Transístores: Amplificadores e Reguladores

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O Que São Transístores?
O transístor é um componente eletrónico semicondutor com várias funções, nomeadamente: amplificador de sinal (tensão), comutador de circuitos e amplificador e regulador de corrente. A palavra transístor resultou da justaposição das palavras transfer + resistor , isto é, resistência de transferência, visto poder ser considerado como uma resistência, fixa ou variável colocada entre o gerador e a carga.
Foi inventado na década de 1950 devido a uma necessidade então sentida de encontrar um substituto para a válvula eletrónica que fosse mais barato, mais pequeno e consumisse menos energia – o que foi conseguido com o transístor.
Existem, hoje, diferentes tipos de transístores, nomeadamente o transístor bipolar e o transístor unipolar ou FET. Este último tem diferentes variantes: o JFET (Junction Field Effect Transístor), o mosfet (Metal Oxid Semiconductor Function Effect Transistor ), o Nmosfet (tipo n), o Pmosfet (tipo p).
O transístor bipolar ou BJT (Bipolar Junction Transístor) é o mais utilizado, tendo sido aquele que foi primeiro fabricado. É constituído por duas junções PN ligadas entre si, podendo obter-se duas configurações diferentes: o transístor NPN (NP + PN) e o transístor PNP (PN + NP). Destas junções resultam três zonas de condução, às quais foram dados os nomes de Coletor (C), Base (B) e Emissor (E). A Base é a região intermédia, o Coletor e o Emissor ficam nos extremos; o Emissor difere do Coletor por ter mais impurezas do que este. O transístor bipolar fica, portanto, com duas junções designadas por Coletor-Base e Base-Emissor.
Estas duas configurações (NPN e PNP) têm princípios de funcionamento semelhantes, mas com tensões aplicadas simétricas entre si. Deste modo, cada transístor NPN pode ter um transístor PNP equivalente ou complementar. São os casos, por exemplo, dos seguintes pares de transístores: 2N3904 (NPN) e 2N3906 (PNP) ou BC548 (NPN) e BC558 (PNP), entre muitos outros.
O transístor (NPN ou PNP) apresenta exteriormente três terminais (três patas) que estão ligadas internamente a cada uma das três zonas de condução do transístor.. O datasheet ou folha de dados de cada transístor indica quais são os terminais de cada transístor, pelo que é sempre necessário consultá-lo em manual técnico ou no site do fabricante, na Internet.
Basicamente, o princípio de funcionamento do transístor bipolar é o seguinte: a Base B, com corrente reduzida IB (microampères ou miliampères), permite controlar a corrente IC (bastante mais elevada, miliamperes ou ampères) da carga ligada no coletor C ou permite controlar a potência fornecida à carga ligada ao coletor; pelo emissor, faz-se o escoamento das correntes anteriores que somadas originam a corrente de emissor IE = IB + IC. Polariza-se directamente (+ liga a P e – liga a N) a junção Base-Emissor e inversamente (+ liga a N e – liga a P) a junção Coletor-Base, para que o transístor funcione na zona activa, como amplificador de corrente. Isto é, no transístor NPN, com N – Coletor, P – Base e N – Emissor, aplica-se uma tensão positiva à Base (P), em relação ao Emissor (N) e aplica-se uma tensão positiva ao Coletor (N) em relação ao Emissor (N).
Por isso, se diz que o circuito da Base é o circuito de comando do transístor e o circuito do coletor é o circuito de potência do transístor. Regulando a corrente da base IB, regula-se a corrente de coletor (e, portanto, da carga) IC. Podemos comparar o funcionamento do transístor a uma torneira de água que, abrindo mais ou menos a sua válvula, deixa passar mais ou menos quantidade de água – no caso do transístor, será mais ou menos corrente elétrica.
Funcionando como regulador de corrente ou como amplificador de corrente, ele apresenta um ganho de corrente ( que é calculado pela expressão ( = IC / IB. O ganho não tem unidades e pode variar entre 10 e 450, aproximadamente.
Como amplificador, de sinal ou de potência, o transístor pode ser ligado em três configurações diferentes: amplificador em Emissor Comum, em Coletor Comum e em Base Comum.
Na configuração em Emissor Comum, a mais utilizada, o transístor funciona como amplificador de sinal (ou de tensão); aplica-se um dado sinal, geralmente fraco, na Base do transístor, obtendo-se um sinal amplificado no coletor. Na configuração em Coletor Comum, aplica-se um sinal na Base do transístor e retira-se o sinal de saída no Emissor, aplicando-o à carga. Suponhamos, por exemplo, o sinal que entra num microfone, o qual é fraco (da ordem dos microwatts ou miliwatts), é geralmente amplificado por amplificador em Emissor Comum (de modo a obter alguns voltes) que vai alimentar um amplificador em Coletor Comum, ligando-se o altifalante ou a coluna entre o Coletor e a massa do transístor amplificador, em Coletor Comum. Nesta situação, temos uma cascata constituída por dois amplificadores: um em Emissor Comum, para aumentar a tensão, e outro em Coletor Comum, para fornecer correntes elevadas à carga.
Funcionando como amplificador de sinal ou de tensão, o transístor apresenta um ganho de tensão que é calculado pela expressão Au = uo / ui, em que uo é a tensão de saída do amplificador e ui é a tensão de entrada (no microfone). Este ganho também não tem unidades e pode variar entre aproximadamente 1 (para amplificadores em Coletor Comum) e 500 (para amplificadores em Emissor Comum), dependendo da montagem utilizada.
23 de Maio de 2011
José Vagos Carreira Matias
www.josematias.pt
‘Eu já utilizo o Acordo Ortográfico. E você?’