Transistor como chave e amplificador

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Eletrônica Analógica EC
O transistor utilizado, no corte e na saturação, como uma chave
A figura a seguir mostra as três regiões nas quais o transistor é utilizado:
✓ Na linear, como amplificador de sinais;
✓ No corte e na saturação, como chave ou inversor lógico;
A Região de Corte
Vi < 0,5V,
Íb=0, ic= 0, Íe=0,
Vc=Vce=Vcc
Ocorre quando a tensão de entrada for menor que 0,5V, a qual é insuficiente para 
polarizar o diodo base-emissor. Assim, iB=0, ic=0, iE=0, V c= V c e = V c c -
A Região de Saturação
Ocorre quando a tensão V ce fica menor que 0,7V (menor tensão que 
mantém o transistor operando na região linear) com a junção base-emissor 
polarizada diretamente (0,7V).
Para que o transistor funcione na região linear, é necessário garantir: 
s A polarização direta da junção base-emissor, ou seja, VBe=0,7V; 
s A polarização reversa da junção base coletor limitada a VCBmin=0V;
^ VcEmin=VcBmin+VBE=0,7V;
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VCB= 0,5V J \VcciL
'C
Vc I Y \
B ---------- VCE=0,ZV
Vi
'B
l lE VBE=0,7V y
E
A saturação ocorre quando Vce atinge o valor de 0,2V com a junção base- 
emissor polarizada diretamente. Assim,
Vce =Vcb+Vbe=0,2V
Portanto, na saturação, o transistor exibe as seguintes tensões nas suas 
junções: VCe=0,2V; VCb=-0,5V e V Be=0,7V
Para determinar o valor de Rb que mantenha o transistor saturado deve-se 
proceder da seguinte forma:
Onde:
lCsat é a corrente de saturação de coletor.
lBsatminé a corrente mínima de saturação de base. Com correntes menores que 
esta o transistor não satura.
lBsaté a corrente de saturação da base que garante a saturação do transistor com
um fator de saturação forçada igual a 5. Recomenda-se utilizar 
um fator entre 2 e 10.
RB é a resistência de base que garante a saturação do transistor.
Csat
VçC VçEsat
Rc
hfe =1 l l c forçado Csat
Bsat
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Relações fundamentais do transistor válidas para as três regiões de operação
Região de Corte Região Linear Região de Saturação
olicaIIoII = l c + ^B ^E +
< O m II < 8 " fy e X lB h =^~ fe forçado
' b
lE =(1 + hfe) X lB vce * 0,2V
|E=IC
v ce - 0,7 V
Exercício 1 Para os circuitos a seguir, determinar a condição dos transistores, 
classificando-os como saturado (neste caso calcular o pforçado), cortado ou na 
região linear. Considere os transistores com p=496
1ZV±E
-T ■c j |o ,3 3 k í2
12V=±=
100kíí
5 V----Wv-----[ T
Vo
IB IE
a)
Solução 1 c)
3k£í
,56 kQ
D,56 kfl
5 V----VW
. Numa rápida análise é possível constatar que o transistor
ic l Í 3,3 kQ está conduzindo, basta ver que a tensão na base é +5V. 
c Portanto, VBE = 0,7V.
0.56 kQ
VB
ib f-VE 5V -0 ,7V
l E j § i k f í E
Supondo o transistor operando na região linear,
4,3V 4,3V
1kQ + 560Q 1kO + 1,13Q 1001,130 
497
= 4,3mA
Vc = 1 2 V - 4,3mAx3,3kQ = -2,19V (situação impossível uma vez que o circuito 
tem alimentação somente positiva).
Assim, o fato de Vc ter resultado num valor negativo, significa que o transistor está 
saturado.
Então, o procedimento de cálculo é o seguinte:
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12V +-T ,c j Í3 ,3k^ VCE= V CB+V,
%V e j - V c V BE = 0,7V
5 V — - v w
BE
0,56 k Q | J BE
VCE = 0,2V
I B |— V £
i e I $ 1 kíí VCB = VCE - VBE = —0,5VEl
1) VE = V „-0 ,7 V
2) Ie = ^ = V .-0 .7 V
1kQ 1kn
3) Vc = VB -0,5V
Vcc- V c _ 1 2 V -(V B-0 ,5 V )_ 12,5V- VB
4) lc =
5) lB =
3,3kQ 3,3kQ 3,3kQ
5 V -V n
5600.
6) lE = lc + lB
VB -0 ,7V 12 ,5V -V b + 5 V - V b
1kíí 3,3kQ 0,56kQ
VB - 0,7V = 0,3(12,5V - VB ) +1,786(5V - VB ) 
VB - 0,7V = 3,75V - 0,3Vb + 8,93V -1,786'VB 
3,086Vb = 13,38V 
VB = 4,34V
7) | = 12’5V 4,34 = 2,47mA ; lB = 5V 4,34 = 1,179mA ; lE = I, 
’ c 3,3kfi B 0,56kQ E
8)
_ 2,47mA _ 
forçado 1,179mA ’
+ lB = 3,649mA
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Exercício 2
12V +Para o circuito ao lado, calcular o valor 
de Rb tal que determine a saturação do 
transistor. Considere o transistor com
P=hfe=399.
,Cl 1,8 kQ
..— Vc
Rb
5 V ------ w v
Solução:
Considera-se o transistor plenamente saturado quando V ce=0,2V.
Para garantir incondicionalmente a saturação, costuma-se utilizar um fator de 
multiplicação que fique situado na faixa de 2 a 10. Tal fator é chamado de fator 
forçado de saturação F F s a tu ra ç ã o -
Considerando FFsaturaÇão =10 
lBsat = 16,4^A x 10 = 164(jA
5 V - 0 7V 4 3V Rb = --------- 1 ------= 26,2kQ => 27kn (comercial)
lBsa, 164^A
Rb = 27kD
A corrente mínima de base para que esta 
corrente se verifique é dada por
Bsat Bsat min xFF,saturação
P forçado ^ forçado
DSCJI
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Exercício 3 Para os circuitos a seguir, determinar a condição dos transistores, 
classificando-os como saturado (neste caso calcular o pforçado), cortado ou na 
região linear. Considere os transistores com p=499.
10 v===
10KQ—WV-
IB
, c i ; ► 0,47k£i
VB — v c
X r r
►— v E
I . J : £ 2,2 kQ
- = 10V
0,47kSÍ
O Par Darlington
1'° Na configuração darlington os transistores estão 
dispostos de tal forma que o emissor de um está 
diretamente ligado à base do outro, como na figura ao 
lado, resultando em expressivas elevações do ganho de 
corrente e da impedância de entrada do conjunto.
Ganho de Corrente 
Lembrando as relações fundamentais do transistor na região linear
lE =(1 + hfe)x lB , lc = hfe x lB e lc = lE, vem.
li =102 i___r T1
IE2=ÍÕÍ
Ie1 = 0 + ^fel)x B^1 
C^1 = Ke1 X bl
Ic2 = E^2 = B^1 = 0 f^e2 ) X B^2
« i
C2 C 2 \\ 'C1
'fe1
'o = «Cl
Ic2 = B^2 X ^ fe2
A i = — = — X — X — X — 
•i ^C1 k l li
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Ai = 1x1x(1 + hfè1)x(1 + hfé2)
Ai = (1 + hfe1)x(1 + hfe2)
Se- hfe1 = hfe2 = hfe e hfe»1
Ai = (h J
Impedância de Entrada
A impedância de entrada vista da base de T2 é calculada pela seguinte seqüência:
hie2
(1+hfe2)hie1 -» Shie2+(1 +
í -=L
hfe2)hie1
Z, = hM + (1+h»2 )hit1 = (1+h«>v r +(1+ hBi )h,„ = +<1 + h«2 Jhw
EQ2 BQ1
Zi J 1 ^ M )VT+(1 + h|M)hm , (1 + hB1 )(1 + h»; )yT_ + (1 + h^ ) (1 + h».)VT
EQ1
(1 + hfe1)
EQ1 EQ1
z, = 2 (1 + h“2),(1 + h»l)VT = 2(1+hfc2 )h,,
EQ1
E, a impedância do par, tão somente, é dada por
R. T, - T j p , ' H ji . * X ' e, |Zj = 2(1 + hle2)hllie1
Relações fundamentais do darlington válidas para as três regiões de operação
Região de Corte Região Linear Região de Saturação
onmIIoIIai Ie = Ic + Ib
< O m II < o o lc = ( h fe ) x Ib h■fe forçado
B
Ie =(1 + hfe)2 x lB v ce - 0,9 V
m o
VCE^1.4V
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"S
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E x e rc íc ic |4 ^
Para o circuito ao lado, calcular o valor de Rb 
tal que determine a saturação do darlington.
Considere Vi=5V e os transistores com 
P=hfe=200.
Exercícic(V)
Para os circuitos a seguir, 
determinar a condição do 
darlington classificando-o 
como cortado, na região 
linear ou saturado (neste 
caso calcular o
Pforçado ~ hfeforçado). Considere 
os transistores com hfe=200.
Exercício 6
Para os circuitos a seguir, determinar a condição dos transistores, classificando-os 
como saturado (neste caso calcular o pforçado), cortado ou na região linear. 
Considere os transistores com p=399
15V%
Í lcJ »■47kQ
15 V %
100 kQ
4 V ---- VW
7kf2
0,56 KQ
4 V---- WV
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