O Transistor

Prévia do material em texto

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:
(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
:
(equação 2)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A relação entre a CC do coletor e a do emissor é estabelecida pelo ganho
(também chamado de hFE):
(equação 3)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
IE = IC + IB
βCC
βCC =
IC
IB
αCC
αCC =
IC
IE
 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:
(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.
α =
β
β + 1
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
, da resistência de emissor
e da junção entre a base e o emissor
. Quando é diretamente polarizada, essa resistência apresenta uma queda de tensão de 0,7V
(chamada de tensão base emissor ou
):
(equação 5)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a equação 6 descreve o comportamento das resistências de coletor (
) e de emissor (
) e da tensão entre ambos (
):
(RB)
(RE)
(BE)
VBE
V1 − VRB − VBE = 0
RC
RE
VCE
(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
versus
Para cada corrente de base
, existe uma tensão correspondente entre a base e o emissor
:
V2 − VRC − VCE = 0
IB
VBE
(IB)
(VBE)
 Relação
e
.
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
versus
A curva que relaciona o comportamento da corrente de coletor
e a tensão entre o coletor e o emissor
pode ser observada adiante:
IB
VBE
IC
VCE
(IC)
(VCE)
 Relação
e
.
A curva se divide em:

REGIÃO DE SATURAÇÃOA 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
.
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).
IC
VCE
(IC_MÁXIMO)
REGIÃO ATIVA
Nessa região, a variação na tensão
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
versus
, em que
é igual a zero, encontra-se a região de corte. Nessa região, o transistor funciona como um circuito
aberto ou uma chave aberta
.
Geralmente, o gráfico fornecido pelo fabricante possui diversos valores de
VCE
IC
VCE
IB
(IC = 0)
IB
como os da figura a seguir. Isso possibilita a determinação do ganho
para diferentes polarizações do circuito (diferentes níveis de
):
 Relação
e
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
:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
βCC
IC
IC
VCE
βCC
βCC = = = 200
IC
IB
8m
40μ
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
, a corrente
e a tensão
. Assim, pela lei das tensões, pode-se elaborar a equação 7:
RC
IC
VCE
⇋ Utilize a rolagem horizontal
(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
versus
, ou seja, o transistor como um curto-circuito (saturação) e um circuito aberto (corte).
Desse modo...
15 − VRC − VCE = 0
15 − RC. IC − VCE = 0
RC. IC = 15 − VCE
IC =
15 − VCE
RC
IC
VCE
TRANSISTOR COMO CURTO-CIRCUITO
:
⇋ Utilize a rolagem horizontal

TRANSISTOR COMO CIRCUITO ABERTO
(VCE = 0)
IC =
15 − VCE
RC
IC =
15 − 0
RC
IC =
15
RC
(IC = 0)
:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Ou seja, a tensão
é igual à da fonte de polarização. Desse modo, a partir da reta de carga e mediante a definição de
uma corrente
, é possível obter os valores de
IC =
15 − VCE
RC
VCE = 15 − RC. IC
VCE = 15 − RC.0
VCE = 15V
VCE
IB
IC
e
(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
VCE
(IB)
.
Quando
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
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
é significantemente ampliada pelo ganho do transistor
. 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:
IB
(IC)
(IB)
(βCC)
 Circuito emissor comum.
A análise da polarização do circuito é feita ao se analisar o circuito sem o sinal de entrada
e saída
. Isso ocorre no circuito da figura a seguir, na qual se observa apenas aquele alimentado pela fonte de
CC:
 Circuito emissor comum – análise CC.
(Vi)
(Vo)
Pela lei das tensões, é possível montar as equações do circuito emissor comum:
⇋ 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
proporcional às resistências de entrada
e de saída
do transistor (especificadas pelo fabricante), assim como à resistência colocada no coletor
:
VCC − VRC − VCE = 0
VCC − VRB − VBE = 0
(AV )
(re)
(ro)
RC
AV = = −
Vo
Vi
(RC//ro)
re
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Em que
é o resultado da associação em paralelo entre esses dois resistores fornecida pelo produto dividido
pela soma desses dois resistores:
⇋ 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:
RC//ro
RC//ro =
RC ⋅ ro
RC + ro
 Circuito emissor comum com resistor no emissor.
⇋ 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
apresentar valores pequenos e, como consequência disso, ganhos muito elevados.
 ATENÇÃO
Esses ganhos geralmente saturam a saída do amplificador.
AV = ≅−
Vo
Vi
RC
re + RE
(re)
 Circuito base comum.
De maneira similar à do transistor emissor comum, a análise do circuito em CC nos permite traçar sua
reta de carga:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ganho de tensão é definido por:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
VE − VBE − VRE = 0
VE − VCE + VC − VRC − VRE = 0
AV = =
Vo
Vi
RC
re
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:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A topologia do circuito garante ao coletor comum um ganho de tensão igual a:
VCC − VCE − VRE = 0
VCC − VR1 − VBE − VRE = 0
⇋ 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
é esta:
AV = =
Vo
Vi
RE
RE + re
βCC
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Em que o valor de
consiste no menor valor do ganho que o transistor pode apresentar.
Outra consideração é um valor de tensão no emissor
igual a:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ganho de tensão do circuito amplificador com essa configuração é de:
⇋ Utilize a rolagem horizontal ATENÇÃO
Esse ganho de tensão é o mesmo ganho da configuração emissor comum.
R2 ≤ 0, 01βCCRE
βCC
VE
VE = 0, 1VCC
AV = = −
Vo
Vi
(RC//ro)
re
MÃO NA MASSA
TEORIA NA PRÁTICA
CONSIDERE O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR. SUPONHA
UMA RESISTÊNCIA DE BASE
DE 500KΩ, UMA RESISTÊNCIA DE COLETOR
DE 1500Ω E UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO
DE 15V. DETERMINAREMOS OS PONTOS QUE DEFINEM A
RETA DE CARGA DO TRANSISTOR NO CIRCUITO.
(RB)
(RC)
VCC
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
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Aplicando-se as condições extremas, são encontradas duas condições:
Corte
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Saturação
IC =
(VCC − VCE)
RC
(IC = 0)
VCC = VCE + RC. IC
VCC = VCE + RC.0
VCC = VCE = 15V
(VCE = 0)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a corrente de base
, em que a reta encontrará a curva do transistor, será aproximadamente de:
VCC = VCE + RC. IC
VCC = 0 + RC. IC
IC = = = 0, 01
VCC
RC
15
1500
IC = 10mA
(IB)
VCC − VRB − VBE = 0
VCC − RB. IB − VBE = 0
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão.
IB =
VCC − VBE
RB
IB = =
15 − 0, 7
500k
14, 3
500k
IB = 28, 6μA
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
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
re
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
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
, 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
.
CURVA CARACTERÍSTICA
Na curva característica do JFET para um valor constante de
, o transistor age como um dispositivo resistivo linear, mantendo a corrente de dreno aproximadamente
constante até a região de ruptura:
VGG
VGG
(VGS(Off))
VGS
 Curva característica de um JFET.
O FET COMO CHAVE ELETRÔNICA
A corrente
refere-se à do dreno para a fonte quando a porta está em curto-circuito
. 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
varia entre 0 e 4V (valor igual à tensão de corte do transistor
).
CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA
IDSS
(VGS = 0V )
VDS
VGS(off) = −4V
A curva de transcondutância de um JFET relaciona a corrente de saída
com a tensão de entrada
:
 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
.
O circuito a seguir mostra um JFET polarizado. Resistores limitadores de tensão e de corrente são
utilizados para a polarização do transistor.
(ID)
(VGS)
(VGS)
 Polarização de um JFET.
No circuito acima, a tensão
aparece devido à corrente de dreno que percorre o
, o que promove a tensão
no resistor da fonte. Aplicando-se a lei das tensões na porta, na fonte e na junção reversa, verifica-se
o seguinte:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
A junção de porta-fonte
reversamente polarizada e corrente
VGS
RS
VRS
VRG = VRS + VGS
(VGS)
IG
constitui uma pequena corrente de fuga muito próximo de zero. Desse modo, pela lei de Ohm, vê-se
que:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assim:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Pela lei dos nós, a corrente na fonte é a soma das correntes de dreno e de porta.
Então:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
VRG = IG.RG ≅0
VRG = VRS + VGS
0 = VRS + VGS
VRS = −VGS = RS. IS
IS = ID + IG
Como a corrente de dreno é muito pequena, pode-se considerar que:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Por causa da lei das tensões, também é possível avaliar que:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE FONTE
O ponto de operação
depende da resistência da fonte
. O valor ideal da resistência será um ponto de operação que esteja na região central da curva:
IS ≅ID
VDD = ID. (RD + RS) + VDS
(RS)
(Q)
(RS)
 Ponto de operação (Q).
A resistência
é determinada pela equação:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Esse valor de R
produz a reta de carga que permite a determinação do valor de
responsável pelo ponto
. A relação entre a corrente do ponto de operação e a tensão de operação é definida por:
RS
RS =
VGS(off)
IDSS
S
VGS
Q
⇋ 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:
IDQ = IDSS(1 − )
2VGSQ
VGS(off)
⇋ Utilize a rolagem horizontal
De maneira similar ao ganho do TBJ, que é definido como β, o JFET apresenta um ganho tido como
e conhecido como transcondutância. Esse ganho tem a seguinte definição:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Já a tensão de saída é definida por:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIAL
Na figura adiante, é possível observar um amplificador com realimentação parcial. Esse amplificador
possui uma resistência
na fonte (source) do FET.
rd = RD//RL
gm
gm =
id
Vgs
Vsaída = −rd. gm.Ventrada
AV = −rd. gm
RS1
 Amplificador FET com realimentação parcial.
Seu ganho é definido por:
⇋ 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).
AV = −
rd
rs1 +
1
gm
 Amplificador FET seguidor de fonte.
O ganho do circuito pode ser definido por:
⇋ 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 de semicondutor e metal na porta
(gate).
A diferença essencial delepara 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
AV =
rs
rs +
1
gm
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.
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:
javascript:void(0)
 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.
javascript:void(0)
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
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.
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.
VGS
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
mínima cria uma corrente entre os dois chamada de tensão limiar
. Quando a tensão
é maior que a limiar
, 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.
(VGS)
(VGS(th))
VGS
(VGS > VGS(th))
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
é menor que a limiar
. 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
é maior que a limiar
. Por outro lado, a existente entre o dreno e a fonte
(VGS)
(VGS(th))
(VGS)
(VGS(th))
(VDS)
é menor que a diferença entre a tensão entre portão e fonte
e a limiar
.
Assim:
⇋ 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
.
D3. REGIÃO DE SATURAÇÃO
A tensão entre o porta e a fonte
é maior que a limiar
. Por outro lado, a tensão encontrada entre o dreno e a fonte
(VGS)
(VGS(th))
VGS > VGS(th)
VDS VGS(th)
VDS > VGS − VGS(th)
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
⇋ Utilize a rolagem horizontal
O ponto de operação pode ser definido pelo valor medido de
e pelo cálculo do valor de
com a resistência de polarização utilizada no circuito:
⇋ Utilize a rolagem horizontal
Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão.
R = − = −
VGS
IDSS
(−4)
20m
R = 200Ω
VGS
ID
VGS = −ID.R
ID = − = −
VGS
R
(−1, 6)
200
ID = 8mA
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 Roberto K. Onmori, Luiz Henrique C. Mattoso e
Roberto M. Faria.
CONTEUDISTA
Raphael de Souzados Santos
 CURRÍCULO LATTES
javascript:void(0);
javascript:void(0);