2N2222:
 
VBESAT=0,7V VCESAT=0,3V b =10
ICMAX=500mA VCEMAX=100V
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Parâmetros do relé:
 RR=80W IR=50mA
 
3.2. Ponto quiescente do transistor
 Ao polarizarmos o transistor devemos verificar os limites de
operação do mesmo, ou seja, a tensão máxima coletor-emissor
(VCE máx), a corrente máxima de coletor (IC máx), a tensão máxima
base emissor (VBE máx), a tensão máxima coletor-base (VCB máx), a
Potência máxima (PC m á x) e a temperatura máxima. Se
ultrapassarmos estes limites, poderemos danificar o transistor ou
fazê-lo trabalhar com distorções. O ponto de operação de um
transistor, também denominado ponto de trabalho ou ponto
quiescente, deve ser localizado na região de operação limitada
pelos valores máximos de tensão, corrente e potência.
 
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Figura 3.4. Curva do Transistor.
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 50.
 
 
Além da região de operação (região ativa), onde o transistor
trabalha sem distorções, devem ser levadas também em
consideração as regiões de corte e de saturação. Na região de
corte, a tensão VBE é menor que VBE de condução, logo não haverá
corrente IB circulando, IC também será zero, e VCE estará com
valor elevado. Na região de saturação, a tensão VBE é um pouco
maior que VBE de condução. Neste caso, a corrente de entrada IB
e consequentemente IC são muito grandes, o que implica em VCE
baixo, em torno de 0,2 Volts (dependendo do transistor)
 3.3. Circuitos com transistores
 Ligação Base Comum
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Figura 3.5. Configuração Base Comum
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 51.
 
 Valem as seguintes relações em um transistor:
 
IE = IC + IB sendo que 
α é o ganho de corrente na configuração emissor comum.
 Outra forma de representar uma conexão de transistor é a
emissor comum, Fig9.
Ligação Emissor Comum
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Figura 3.6. Configuração Emissor Comum
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 52.
 
 
Observe que a junção base emissor continua polarizada
diretamente e a junção base coletor reversamente. Os elétrons
são emitidos no emissor atingem a base que por se pouco
dopada e estreita permite que a maioria atinja o coletor.
 
Para essa configuração chamada emissor comum define-se o
ganho de corrente, beta, como sendo: 
 
Os desenhos das Figuras 3.5 e 3.6 são representados pelos seus
esquemas elétricos correspondentes indicados na Figuras 3.7 e
3.8 respectivamente.
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Figura 3.7. Configuração Base Comum
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 53.
 
Figura 3.8. Configuração Emissor Comum
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 53.
 
 
3.4. Configuração Darlington
A principal função desta configuração é conseguir alta
impedância de entrada e alto ganho de corrente.
O arranjo desta configuração é conectar dois transistores do
mesmo tipo de maneira que se o ganho de corrente de um
transistor for β1 e o do outro for β2 então o ganho de corrente do
arranjo será igual a βD = β1.β2. A conecção Darlington atua
como um novo dispositivo, cujo ganho de corrente é o produto
dos ganhos individuais. A figura abaixo mostra esta configuração.
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Figura 3.9. Par Darlington
Fonte: Apostila SENAI Eletrônica, 2007, p. 59.
 
 Obs:
1) Esta configuração pode ser feita também com transistores
PNP.
2) Como o transistor Q1 opera com baixas corrente, e
comumente encontrado na prática um resistor entre a base e
o emissor de Q2, assim b1 não é reduzido.