Eletrônica 2 SENAI

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Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”
Campinas – S.P.
2006
Eletrônica 2
Eletrônica II
 SENAI-SP, 2006
Trabalho elaborado pela
Escola Senai “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”
Coordenação Geral Magno Diaz Gomes
Equipe responsável
Coordenação Geraldo Machado Barbosa
Elaboração Edson Carretoni Júnior
Versão Preliminar
SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”
Avenida da Saudade, 125, Bairro Ponte Preta
CEP 13041-670 - Campinas, SP
senaizer@sp.senai.br
Eletrônica II
SENAI
Sumário
Diodo Semicondutor
Diodos Especiais
Circuitos Retificadores
Circuito Retificador com Filtro
Transistor Bipolar
Ponto de Operação do Transistor
Polarização do Transistor
Características do Transistor Bipolar
Reguladores de Tensão
Regulador Monolítico
Amplificador Operacional
Amplificador Não-Inversor
Tiristores
SCR
TRIAC
FET – Transistores de Efeito de Campo
Referências Bibliográficas
Bibliografia Indicada
5
31
47
67
85
109
129
159
173
187
199
229
239
243
261
271
291
293
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Diodo Semicondutor
A eletrônica se desenvolveu espantosamente nas últimas décadas. A cada dia, novos
componentes são colocados no mercado, simplificando o projeto e a construção de
novos aparelhos, cada vez mais sofisticados. Um dos fatos que contribuiu de forma
marcante para esta evolução foi a descoberta e a aplicação dos materiais
semicondutores.
O primeiro componente fabricado com materiais semicondutores foi o diodo
semicondutor que é utilizado até hoje para o entendimento dos circuitos retificadores,
ou seja, aqueles que transformam CA em CC.
Este capítulo tratará do diodo semicondutor, visando fornecer os conhecimentos
indispensáveis para o entendimento dos circuitos que transformam CA em CC, ou seja,
circuitos retificadores.
Para ter sucesso no desenvolvimento desses conteúdos, você já deverá ter
conhecimentos relativos a corrente elétrica, materiais condutores e isolantes.
Materiais semicondutores
Materiais semicondutores são aqueles que apresentam características de isolante ou
de condutor, dependendo da forma como se apresenta sua estrutura química. O
exemplo típico do material semicondutor é o carbono (C). Dependendo da forma como
os átomos se interligam, o material formado pode se tornar condutor ou isolante.
Dois exemplos bastante conhecidos de materiais formados por átomos de carbono são
o diamante e o grafite.
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O diamante é um material de grande dureza que se forma pelo arranjo de átomos de
carbono em forma de estrutura cristalina. É eletricamente isolante.
O grafite é um material que se forma pelo arranjo de átomos de carbono em forma
triangular. É condutor de eletricidade.
Estrutura química dos materiais semicondutores
Os materiais considerados semicondutores se caracterizam por serem constituídos de
átomos que têm quatro elétrons (tetravalentes) na camada de valência. Veja na figura
a seguir a representação esquemática de dois átomos (silício e germânio) que dão
origem a materiais semicondutores.
Os átomos que têm quatro elétrons na última camada têm tendência a se agruparem
segundo uma formação cristalina. Nesse tipo de ligação, cada átomo se combina com
quatro outros. Isso faz com que cada elétron pertença simultaneamente a dois átomos.
Átomo de germânio
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Esse tipo de ligação química é denominado de ligação covalente. As ligações
covalentes se caracterizam por manter os elétrons fortemente ligados em dois núcleos
associados. Por isso, as estruturas cristalinas puras, compostas unicamente por
ligações covalentes, adquirem características de isolação elétrica.
O silício e o germânio puros são materiais semicondutores com características
isolantes quando agrupados em forma de cristal.
Dopagem
A dopagem é o processo químico que tem por finalidade introduzir átomos estranhos
(impureza) na estrutura cristalina de uma substância pura como o germânio e o silício,
por exemplo. Esses átomos estranhos a estrutura cristalina são denominados
impurezas.
A dopagem, que é realizada em laboratórios, introduz no interior da estrutura de um
cristal uma quantidade controlada de uma determinada impureza para transformar
essa estrutura num condutor. A forma como o cristal conduzirá a corrente elétrica e a
sua condutibilidade dependem do tipo de impureza utilizado e da quantidade de
impureza aplicada.
Cristal N
Quando o processo de dopagem introduz na estrutura cristalina uma quantidade de
átomos com mais de quatro elétrons na última camada, como o fósforo (P), que é
pentavalente, forma-se uma nova estrutura cristalina denominada cristal N.
Dos cinco elétrons externos do fósforo, apenas quatro encontram um par no cristal.
Isso possibilita a formação covalente. O quinto elétron do fósforo não forma ligação
covalente porque não encontra, na estrutura, um elétron que possibilite essa formação.
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No cristal semicondutor, cada átomo de impureza fornece um elétron livre dentro da
estrutura.
Esse elétron isolado tem a característica de se libertar facilmente do átomo e de vagar
livremente dentro da estrutura do cristal, constituindo-se um portador livre de carga
elétrica.
É importante notar que, embora o material tenha sido dopado, seu número total de
elétrons e prótons é igual, de forma que o material continua eletricamente neutro.
Nesse cristal, a corrente elétrica é conduzida no seu interior por cargas negativas. Veja
representação esquemática a seguir.
Observe que o cristal N conduz a corrente elétrica independentemente da polaridade
da bateria.
Cristal P
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A utilização de átomos com três elétrons na última camada, ou seja, trivalentes, no
processo de dopagem, dá origem à estrutura chamada de cristal P. O átomo de índio
(In) é um exemplo desse tipo de material.
Quando os átomos de índio são colocados na estrutura do cristal puro, verifica-se a
falta de um elétron para que os elementos tetravalentes se combinem de forma
covalente. Essa ausência de elétron é chamada de lacuna, que, na verdade, é a
ausência de uma carga negativa.
Os cristais dopados com átomos trivalentes são chamados cristais P porque a
condução da corrente elétrica no seu interior acontece pela movimentação das
lacunas. Esse movimento pode ser facilmente observado quando se analisa a
condução de corrente elétrica passo a passo.
Quando se aplica uma diferença de potencial aos extremos de um cristal P, uma lacuna
é ocupada por um elétron que se movimenta, e força a criação de outra lacuna atrás de
si. Veja figura a seguir na qual a lacuna está representada por uma carga positiva.
A lacuna é preenchida por outro elétron gerando nova lacuna até que esta seja
preenchida por um elétron proveniente da fonte.
As lacunas se movimentam na banda de valência dos átomos e os elétrons livres que
as preenchem movimentam-se na banda de condução.
Observações
• A banda de valência é a camada externa da eletrosfera na qual os elétrons estão
fracamente ligados ao núcleo do átomo.
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• Banda de condução é a região da eletrosfera na qual se movimentam os elétrons
livres que deixaram a banda de valência quando receberam uma certa quantidade
de energia.
 In
A condução de corrente por lacunas no cristal P independe da polaridade da fonte de
tensão. Assim, os cristais P e N, isoladamente, conduzem a corrente elétrica qualquer
que seja a polaridade de tensão aplicada às suas extremidades.
Os cristais P e N são a matéria prima para a fabricação dos componentes eletrônicos
modernos tais como diodos, transistores e circuitos integrados.
Condutibilidade dos materiais semicondutores
Há dois fatores que influenciam a condutibilidade dos materiais semicondutores. Eles
são:
• a intensidade da dopagem e
• a temperatura.
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Intensidade da dopagem
Os cristais dopados mais intensamente se caracterizam por apresentar maior
condutibilidade porque sua estrutura apresenta um número maior de portadores livres.Quando a quantidade de impurezas introduzidas na estrutura cristalina é controlada, a
banda proibida pode ser reduzida a uma largura desejada. Essa faixa está localizada
entre as bandas de valência e condução.
Temperatura
Quando a temperatura de um material semicondutor aumenta, a energia térmica
adicional faz com que algumas ligações covalentes da estrutura se desfaçam. Cada
ligação covalente que se desfaz pelo aumento da temperatura permite o aparecimento
de dois portadores livres de energia a mais na estrutura do cristal. A presença de um
maior número de portadores aumenta a condutibilidade do material, permitindo a
circulação de correntes maiores no cristal.
Assim, o comportamento de qualquer componente eletrônico fabricado com materiais
semicondutores depende diretamente de sua temperatura de trabalho. Essa
dependência é denominada de dependência térmica e constitui-se de fator importante
que deve ser considerado quando se projeta ou monta circuitos com esse tipo de
componente.
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Diodo semicondutor
O diodo semicondutor é um componente que se comporta como condutor ou isolante
elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais.
Uma das aplicações mais comuns do diodo é na transformação de corrente
alternada em corrente contínua como, por exemplo, nos eliminadores de pilhas ou
fonte CC.
A ilustração a seguir mostra o símbolo do diodo, de acordo com a norma NBR 12526.
O terminal da seta representa um material P e é chamado de anodo e o terminal da
barra representa um material N e é chamado de catodo.
A identificação dos terminais (anodo e catodo) no componente pode aparecer de
diversas formas. A seguir estão representadas duas delas:
• o símbolo do diodo impresso sobre o corpo do componente;
• barra impressa em torno do corpo do componente, indicando o catodo.
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Junção PN
O diodo se constitui da junção de duas pastilhas de material semicondutor: uma de
material N e outra de material P. Essas pastilhas são unidas através de aquecimento,
formando uma junção entre elas. Por essa razão o diodo semicondutor também é
denominado de diodo de junção PN.
Após a junção das pastilhas que formam o diodo, ocorre um processo de acomodação
química entre os cristais. Na região da junção, alguns elétrons livres saem do material
N e passam para o material P onde se recombinam com as lacunas das proximidades.
O mesmo ocorre com algumas lacunas que passam do material P para a material N e
se recombinam com os elétrons livres.
Assim, forma-se na junção, uma região na qual não existem portadores de carga
porque estão todos recombinados, neutralizando-se. Esta região é denominada de
região de depleção.
Como conseqüência da passagem de cargas de um cristal para o outro, cria-se um
desequilíbrio elétrico na região da junção. Os elétrons que se movimentam do material
N para o material P geram um pequeno potencial elétrico negativo.
As lacunas que se movimentam para o material N geram um pequeno potencial
elétrico positivo.
Esse desequilíbrio elétrico é denominado de barreira de potencial. No funcionamento
do diodo, esta barreira se comporta como uma pequena bateria dentro do componente.
A tensão proporcionada pela barreira de potencial no interior do diodo depende do
material utilizado na sua fabricação. Nos diodos de germânio (Ge), a barreira tem
aproximadamente 0,3 V e nos de silício (Si), aproximadamente 0,7 V.
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Observação
• Não é possível medir a tensão da barreira de potencial utilizando um voltímetro nos
terminais de um diodo porque essa tensão existe apenas dentro do componente.
• O diodo continua neutro, uma vez que não foram acrescentados nem retirados
portadores dos cristais.
Polarização do diodo
A aplicação de tensão sobre o diodo estabelece a forma como o componente se
comporta eletricamente. A tensão pode ser aplicada ao diodo de duas formas
diferentes, denominadas tecnicamente de polarização direta e polarização inversa.
A polarização é direta quando a tensão positiva é aplicada ao material P (anodo) e a
tensão negativa ao material N (catodo).
Na polarização direta, o pólo positivo da fonte repele as lacunas do material P em
direção ao pólo negativo, enquanto os elétrons livres são repelidos pelo pólo negativo
em direção ao pólo positivo.
Se a tensão da bateria externa é maior que a tensão da barreira de potencial, as forças
de atração e repulsão provocadas pela bateria externa permitem aos portadores
adquirir velocidade suficiente para atravessar a região com ausência de portadores, ou
seja, a barreira de potencial. Nesta condição, existe na junção um fluxo de
portadores livres dentro do diodo.
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A polarização direta faz com que o diodo permita a circulação de corrente elétrica no
circuito através do movimento dos portadores livres.
Assim, quando o diodo está polarizado diretamente, diz-se que o diodo está em
condução.
A polarização é inversa quando a tensão positiva é aplicada no material N (catodo) e
a negativa no material P (anodo).
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Nesta situação, os portadores livres de cada cristal são atraídos pelos potenciais da
bateria para as extremidades do diodo. Isso provoca um alargamento da região de
depleção porque os portadores são afastados da junção.
Como não existe fluxo de portadores através da junção, a polarização inversa faz com
que o diodo impeça a circulação de corrente no circuito elétrico. Nesse caso, diz-se
que o diodo está em bloqueio.
Características de condução e bloqueio do diodo semicondutor
Nas condições de condução e bloqueio, seria ideal que o diodo apresentasse
características especiais, isto é,
• quando em condução (polarização direta) conduzisse a corrente elétrica sem
apresentar resistência, comportando-se como um interruptor fechado.
• quando em bloqueio (polarização inversa), ele se comportasse como um isolante
perfeito, ou um interruptor aberto, impedindo completamente a passagem da
corrente elétrica.
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Todavia, devido às imperfeições do processo de purificação dos cristais
semicondutores para a fabricação dos componentes, essas características de
condução e bloqueio ficam distantes das ideais.
Na condução, dois fatores influenciam nessas características: a barreira de potencial e
a resistência interna.
A barreira de potencial, presente na junção dos cristais, faz com que o diodo entre
em condução efetiva apenas a partir do momento em que a tensão da bateria atinge
um valor maior que a tensão interna da barreira de potencial.
A resistência interna faz com que o cristal dopado não seja um condutor perfeito. O
valor dessa resistência interna é geralmente menor que 1 Ω nos diodos em condução.
Um circuito equivalente do diodo real em condução apresenta os elementos que
simbolizam a barreira de potencial e a resistência interna.
Na maioria dos casos em que o diodo é usado, as tensões e resistências externas do
circuito são muito maiores que os valores internos do diodo (0,7 V; 1 Ω ). Assim, é
possível considerar o diodo real igual ao diodo ideal no que diz respeito à condução,
sem provocar erros significativos.
No circuito a seguir, por exemplo, a tensão e a resistência externa ao diodo são tão
grandes se comparadas com os valores do diodo, que a diferença entre eles se torna
desprezível.
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Erro = 0,0333 - 0,0328 = 0,0005 A, correspondente a 1,53 % (desprezível face à
tolerância do resistor).
Na condição de bloqueio, devido à presença de portadores minoritários (impurezas)
resultantes da purificação imperfeita, o diodo real não é capaz de impedir totalmente a
existência de corrente no sentido inverso. Essa corrente inversa é chamada de
corrente de fuga e é da ordem de alguns microampères.
Como essa corrente é muito pequena se comparada com a corrente de condução, a
resistência inversa do diodo pode ser desprezada na análise da grande maioria dos
circuitos.
O circuito equivalente do diodo real em bloqueio apresenta esta característica.
A 0333,0
150050
R
VI A 0328,0
1501
3,49
R
VI ======
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Curva característica
O comportamento dos componentes eletrônicos é expresso através de uma curva
característica que permite determinar a condição de funcionamento do componente em
um grande número de situações. A curva característica do diodo mostra seu
comportamento na condução e no bloqueio.
Região de condução
Durante a condução, a corrente do circuito circula no cristal. Devido à existência da
barreira de potencial e da resistência interna, aparece um pequeno valor de tensão
sobre o diodo.
A curva característica do diodo em condução mostra o comportamento da queda de
tensão em função da corrente que flui no circuito.
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A curva característica de condução mostra que a tensão no diodo sofre um pequeno
aumento quando a corrente aumenta. Ela mostra também que enquanto o diodo está
abaixo de 0,7 V (no caso do silício), a corrente circulante é muito pequena (região C da
curva). Isso é conseqüência da oposição ao fluxo de cargas feita pela barreira de
potencial. Por isso, a região típica de funcionamento dos diodos fica acima da tensão
característica de condução.
Região de bloqueio
No bloqueio, o diodo semicondutor não atua como isolante perfeito e permite a
circulação de uma corrente de fuga da ordem de microampères. Essa corrente
aumenta à medida que a tensão inversa sobre o diodo aumenta.
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Regimes máximos do diodo em CC
Os regimes máximos do diodo em CC estabelecem os limites da tensão e corrente que
podem ser aplicados ao componente em circuitos de corrente contínua, sem provocar
danos em sua estrutura.
Analisando o comportamento do diodo em condução e bloqueio, verifica-se que os
fatores que dependem diretamente do circuito ao qual o diodo está conectado são:
• corrente direta nominal (IF, do inglês "intensity forward");
• tensão inversa máxima (VR, do inglês "voltage reverse").
A corrente direta nominal (IF) de cada tipo de diodo é dada pelo fabricante em folhetos
técnicos e representa o valor máximo de corrente que o diodo pode suportar, quando
polarizado diretamente. Veja a seguir, as características de corrente máxima (IF) de
dois diodos comerciais.
Tipo IF (A)
1N4001 1,0
MR504 3,0
Quando polarizado inversamente, toda tensão aplicada ao circuito fica sobre o diodo.
Cada diodo tem a estrutura preparada para suportar um determinado valor de tensão
inversa. Quando se aplica a um diodo um valor de tensão inversa máxima (VR) maior
que o especificado, a corrente de fuga aumenta excessivamente e danifica o
componente.
O valor característico de VR que cada tipo de diodo suporta sem sofrer ruptura é
fornecido pelos fabricantes. Veja a seguir exemplos de valores característicos de
tensão máxima inversa de alguns diodos comerciais.
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Tipo VR (V)
1N4001 50
1N4002 100
MR504 400
BY127 800
Reta de carga
A reta de carga é uma traçagem sobre a curva característica do diodo com o objetivo
de determinar previamente qual será a corrente e tensão no diodo em determinadas
condições de trabalho.
Para traçar a reta de carga de um diodo, deve-se determinar a tensão de corte, ou
seja, a que está sobre o diodo quando este estiver na região de bloqueio, e a corrente
de saturação, isto é, a corrente que circula pelo diodo quando ele está na região de
condução em um determinado circuito.
Quando o diodo está em corte ou bloqueio, a tensão da fonte está totalmente sobre o
componente. Desta forma pode-se afirmar que a tensão de corte é igual a tensão da
fonte de alimentação do circuito.
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Logo:
VC = VCC
Onde VC é tensão de corte e VCC a tensão de alimentação.
A corrente de saturação é a corrente do circuito quando o diodo está na região de
condução ou saturado.
Pode-se determinar a corrente de saturação a partir da lei de Ohm. A corrente que
circula no resistor é a corrente de saturação IS e a tensão sobre o resistor é a tensão
de alimentação VCC.
Desta forma:
Onde IS é a corrente de saturação, VCC a tensão de alimentação e RL o resistor de
carga ou limitador.
A partir dos valores de tensão de corte e corrente de saturação, traça-se uma reta na
curva característica do diodo da seguinte forma: a tensão de corte VC é identificada no
eixo de tensão VD do gráfico e a corrente de saturação no eixo de corrente ID. Essa
reta é denominada reta de carga.
L
CC
S R
V
I =
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O ponto de encontro entre a reta de carga e a curva do diodo é denominada de ponto
de trabalho ou quiescente (Q).
Projetando este ponto quiescente nos eixos de tensão e corrente do gráfico tem-se os
valores de corrente e tensão do diodo no circuito.
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Potência de dissipação
A potência de dissipação de um diodo é o valor de potência que ele dissipa em um
circuito.
A partir dos valores de tensão e corrente no diodo é possível determinar a potência de
dissipação.
PD = VD . ID
No exemplo a seguir, serão determinados os valores de tensão corrente e potência no
diodo.
De acordo com os dados do esquema elétrico os valores da tensão, de corte e
corrente de saturação podem ser calculados.
VC = VCC
VC = 3 V
IS = 63 mA
A 063,0
47
3
R
V
I
L
CC
S ===
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A partir dos valores da tensão de corte e corrente de saturação, deve-se traçar a reta
de carga.
O cruzamento da reta de carga com a curva característica do diodo determina o ponto
quiescente. Ao projetar o ponto quiescente nos eixos de tensão e corrente do gráfico é
possível determinar a tensão e a corrente no diodo.
ID = 63 mA
VD = 1,6 V
A partir desses valores é possível determinar a potência dissipada no diodo.
PD = ID . VD
PD = 0,063 . 1,6
PD = 0,100 W ou 100 mW
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Exercícios
1. Responda às seguintes perguntas:
a) Qual a principal característica de um material semicondutor?
b) Quantos átomos de valência deve ter um material semicondutor?
c) O que é ligação covalente?
d) O que é dopagem?
e) Qual a finalidade da impureza em uma estrutura cristalina?
2. Responda:
a) O que é barreira de potencial?
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b) É possível medir a tensão da barreira de potencial de um diodo?
c) Quais os valores das barreiras de potencial de um diodo de silício e de germânio?
d) Cite um exemplo de utilização da curva característica de um diodo.
3. Faça o esquema do circuito solicitado:
a) Circuito com um diodo polarizado diretamente.
b) Circuito com um diodo polarizado inversamente.
4. Resolva os problemas que seguem:
a) Determine os valores de tensão de corte e corrente de saturação em um circuito
com diodo. Sabe-se que a tensão de alimentação do circuito é de 12 VCC e o resistor
de carga de 220k Ω.
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b) De acordo com o gráfico a seguir, determine a tensão, a corrente e a potência
dissipada no diodo e faça esquema do circuito elétrico. A fonte que alimenta o
circuito é de 2 VCC e o resistor limitador 560 Ω.
5. Relacione a segunda coluna com a primeira.
a. Silício ou germânio puro ( ) Quatro elétrons na última camada.
b. Átomo trivalente ( ) Cinco elétrons na última camada.
c.Átomo pentavalente ( ) Característica isolante .
d. Catodo ( ) Material tipo N.
e. Átomo tetravalente ( ) Três elétrons na camada de valência.
( ) Três prótons na última camada.
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6. Preencha as lacunas com V para as afirmações verdadeiras e F para as afirmações
falsas.
a) ( ) O índio é um tipo de material utilizado na dopagem de um cristal P.
b) ( ) O cristal N recebe átomos pentavalentes na sua estrutura cristalina.
c) ( ) A lacuna é a ausência de elétron na estrutura cristalina.
d) ( ) O cristal P conduz somente em um sentido.
e) ( ) A intensidade da dopagem e a temperatura não influenciam na
condutibilidade de um material semicondutor.
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Diodos Especiais
Desde o descobrimento da junção semicondutora PN, muitos estudos têm sido
realizados com os materiais semicondutores, em busca de novos componentes.O diodo emissor de luz (LED) é um dos componentes descobertos através dessas
pesquisas. Atualmente, na grande maioria dos aparelhos eletrônicos, as lâmpadas de
sinalização estão sendo substituídas por esse componente semicondutor capaz de
emitir luz.
O outro componente foi o diodo zener que veio atender à necessidade de utilização de
dispositivos reguladores de tensão surgida com a crescente sofisticação dos
equipamentos eletrônicos.
O presente capítulo tratará do LED e do diodo zener. Para ter sucesso no
desenvolvimento dos conteúdos e atividades aqui apresentados, é necessário ter
conhecimentos relativos a diodo semicondutor, curvas características e à polarização
dos diodos semicondutores.
Diodo emissor de luz
O diodo emissor de luz ou LED, do inglês light emitting diode, é um tipo especial de
diodo semicondutor que emite luz quando é polarizado diretamente. O símbolo gráfico
do LED é definido pela NBR 12526/92, e está apresentado a seguir.
Eletrônica II
SENAI32
O LED é fabricado com uma combinação de elementos como o arsênio (AS), o gálio
(Ga), que formam o arseneto de gálio e o fósforo (P). Dependendo da quantidade de
fósforo depositada, eles poderão irradiar luz visível vermelha, amarela ou verde, que
são as mais comuns, embora também possam ser encontrados os LEDs que irradiam
luz laranja ou azul.
Há LEDs que emitem luz invisível ao olho humano, ou seja, a luz infravermelha e a luz
ultravioleta.
Outros emitem duas cores diferentes. São os LEDs bicolores que consistem de dois
LEDs de cores diferentes encapsulados dentro de uma mesma cápsula de três
terminais.
Um dos terminais é comum aos dois LEDs. Para que o componente irradie a cor
desejada, basta polarizar diretamente o LED dessa cor.
Eletrônica II
SENAI 33
Os LEDs são encontrados nas mais diversas formas e dimensões. Veja alguns
exemplos na ilustração a seguir.
O catodo do LED é identificado por um "corte" (ou chanfro) na base do
encapsulamento, ou pelo terminal menor.
O LED apresenta as seguintes vantagens:
• pequena tensão de alimentação (2 V) e baixo consumo (20 mA);
• tamanho reduzido;
• nenhum aquecimento;
• alta resistência a vibrações;
• grande durabilidade.
Funcionamento
Quando o LED é polarizado diretamente, entra em condução. Isso permite a
circulação da corrente que se processa pela liberação dos portadores livres na
estrutura dos cristais.
Eletrônica II
SENAI34
O deslocamento de portadores da banda de condução provoca a liberação de energia,
ou seja, emissão de fótons em forma de luz. Esse efeito ocorre principalmente quando
o tamanho da banda proibida é igual ao comprimento de onda (λ) da luz emitida.
Observação
A banda proibida é a região da ligação covalente entre uma camada de valência e
outra, na qual não há elétrons livres.
Características dos LEDs
Os LEDs apresentam as mesmas características dos diodos semicondutores a saber:
• corrente direta máxima (IFM);
• corrente direta nominal (IF);
• tensão direta nominal (VF);
• tensão inversa máxima (VR).
A corrente direta máxima expressa pela notação IFM, é o parâmetro que define a
corrente máxima de condução do LED sem prejuízo para sua estrutura.
A corrente direta nominal, IF, é um valor de corrente de condução indicado pelo
fabricante no qual o LED apresenta um rendimento luminoso ótimo e que,
normalmente, corresponde a 20 mA.
Eletrônica II
SENAI 35
A tensão direta nominal representada por, VF, é a especificação que define a queda
de tensão típica do diodo no sentido da condução. A queda da tensão nominal ocorre
no componente quando a corrente direta tem valor nominal (IF).
Para valores de corrente direta diferentes do valor nominal (IF), a tensão direta de
condução sofre pequenas modificações de valor.
A tensão inversa máxima, representada pela notação VR, é a especificação que
determina o valor de tensão máxima que o LED suporta no sentido inverso sem sofrer
ruptura.
Nos LEDs, ela é pequena, da ordem de 5 V, porque esses componentes não são
usados em retificação e sim para emitir luz. Portanto, na prática, só trabalham com
polarização direta.
A tabela a seguir mostra características de alguns LEDs.
LED Cor VF (V)* IFn (mA)
FLV 110 vermelho 1,7 50
LD 37I verde 2,4 60
LD 35I amarelo 2,4 60
* O valor de VF é obtido com IF = 20 MA.
Eletrônica II
SENAI36
Utilização do LED em CC
A utilização do LED em corrente contínua exige a fixação de sua corrente direta
nominal (IF). A limitação da corrente pode ser feita através de um resistor.
A figura a seguir apresenta um circuito retificador de onda completa com um led para
indicar a existência de tensão na saída.
O valor do resistor limitador é dado por:
Onde; VCC é a tensão de saída da fonte,
 VF é a tensão nominal de condução do LED, e
 IF é a corrente nominal de condução do LED
Tomando-se como exemplo a fonte retificadora do esquema apresentado e os valores
do LED FLV 110 e a tensão da saída da fonte como sendo 10 V, por
F
FCC
I
VV
R
−
=
Eletrônica II
SENAI 37
exemplo, o valor do resistor seria:
Ou seja, R = 390 Ω ou 470 Ω (em valores comerciais padronizados).
A potência do resistor seria aproximadamente:
PR = VR . IR = (10 – 1,7). 0,02 = 166 mW
Para trabalhar a frio: PR = 0,5 W.
Diodo zener
O diodo zener é um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tensão. A sua
capacidade de regulação de tensão é empregada principalmente nas fontes de
alimentação de modo a fornecer uma tensão de saída fixa.
A norma NBR 12526/92 define seu símbolo gráfico conforme ilustração a seguir.
Os diodos zener de pequena potência podem ser encontrados em encapsulamento de
vidro ou de plástico enquanto os de maior potência são geralmente metálicos para
facilitar a dissipação de calor. Veja os dois tipos de zener nas ilustrações a seguir.
Ω=
−
=
−
= 415
02,0
7,110
I
VV
R
F
FCC
Eletrônica II
SENAI38
Comportamento do diodo zener
O comportamento do diodo zener depende fundamentalmente da forma como ele é
polarizado.
Com polarização direta, o diodo zener se comporta da mesma forma que um diodo
semicondutor ou retificador, entrando em condução e assumindo uma queda de tensão
típica.
Observação
Normalmente o diodo zener não é usado com polarização direta nos circuitos
eletrônicos.
Na polarização inversa, até um determinado valor de tensão inversa, o diodo zener
se comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio. Nesse bloqueio, uma
pequena corrente de fuga circula no diodo zener, tal como no diodo convencional.
Em um determinado valor de tensão inversa, o diodo zener entra subitamente em
condução, apesar de estar polarizado inversamente.
A corrente inversa aumenta rapidamente e a tensão sobre o zener se mantém
praticamente constante.
Eletrônica II
SENAI 39
O valor de tensão inversa que faz o diodo zener entrar em condução é denominado de
tensão zener (VZ).
Enquanto houver corrente inversa circulando no diodo zener, a tensão sobre seus
terminais se mantém praticamente no valor da tensão zener.
É importante observar que no sentido inverso, o diodo zener difere do diodo
semicondutor retificador convencional, ou seja, um diodo retificador nunca chega a
conduzir intensamente no sentido inverso. Se isso acontecer, o diodo estará em curto e
danificado.
Eletrônica II
SENAI40
O diodo zener, por sua vez, é levado propositadamente a conduzir no sentido inverso
para que uma tensão zener constante seja obtida em seus terminais, sem que isso
danifique o componente.
Características do diodo zener
As características elétricas importantes do diodo zener são:
• tensão zener;
• potência zener;
• coeficiente de temperatura;
• tolerância.
Tensão zener
A tensão zener ou tensão de ruptura depende do processo de fabricação e da
resistividade da junção semicondutora. Durante a ruptura, o diodo zener fica com o
valor de tensão zener sobre seus terminais. Esses valores são fornecidos pelos
fabricantes nos catálogos técnicos.
Potência zener
A potência zener é a potência dissipada pelo diodo em condições normais de
funcionamento.
Na curva de ruptura,esse diodo apresenta a tensão zener em seus terminais e é
percorrido por uma corrente inversa. A potência zener é dada pelo produto da tensão e
corrente, ou seja: PZ = VZ . IZ
Os diodos zener são fabricados para determinados valores de potência de dissipação
que determinam a dissipação máxima que o componente pode suportar. Esses valores
são fornecidos pelo fabricante.
Utilizando os valores de tensão zener e potência zener máxima, pode-se determinar a
corrente máxima que o zener pode suportar, ou seja:
Z
ZMÁX
ZMÁX V
P
I =
Eletrônica II
SENAI 41
Observação
Esse valor de corrente zener máxima não pode ser excedido sob pena de danificar o
diodo por excesso de aquecimento.
A região de funcionamento do zener é determinada por dois valores de corrente porque
sua tensão inversa é constante. Esses valores são: IZmax e IZmin.
O valor de IZmax é definido pela potência zener:
O valor de IZmin corresponde a 10% do valor de IZmax, ou seja:
Coeficiente de temperatura
O desempenho dos componentes fabricados com materiais semicondutores sofre
influência da temperatura (dependência térmica). Por isso, a tensão zener se modifica
com a variação da temperatura do componente.
A influência dessa variação é expressa sob a forma de relação entre tensão e
temperatura e define em quantos milivolts a tensão se modifica para cada grau
centígrado de alteração da temperatura do componente, ou seja, mV/o C.
Devido a uma diferença no princípio de funcionamento interno, os diodos zener são
divididos em dois grupos:
• até 5 V: a tensão sobre o zener diminui com o aumento da temperatura (-mV/oC).
• acima de 5 V: a tensão sobre o zener aumenta com o aumento da temperatura
(+mV/oC).
Z
maxZ
maxZ V
P
I =
Z
maxZmaxZ
minZ V10
P
10
I
I ==
Eletrônica II
SENAI42
As curvas características a seguir exemplificam a dependência térmica dos dois grupos
de diodos zener.
Observação
Os valores de tensão zener fornecidos pelos fabricantes são válidos à temperatura
 de 25oC.
Tolerância
A tolerância do diodo zener refere-se à variação que pode existir entre o valor
especificado e o valor real de tensão inversa do diodo zener. Isso significa que um
diodo zener de 10 V ± 5% pode ter uma tensão inversa real, por exemplo, de 9,5 a
10,5 V.
Para especificar a tolerância, os fabricantes utilizam diversos códigos. Por exemplo:
• para tolerância de 5 %, a designação do diodo vem acompanhada pela letra A:
1N4742 A;
• para tolerância de 10%, a designação do diodo vem sem letra no final: 1N4733.
Diodo zener ideal x real
A característica fundamental do diodo zener é manter uma tensão constante sobre
seus terminais quando colocado em condução no sentido inverso. O diodo zener ideal
é aquele que, em condução inversa, mantém a tensão absolutamente constante
independentemente da corrente circulante.
Eletrônica II
SENAI 43
Entretanto, o diodo zener não é um componente ideal. Assim, a tensão sobre seus
terminais sofrem uma pequena variação quando a corrente inversa se modifica.
Porém, quando se considera que a variação em VZ é muito pequena, o diodo zener
pode ser considerado como ideal na maioria das aplicações.
Relação entre corrente e resistência no diodo zener
A lei de Ohm define a relação entre corrente, tensão e resistência em um dispositivo:
R
VI =
Eletrônica II
SENAI44
Como no diodo zener a tensão é constante, a relação fica resumida à corrente e
resistência. Assim, temos: VZ = IZ . RZ
Na equação acima, para que a tensão seja constante no zener, o produto “I . R” deve
ser constante. Se a corrente no diodo zener aumenta, sua resistência diminui na
mesma proporção ou vice-versa:
Da mesma forma, se a corrente no diodo , sua resistência aumenta para que o produto
(tensão) se mantenha constante:
Assim, na região de ruptura, a corrente e a resistência zener são inversamente
proporcionais: quando uma aumenta, a outra diminui na mesma proporção.
Exercícios
1. Responda às seguintes perguntas:
a) Qual é a principal função de um LED?
b) Cite três vantagens na utilização do LED.
c) De que forma é possível a emissão de duas cores por um só LED?
IZ . RZ = VZ
IZ ⋅ RZ = VZ
Eletrônica II
SENAI 45
1. Responda
a) Qual a principal função do diodo zener?
b) Como o diodo zener se comporta na polarização direta?
c) O que difere um diodo semicondutor de um diodo zener?
d) Cite as características elétricas importantes do diodo zener.
2. Resolva os seguintes exercícios:
a) Faça o esquema elétrico do circuito e especifique o resistor necessário para limitar
a corrente de um led de sinalização. Dados:
IF = 20 mA;
 VCC = 20 V
 VF = 1,7 V
3. Faça os símbolos gráficos dos componentes solicitados.
a) LED
Eletrônica II
SENAI46
b) Diodo zener
4. Relacione a segunda coluna com a primeira.
a) Corrente direta máxima ( ) Valor de tensão máxima suportada, VR.
b) Corrente direta nominal ( ) Corrente máxima de condução, IFM.
c) Tensão direta nominal ( ) Corrente direta nominal, IF.
d) Tensão inversa máxima ( ) Queda de tensão nominal, VF.
( ) Valor da queda de tensão admissível, VFM.
6. Preencha as lacunas com V para as afirmações verdadeiras e F para as
afirmações falsas.
a) ( ) O valor de tensão inversa que faz o diodo zener entrar em condução é
denominado de tensão zener.
b) ( ) Um diodo retificador em bom estado conduz intensamente no sentido
inverso, quando a tensão VD é superior a 0,7 V.
c) ( ) Quando a variação da tensão zener é de valor considerável, o diodo pode
ser considerado como ideal.
d) ( ) A característica fundamental do diodo zener é manter uma corrente
constante em seus terminais. quando em condução.
e) ( ) A corrente e a resistência zener são inversamente proporcionais.
Eletrônica II
SENAI 47
Circuitos Retificadores
Todos os aparelhos eletrônicos necessitam de corrente contínua para funcionar.
Todavia, a rede elétrica que chega às nossas casas, nos fornece energia elétrica em
forma de corrente alternada.
Assim, para que seja possível alimentar os aparelhos eletrônicos, é necessário um
circuito que transforme corrente alternada em corrente contínua. Esse circuito é
chamado de retificador.
Por seu largo emprego e importância, os circuitos retificadores serão o assunto deste
capítulo. Para compreendê-lo com mais facilidade, é necessário conhecer corrente
contínua, corrente alternada, diodo semicondutor e transformadores.
Retificação
Retificação é o processo de transformação de corrente alternada em corrente contínua,
de modo a permitir que equipamentos de corrente contínua sejam alimentados por
corrente alternada.
A retificação ocorre de duas formas:
• retificação de meia onda;
• retificação de onda completa.
Retificação de meia-onda
De todos os circuitos retificadores que existem, o mais simples é o circuito retificador
de meia-onda. Ele permite o aproveitamento de apenas um semiciclo da tensão de
entrada de carga e é usado em equipamentos que não exigem tensão contínua pura,
como os carregadores de bateria.
Eletrônica II
SENAI48
Esse circuito utiliza um diodo semicondutor pois suas características de condução e
bloqueio são aproveitadas para a obtenção da retificação. Tomemos como exemplo o
circuito retificador da figura a seguir.
Durante o primeiro semiciclo, a tensão é positiva no ponto A e negativa em B. Essa
polaridade da tensão de entrada coloca o diodo em condução e permite a circulação
da corrente.
A tensão sobre a carga assume a mesma forma da tensão de entrada.
O valor do pico de tensão sobre a carga é menor que o valor do pico da tensão de
Eletrônica II
SENAI 49
entrada. Isso acontece porque o diodo durante a condução apresenta uma pequena
queda de tensão.
Observação
A queda de tensão (VD) é de 0,7 V em circuitos com diodos de silício e 0,2 V em
circuitos com diodos de germânio.
Na maioria dos casos, essa queda de tensão pode ser desprezada porque seu valor é
muito pequeno em relação ao valor total do pico de tensão sobre a carga. Ela só deve
ser considerada quando é aplicado no circuito retificador tensões de baixosvalores,
menores que 10 V.
Durante o segundo semiciclo, a tensão de entrada é negativa no ponto A e positiva no
ponto B. Nessa condição, o diodo está polarizado inversamente, em bloqueio,
impedindo a circulação da corrente.
Com o bloqueio do diodo que está funcionando como um interruptor aberto, a tensão
na carga é nula porque não há circulação de corrente
Eletrônica II
SENAI50
Os gráficos a seguir ilustram a evolução de um ciclo completo.
Eletrônica II
SENAI 51
Pelos gráficos, é possível observar que a cada ciclo completo da tensão de entrada,
apenas um semiciclo passa para a carga, enquanto o outro semiciclo fica sobre o
diodo.
Tensão de saída
A tensão de saída de uma retificação de meia-onda é contínua, porém pulsante porque
nela alternam-se períodos de existência e inexistência de tensão sobre a carga.
Assim, ao se conectar um voltímetro de CC na saída de um circuito retificador de meia-
onda, a tensão indicada pelo instrumento será a média entre os períodos de existência
e inexistência de tensão.
Por isso, o valor da tensão CC aplicada sobre a carga fica muito abaixo do valor efetivo
da CA aplicada à entrada do circuito.
A tensão média na saída é dada pela equação:
Onde: VCC é a tensão contínua média sobre a carga;
 VP é a tensão de pico da CA aplicada ao circuito (VP = VCA . );
 VD é a queda de tensão típica do diodo (0,2 V ou 0,7 V).
Quando as tensões de entrada (VCAef) forem superiores a 10 V, pode-se eliminar a
queda de tensão do diodo que se torna desprezível, reescrevendo a equação da
seguinte maneira:
Simplificando os termos , obtém-se 0,45. Logo,
π
−
= DPCC
VV
V
2
π
=⇒
π
=
2 . V
 V 
V
V CACC
P
CC
π
2
Eletrônica II
SENAI52
VCC = VCA . 0,45
Exemplo
Dados:
VCA = 6 V (menor que 10 V)
D1 = diodo retificador de silício
VCC = 2,47 V
Corrente de Saída
Como na retificação de meia-onda a tensão sobre a carga é pulsante, a corrente de
saída também é pulsante.
Assim, a corrente de saída é a média entre os períodos de existência e inexistência de
corrente.
Esse valor é determinado a partir dos valores de tensão média e da resistência de
carga, ou seja,
Observação
( ) ( ) V47,2
14,3
7,041,1.6V2.VVVV DCADPCC =
−
=
π
−
=
π
−
=
L
CC
CC R
V
I =
Eletrônica II
SENAI 53
O cálculo da corrente média de saída determina os parâmetros para a escolha do
diodo que será utilizado no circuito.
Inconvenientes
A retificação de meia-onda apresenta os seguintes inconvenientes:
• tensão de saída pulsante;
• baixo rendimento em relação à tensão eficaz de entrada;
• mau aproveitamento da capacidade de transformação nas retificações com
transformador porque a corrente circula em apenas um semiciclo.
Retificação de onda completa
A retificação de onda completa é o processo de conversão de corrente alternada em
corrente contínua que aproveita os dois semiciclos da tensão de entrada.
Esse tipo de retificação pode ser realizado de dois modos:
Eletrônica II
SENAI54
• por meio de um transformador com derivação central (C.T.) e dois diodos;
• por meio de quatro diodos ligados em ponte.
Retificação de onda completa com transformador
A retificação de onda completa com transformador é o processo de retificação
realizado por meio de um circuito com dois diodos e um transformador com derivação
central (ou "center tap").
Funcionamento
Para explicar o funcionamento desse circuito, vamos considerar separadamente cada
semiciclo da tensão de entrada.
Inicialmente, considerando-se o terminal central do secundário do transformador como
referência, observa-se a formação de duas polaridades opostas nas extremidades das
bobinas.
Em relação ao ponto neutro, as tensões VCD e VED estão defasadas 180º
Eletrônica II
SENAI 55
Durante o semiciclo positivo de VENT, entre os pontos C e E, o ponto C está positivo em
relação ao ponto D. Nessa condição, o diodo D1 está polarizado diretamente e,
portanto, em condução.
Por outro lado, o ponto D está positivo em relação a E. Nessa condição, o diodo D2
está polarizado inversamente e, portanto, em corte.
No ponto A aparece uma tensão positiva de valor máximo igual a VMÁX.
Observe que no circuito apresentado, a condição de condução de D1 permite a
circulação de corrente através da carga, do terminal positivo para o terminal negativo.
A tensão aplicada à carga é a tensão existente entre o terminal central do secundário e
a extremidade superior do transformador (VS1).
No segundo semiciclo, há uma inversão da polaridade no secundário do transformador.
Eletrônica II
SENAI56
Assim, o ponto D está negativo em relação ao ponto E. Nessa condição, o diodo D2
está polarizado diretamente e, portanto, em condução.
Por outro lado, o ponto D está positivo em relação a C. Nessa condição, o diodo D1
está polarizado inversamente, e, portanto, em corte.
A corrente que passa por D2 circula pela carga no mesmo sentido que circulou no
primeiro semiciclo.
Eletrônica II
SENAI 57
A tensão aplicada à carga é a tensão da bobina inferior do secundário do
transformador (VS2).
Durante todo semiciclo analisado, o diodo D2 permanece em condução e a tensão na
carga acompanha a tensão da parte inferior do secundário.
Eletrônica II
SENAI58
As formas de onda das tensões no circuito são mostradas nos gráficos a seguir.
Eletrônica II
SENAI 59
As formas de onda das correntes são:
Analisando um ciclo completo da tensão de entrada, verifica-se que o circuito
retificador entrega dois semiciclos de tensão sobre a carga:
• um semiciclo da extremidade superior do secundário através da condução de D1;
• um semiciclo da extremidade inferior do secundário através da condução de D2.
Retificação de onda completa em ponte
A retificação de onda completa em ponte utiliza quatro diodos e entrega à carga uma
onda completa sem que seja necessário utilizar um transformador de derivação central.
Eletrônica II
SENAI60
Funcionamento
Considerando a tensão positiva (primeiro semiciclo) no terminal de entrada superior,
teremos as seguintes condições de polarização dos diodos:
• D1 ⇒ anodo positivo em relação ao catodo (polarização direta) - em condução;
• D2 ⇒ catodo positivo em relação ao anodo (polarização inversa) - em bloqueio;
• D3 ⇒ catodo negativo em relação ao anodo (polarização direta) - em condução;
• D4 ⇒ anodo negativo em relação ao catodo (polarização inversa) - em bloqueio.
Eliminando-se os diodos em bloqueio, que não interferem no funcionamento, verifica-
se que D1 e D3 (em condução) fecham o circuito elétrico, aplicando a tensão do
primeiro semiciclo sobre a carga.
Observe no circuito a seguir, como a corrente flui no circuito no primeiro ciclo.
Eletrônica II
SENAI 61
No segundo semiciclo, ocorre uma inversão da polaridade nos terminais de entrada do
circuito.
Nessa condição, a polaridade dos diodos apresenta a seguinte configuração:
• D1 - anodo negativo em relação ao catodo (polarização inversa) - em bloqueio;
• D2 - catodo negativo em relação ao anodo (polarização direta) - em condução;
• D3 - catodo positivo em relação ao anodo (polarização inversa) - em bloqueio;
• D4 - anodo positivo em relação ao catodo (polarização direta) - em condução.
Eliminando-se os diodos em bloqueio e substituindo-se os diodos em condução por
circuitos equivalentes ideais, obtém-se o circuito elétrico fechado por D2 e D4 que
aplica a tensão de entrada sobre a carga. Isso faz a corrente circular na carga no
mesmo sentido que no primeiro semiciclo.
Eletrônica II
SENAI62
Recolocando-se os diodos no circuito, observa-se a forma como a corrente circula.
Os gráficos a seguir mostram as formas de onda do circuito.
Eletrônica II
SENAI 63
Fator de Ripple
Como já vimos, a tensão contínua fornecida por um circuito retificador é pulsante, ou
seja, não possui um nível constante no tempo. Isso acontece porque a tensão de saída
é resultante da soma de uma componente contínua (VCC) e uma componente alternada
(VCA) responsável pela ondulação do sinal.
Essa ondulação é denominadade fator de ripple (que significa “ondulação” em inglês).
Ela corresponde a quantas vezes o valor eficaz da componente alternada é maior que
a componente contínua sobre a carga.
Eletrônica II
SENAI64
Esse valor é dado por:
Onde : r é o fator de ripple;
 VCaef é o valor da tensão alternada eficaz; e
 VCC é o valor da tensão contínua.
Para a retificação de meia-onda, o fator de ripple é:
 r% = 120%
Para a retificação de onda completa, o fator de ripple é:
 r% = 48%
Esses dados mostram que a porcentagem de ondulação é muito alta e esse é um dos
grandes inconvenientes desse tipo de circuito.
Exercícios
1. Responda às seguintes perguntas:
a) O que é retificação?
b) Qual é a diferença entre a retificação de meia onda e a retificação de onda
completa?
c) Qual é a diferença entre a retificação de meia onda e a retificação de onda
completa?
CC
CAef
V
V
r =
Eletrônica II
SENAI 65
d) Em um retificador de meia onda o valor da tensão de pico retificada é igual ao valor
da tensão de pico da tensão alternada? Justifique a resposta.
e) O que é fator de ripple?
2. Faça os esquemas dos circuitos:
a) Circuito retificador de meia onda.
b) Circuito retificador de onda completa com transformador.
c) Circuito retificador de onda completa em ponte.
Eletrônica II
SENAI66
3. Resolva os seguintes exercícios:
a) Faça o esquema e calcule a tensão VCC na carga, alimentada por um retificador de
meia onda. Sabe-se que a tensão alternada VCA é de 9 V.
b) Qual o valor da tensão VCC retificada por um retificador de meia onda. A tensão
alternada tem um valor de pico de 4V.
Eletrônica II
SENAI 67
Circuito Retificador
com Filtro
Como já foi visto no capítulo anterior, os circuitos retificadores têm aplicação limitada
porque fornecem uma corrente alternada pulsante na saída. Para alimentar
equipamentos eletrônicos com tensões contínuas tão puras quanto possível, utilizam-
se filtros que são acrescentados aos circuitos retificadores. Isso torna a forma de onda
na saída da fonte, mais próxima da corrente contínua.
A retificação com filtro é o assunto deste capítulo. Nele, serão estudadas as
características e funcionamento desse tipo de circuito.
Para compreender com facilidade este assunto, é necessário possuir conhecimentos
anteriores sobre armazenamento de cargas em capacitores, retificação de meia onda e
retificação de onda completa.
Função do filtro
As tensões fornecidas pelos circuitos retificadores, tanto de meia onda quanto de onda
completa são pulsantes. Embora tenham a polaridade definida, essas tensões sofrem
constantes variações de valor, pulsando de acordo com a tensão senoidal aplicada ao
diodo.
Eletrônica II
SENAI68
Nas fontes de alimentação, os filtros têm a função de permitir a obtenção de uma CC
mais pura. Isso é obtido colocando-se filtros entre a retificação e a carga. Eles atuam
sobre a tensão de saída dos circuitos retificadores aproximando tanto quanto possível
a sua forma de onda a uma tensão contínua pura.
A presença de tensão sobre a carga durante todo o tempo, embora com valor variável,
proporciona a elevação do valor médio de tensão fornecido.
Capacitor como filtro
A capacidade de armazenamento de energia elétrica dos capacitores é utilizada para
realizar o processo de filtragem da tensão de saída de circuitos retificadores.
O capacitor é conectado diretamente nos terminais de saída do circuito retificador
como mostra a figura a seguir.
Eletrônica II
SENAI 69
Nos intervalos de tempo em que o diodo conduz, circula corrente através da carga e
também no capacitor. Neste período, o capacitor armazena energia.
Nos intervalos de bloqueio do diodo, o capacitor tende a descarregar a energia
armazenada nas armaduras.
Como não é possível a descarga através da retificação, porque o diodo está em
bloqueio, a corrente de descarga se processa pela carga.
A corrente absorvida pela carga é fornecida pelo capacitor. Com o passar do tempo, a
tensão do capacitor diminui devido a sua descarga.
Eletrônica II
SENAI70
O capacitor permanece descarregado até que o diodo conduza novamente, fazendo
uma recarga nas suas armaduras.
Com a colocação do capacitor, a carga passa a receber tensão durante todo o tempo.
Isso aumenta o valor da tensão média de saída do circuito retificador.
Retificação de meia onda com filtro a capacitor
O circuito a seguir mostra um retificador de meia onda com filtro a capacitor.
Durante o primeiro quarto de ciclo, o capacitor se carrega até o valor máximo da
tensão de entrada.
Quando a tensão de entrada começa a diminuir, o capacitor deveria se descarregar.
Todavia, o diodo não permite a passagem da corrente em sentido contrário. Assim, a
carga no capacitor é mantida. Veja gráficos a seguir.
Eletrônica II
SENAI 71
Deve ser observado que o diodo conduz apenas durante o quarto de ciclo inicial.
Depois disso, a tensão sobre ele será igual a zero, enquanto que a tensão reversa
será o dobro da tensão máxima de entrada.
Quando o diodo pára de conduzir, o capacitor se descarrega em R1 de acordo com a
constante de tempo R1C. Veja gráfico a seguir.
Eletrônica II
SENAI72
 td - tempo de descarga do capacitor na carga
 tc - tempo de carga do capacitor
 θc - tempo de condução do diodo
Observe que td (tempo de carga do capacitor) vai de t2 a t1 quando a tensão no catodo
do diodo tende a se tornar menor do que a tensão no anodo. A partir desse instante, o
diodo volta a ser diretamente polarizado e, portanto, volta a conduzir, repetindo o
processo.
Retificação de onda completa com filtro a capacitor
Os circuitos a seguir exemplificam retificadores de onda completa com derivação
central e em ponte com filtro a capacitor.
O funcionamento do circuito retificador de onda completa com filtro a capacitor é
semelhante ao do retificador de meia onda. A forma de onda obtida é a mostrada no
gráfico a seguir.
Eletrônica II
SENAI 73
Compare nos gráficos a seguir a diferença dos níveis de tensão contínua nos circuitos
retificadores já estudados. Os gráficos pertencem a circuitos com a mesma resistência
de carga e um mesmo capacitor.
O tempo de carga do capacitor influencia na ondulação, pois, quanto mais tempo o
capacitor levar para descarregar, menor será a tensão em suas armaduras. Por
isso, para uma mesma carga e mesmo capacitor de filtro, os circuitos de onda
completa têm menor ondulação.
Em onda completa, o capacitor é carregado duas vezes a cada ciclo de entrada.
Eletrônica II
SENAI74
Tensão de ondulação
O capacitor colocado em um circuito retificador está sofrendo sucessivos processos de
carga e descarga.
Nos períodos de condução do diodo o capacitor sofre carga e sua tensão aumenta,
enquanto que, nos períodos de bloqueio se descarrega e a sua tensão diminui, como
pode ser observado no gráfico a seguir.
Onde:
t1 = Tempo em que o capacitor sofre carga (sua tensão aumenta);
t2 = Tempo em que o capacitor se descarrega parcialmente sobre a carga (sua tensão
diminui).
Eletrônica II
SENAI 75
A forma de onda da tensão de saída não chega a ser uma contínua pura,
apresentando uma variação entre um valor máximo e um mínimo, essa variação é
denominada ondulação ou ripple.
A diferença de tensão entre o valor máximo e mínimo que a ondulação atinge é
denominada de tensão de ondulação de pico a pico, representada por VONDPP.
Observação
A tensão de ondulação na saída de uma fonte também é denominada de componente
alternada.
Determinação do capacitor de filtro
Devido a grande tolerância de valor dos capacitores eletrolíticos (até 50%), pode-se
formular uma equação simplificada para o cálculo do valor do capacitor. A equação é:
Onde: C é o capacitor de filtro em F
T é o período aproximado de descarga do capacitor, de 16,6 para 60 Hz - meia onda e
8,33ns p/ 60Hz - onda completa;
IMÁX é a corrente de carga máxima em mA;
VONDPP é a tensão pico a pico de ondulação em volts.
ONDPP
MÁX
V
I
.TC =
Eletrônica II
SENAI76
Observação
Esta equação pode ser usada para cálculo de capacitores de filtros para até 20% de
ondulaçãode pico a pico (fator de ripple), sem introduzir um erro significativo.
Exemplo
Determinar um capacitor para ser usado em uma fonte retificadora de meia onda para
tensão de saída de 12 V, corrente de 150 mA com ondulação de 2 VPP (ou 17%).
C = 1245 F ou 0,001245 µF
Tensão de isolação
Além da capacitância, deve-se determinar também a tensão de isolação do capacitor.
Essa tensão deve ser sempre superior ao maior valor de tensão sob a qual o capacitor
irá realmente funcionar. Veja exemplo a seguir.
Tensão de saída
(sobre o capacitor)
Tensão de isolação
(capacitor utilizado)
12 V 16 V
17 V 25 V
28 V 40 V
Outros filtros para retificadores de onda completa
A ilustração a seguir mostra um circuito retificador no qual a filtragem é realizada por
um capacitor e um indutor.
F 1245
2
150.6,16
V
I
.TC
ONDPP
MÁX ===
Eletrônica II
SENAI 77
O indutor L em série com a célula LC garante uma filtragem melhor que a obtida nos
circuitos retificadores que usam somente capacitor.
Isso acontece porque o atraso apresentado pela indutância em relação às variações de
corrente faz com que a corrente de saída não sofra variações bruscas, mesmo que
entre os terminais da indutância apareçam tensões variáveis de grande amplitude.
Se analisar o circuito dado, sem a resistência de carga, a corrente IL só pode passar no
sentido indicado. No circuito, o capacitor se carrega continuamente até que a tensão
sobre ele seja igual ao valor de pico ou VMÁX. Uma vez alcançado esse valor, a
corrente deixa de fluir. Assim, ao ligar resistências de carga muito elevadas ao circuito,
a tensão de saída será aproximadamente VMÁX.
Ao reduzir a resistência, a corrente que flui pela indutância aumenta. Devido ao atraso
apresentado pela indutância, essa corrente nunca se anula, o que mantém os diodos
sempre em condução. Veja gráficos a seguir.
Observação
A corrente de pico nos diodos dos retificadores com filtro que usam indutor é menor
que nos diodos dos retificadores que usam filtros a capacitor.
Limitação para o valor do indutor
Eletrônica II
SENAI78
Num circuito retificador com filtro de indutor e capacitor, o fator de ripple é dado por:
Nessa fórmula, L é dado em Henry e C em F.
Nesse mesmo tipo de circuito, o valor da tensão contínua na carga é dado por:
VCC = 2 . VMÁX
Na prática há limitações para o valor do indutor. Assim, para 60 Hz, temos:
Filtro RLC
O retificador com filtro RLC, ou seja, com dois capacitores e um indutor, fornece uma
tensão CC na saída maior do que o retificador com filtro LC.
A tensão de saída fornecida é de aproximadamente VMÁX.
C.L
83,0r =
L
CC
CC R
V
I =
L
CC
L
MÁX
PICO X.3
V.2
X.3
V.4
I ==
CRÍTICOÓTIMO
L
CRÍTICO L.2L 1113
R
L ==






π
π
−=
RC.f.2.Z
1.VV MÁXCC
Eletrônica II
SENAI 79
Nesse tipo de circuito, o fator de ondulação é bem pequeno:
Por economia, pode-se usar em alguns casos um resistor em lugar de um indutor, o
que resultará num filtro CRC ou com resistor.
Nesse caso, o fator de ondulação é calculado por:
Regulação
Regulação é a porcentagem de variação da tensão de saída de uma fonte. A
regulação é representada em um gráfico que relaciona a tensão média (VCC) com os
valores de resistência.
Em termos ideais, a regulação deve ser de 100%, porém na prática isso não acontece.
Ela é calculada por:
L21
3
R.L.C.C
10.3,3r =
L21
6
R.R.C.C
10.5,2r =
Eletrônica II
SENAI80
Quadro comparativo
A seguir está um quadro comparativo entre os vários circuitos retificadores com filtro
estudados neste capítulo.
Tipo VCC Riplle IPICO Circuito
RC ≅ VMÁX grande grande
L ≅ 2.VMÁX/π pequeno baixa
π ≅ VMÁX muito
pequeno
grande
π com R < VMÁX pequeno grande
Exercícios
1. Responda às seguintes perguntas:
a) Qual a função de um filtro em um circuito retificador?
b) Qual é a forma mais comum de filtragem de uma tensão de saída em um circuito
retificador?
aargc com V
carga com V- vazio em V
regulação de %
CC
CCCC=
Eletrônica II
SENAI 81
c) Como ocorre a filtragem de uma tensão em um circuito retificador?
d) Qual o valor da tensão reversa na diodo quando está em bloqueio, em um circuito
retificador de meia onda com filtro ?
e) O que é tensão de ondulação ou ripple?
2. Faça os esquemas dos circuitos:
a) Retificador monofásico de meia onda.
b) Retificador monofásico de onda completa.
Eletrônica II
SENAI82
c) Retificador monofásico de meia onda com filtro.
d) Retificador monofásico de onda completa com filtro.
e) Retificador monofásico de onda completa com filtro LC.
3. Resolva os seguintes exercícios:
a) Determine o capacitor necessário em um circuito retificador de meia onda, para
uma tensão de saída de 24 V, corrente 200 mA, e uma ondulação de 4 VPP.
Eletrônica II
SENAI 83
b) Qual o valor do ripple em um circuito retificador de onda completa com filtro LC,
onde a indutância utilizada é de 10 mH e o capacitor 2000 µF.
4. Preencha as lacunas com V para as afirmações verdadeiras e F para as afirmações
falsas.
a) ( ) O tempo de carga do capacitor influencia na ondulação da tensão de saída.
b) ( ) Em um circuito retificador de onda completa com filtro, o capacitor é
carregado duas vezes a cada ciclo de entrada.
c) ( ) A tensão de isolação do capacitor deve ser igual a tensão sob a qual irá
trabalhar.
d) ( ) A regulação é o valor da capacitância de um capacitor utilizado como filtro.
e) ( ) Em um circuito retificador com filtro LC, a tensão VCC tem valor próximo a
VMÁX, corrente de pico e ripple de valor alto.
Eletrônica II
SENAI 85
Transistor Bipolar
A descoberta do transistor revolucionou o campo da eletrônica. A partir dessa
descoberta, o desenvolvimento da eletrônica se tornou cada vez mais rápido. Mesmo
com o aparecimento dos circuitos integrados e dos microprocessadores, o transistor
ainda tem um lugar de destaque. Suas aplicações se estendem a milhares de circuitos
com as mais diversas finalidades e utilizações.
Neste capítulo, serão estudadas as características do transistor bipolar e seu
funcionamento. Para adquirir esses conhecimentos com mais facilidade, é necessário
ter conhecimentos anteriores sobre materiais semicondutores, junções
semicondutoras, movimento de portadores dentro de cristais semicondutores, lei de
Ohm e leis de Kirchhoff.
Transistor
O termo transistor vem da expressão em inglês "transfer resistor" que significa
resistor de transferência. É um componente que apresenta resistência (impedância)
variável entre dois terminais. Essa resistência é controlada por um terceiro terminal.
Por sua característica controladora de corrente, o transistor pode ser usado como
amplificador de sinais ou como "interruptor eletrônico" em aplicações como
equipamentos de som, imagem, controles industriais, máquinas, calculadoras,
computadores.
Para realizar esse trabalho, existem alguns tipos de transistores:
• transistor bipolar (NPN ou PNP);
• transistor de unijunção (UJT);
• transistor de efeito de campo (FET e MOS-FET);
Eletrônica II
SENAI86
Transistor bipolar
O transistor bipolar é o mais comum e também o mais usado. Sua estrutura básica se
compõe de duas pastilhas de material semicondutor do mesmo tipo. Entre essas
pastilhas é colocada uma terceira, bastante fina, de material diferente, formando uma
configuração semelhante a um sanduíche.
A configuração da estrutura do transistor bipolar permite que se obtenham dois tipos
distintos de transistores bipolares: NPN e PNP.
Os dois tipos de transistores podem cumprir as mesmas funções diferindo apenas na
forma como as fontes de alimentação são ligadas ao circuito eletrônico.
Terminais do transistor bipolar
Cada uma das pastilhas que formam o conjunto, recebe terminal para que o
componente possa ser conectado ao circuito eletrônico. Cada terminal recebe uma
designação para que se possa distinguir cada uma das pastilhas.
Assim, a pastilha central é denominada base e representada pela letra B. Uma das
pastilhas externas é denominada de coletor e é representada pela letra C. A outra
pastilha externa é denominada emissore é representada pela letra E.
A figura a seguir apresenta os dois tipos de transistores com a identificação dos
terminais.
Eletrônica II
SENAI 87
Embora as pastilhas do coletor e do emissor sejam do mesmo tipo de material
semicondutor, existe diferença de volume de material semicondutor e de intensidade
de dopagem entre as pastilhas.
O emissor é densamente dopado, enquanto que a base é levemente dopada. O
coletor possui maior volume e, por isso, dissipa mais potência; a intensidade de sua
dopagem é intermediária em relação à dopagem das outras duas pastilhas.
Por esse motivo, as ligações do coletor e do emissor no circuito eletrônico não são
intercambiáveis.
Símbolos
A norma NBR 12526/92 define o símbolo gráfico do transistor. A figura a seguir
apresenta os símbolos dos transistores NPN e PNP, indicando a designação dos
terminais. A diferença entre os símbolos dos dois transistores esta apenas no sentido
da seta do terminal emissor.
Alguns transistores, fabricados para aplicações específicas, são dotados de blindagem.
Essa blindagem consiste em um invólucro metálico ao redor das pastilhas
semicondutoras, cuja função é evitar que o funcionamento do transistor seja afetado
por campos elétricos ou magnéticos do ambiente.
Eletrônica II
SENAI88
Esses transistores apresentam um quarto terminal ligado à blindagem para que possa
ser conectada ao terra do circuito eletrônico. O símbolo gráfico desse tipo de transistor
é apresentado a seguir.
Tensões nos terminais do transistor
O funcionamento do transistor baseia-se no movimento dos elétrons livres e das
lacunas em seu interior e que são provocados pela aplicação de tensões externas ao
coletor, à base e ao emissor. Esse movimento está ligado a polaridade da tensão
aplicada a cada um desses terminais e é diferente para transistores NPN e PNP.
A estrutura física do transistor propicia a formação de duas junções entre cristais P e
N:
• uma junção PN entre o cristal da base e o cristal do emissor, é chamada de junção
base-emissor (BE).
• uma junção PN entre o cristal da base e o cristal do coletor, é chamada de junção
base-coletor.
Eletrônica II
SENAI 89
Quando as três pastilhas semicondutoras são unidas, ocorre um processo de difusão
dos portadores. Como no diodo, esse processo de difusão dá origem a uma barreira de
potencial em cada junção. Portanto, no transistor, existem duas barreiras de potencial
que se formam com a junção do cristal: a barreira de potencial na junção base-emissor
e a barreira de potencial na junção base-coletor.
Observação
As três regiões do transistor possuem diferentes níveis de dopagem. Por isso, as
camadas de depleção não possuem a mesma largura. Quanto mais densamente
dopada for a região, maior será a concentração de íons próximo da junção. Isso
significa que a camada de depleção penetra levemente na região do emissor
(dopagem densa), porém profundamente na base (dopagem leve). O mesmo acontece
entre base e coletor. A camada de depleção do emissor é pequena e a do coletor,
grande.
Polarização na junção base-emissor
Na condição normal de funcionamento, denominada de funcionamento na região
ativa, a junção base-emissor é polarizada diretamente.
Eletrônica II
SENAI90
A condução da junção base-emissor é provocada pela aplicação de tensão entre base
e emissor com polaridade correta, ou seja, polaridade positiva no material P e negativa
no material N, para um transistor do tipo NPN.
Polarização na junção base-coletor
Na região ativa de funcionamento, a junção base-coletor é polarizada inversamente.
O bloqueio da junção base-coletor é provocado pela aplicação de tensão externa entre
base e coletor, com polaridade adequada, ou seja, polaridade positiva no material N e
negativa no material P, para um transistor NPN.
Polarização simultânea das duas junções
Para que o transistor funcione corretamente, as duas junções devem ser polarizadas
ao mesmo tempo.
Isso é feito aplicando-se duas tensões externas entre os terminais do transistor.
Eletrônica II
SENAI 91
Observações
1. As baterias representam as tensões de polarização.
2. Para que um transistor PNP funcione na região ativa, basta inverter as polaridades
das fontes entre as junções
Outra configuração de baterias para a polarização correta das junções também pode
ser usada:
No diagrama:
• a bateria B1 polariza diretamente a junção base-emissor.
• a bateria B2 aplica uma tensão positiva ao coletor. Essa tensão é maior que a
tensão positiva da base, de forma que a junção base-coletor fica polarizada
inversamente.
A alimentação simultânea das duas junções, através das baterias externas, dá origem
a três tensões entre os terminais do transistor:
• tensão de base a emissor (VBE)
• tensão de coletor à base (VCB)
• tensão de coletor a emissor (VCE)
Eletrônica II
SENAI92
Observação
Para o transistor PNP, a regra também é válida com a diferença que a polaridade das
baterias de polarização é invertida.
Princípio de funcionamento
O movimento dos portadores livres dá origem a três correntes que circulam nos três
terminais do transistor:
• corrente do terminal emissor, denominada de corrente de emissor (IE);
• corrente do terminal base, chamada de corrente de base (IB);
• corrente do terminal do coletor, chamada de corrente de coletor (IC).
Observação
O princípio básico de funcionamento que explica a origem das correntes no transistor é
o mesmo para os transistores NPN e PNP. Por isso, estudaremos o princípio de
funcionamento de apenas um dos tipos. O comportamento do outro difere apenas na
polaridade das baterias e no sentido das correntes.
Eletrônica II
SENAI 93
Corrente de base
A corrente de base é provocada pela tensão aplicada entre a base e o emissor do
transistor (VBE).
Em um transistor PNP, por exemplo, o potencial positivo aplicado ao emissor repele as
lacunas do material P em direção à base. Se a tensão tiver um valor adequado, ou
seja, 0,7 V para o silício e 0,3 V para o germânio, as lacunas adquirem velocidade
suficiente para atravessar a barreira de potencial formada na junção base-emissor,
recombinando-se com os elétrons livres da base.
Essa recombinação dá origem à corrente de base.
Devido à pequena espessura da base e também ao seu pequeno grau de dopagem, a
combinação acontece em pequena escala, ou seja, poucos portadores que provêm do
emissor podem se combinar. Isso faz com que a corrente de base seja pequena, com
valores que se situam na faixa de microampères ou miliampères.
Como o emissor é fortemente dopado, um grande número de lacunas se desloca em
direção à base, repelidas pela tensão positiva do emissor e atraídas pela tensão
negativa da base.
A base, porém, tem potencial negativo pequeno, não tendo assim elétrons livres
suficientes para recombinar com a maior parte das lacunas que provêm do emissor.
Assim, um grande número de lacunas atinge a base em grande velocidade e não se
recombina por falta de elétrons livres disponíveis.
Eletrônica II
SENAI94
Corrente de coletor
As lacunas provenientes do emissor que não se recombinam, atingem a junção base-
coletor e passam ao coletor onde existe um alto potencial positivo.
As lacunas que atingem o coletor dão origem a corrente de coletor.
Em geral, do total de lacunas que entra no emissor de um transistor, a grande maioria
corresponde à corrente de coletor.
Tanto a corrente de base como a corrente de coletor provêm do emissor, de forma que
se pode afirmar que:
IC + IB = IE
Controle da corrente de base sobre a corrente do coletor
A principal característica do transistor reside no fato de que a corrente de base
(pequena) exerce um controle eficiente sobre a corrente de coletor. Esse controle é
devido a influência da corrente de base sobre a largura da barreira de potencial da
junção base-emissor, ou seja, quando VBE aumenta, a barreira de potencial torna-se
mais estreita.
Esse estreitamento permite que um maior número de portadores do emissor atinja a
base. Esses portadores são absorvidos pelo coletor, uma vez que a base não tem
capacidade para recombiná-los. Verifica-seentão um aumento na corrente de coletor.
Assim, se IB aumenta, IC aumenta e se IB diminui, IC diminui.
Eletrônica II
SENAI 95
Ganho de corrente do transistor
Através de um transistor, é possível utilizar uma pequena corrente IB para controlar a
circulação de uma corrente de valor muito maior (IC).
A corrente controlada (IC) e a corrente de controle (IB) podem ser relacionadas entre si
para determinar quantas vezes uma é maior que a outra, ou seja,
O resultado dessa relação é denominado tecnicamente de ganho de corrente de base
para coletor, representado pela letra grega β (beta) para corrente contínua ou hfe para
corrente alternada. O ganho indica quantas vezes a corrente de coletor é maior que a
corrente de base.
Conhecendo-se o ganho de corrente entre base e coletor (β), é possível determinar a
corrente de coletor a partir da corrente de base, ou seja: IC = β . IB.
Observação
O fato do transistor permitir um ganho de corrente entre base e coletor não significa
que correntes sejam geradas em seu interior. As correntes que circulam no interior do
componente são provenientes das fontes de alimentação e o transistor apenas controla
sua quantidade.
O outro ganho a ser considerado é o de emissor para coletor (α, lê-se alfa):
Como a corrente IE é maior que IC, conclui-se que α é sempre menor que 1.
Os ganhos β e α estão relacionados entre si através das fórmulas:
Circuito do coletor
Na grande maioria dos circuitos transistorizados, o coletor do transistor é conectado à
fonte de alimentação através de um resistor denominado de resistor de coletor (RC). O
β=
B
C
I
I
E
C
I
I
=α
1
 e 
1 +β
β
=α
α−
α
=β
Eletrônica II
SENAI96
resistor de coletor completa o circuito ou malha de coletor, composto pelos
componentes por onde circula a corrente do coletor conforme circuito que segue.
A malha de coletor se compõe de resistor de coletor RC em série com o transistor
(coletor-emissor) aos quais é aplicada a tensão VCC.
Sendo um circuito série, a malha de coletor obedece à segunda Lei de Kirchhoff, que
estabelece: a soma das quedas de tensão em um circuito é igual à tensão aplicada aos
seus extremos.
Na malha de coletor, a tensão VCC fornecida pela bateria se distribui em duas parcelas:
• tensão sobre o resistor de coletor, denominada de queda de tensão no resistor de
coletor (VRC); e
• tensão entre coletor e emissor (VCE).
Eletrônica II
SENAI 97
Aplicando a Lei de Kirchhoff, a soma das quedas de tensão nos componentes da
malha de coletor será igual à tensão aplicada à malha. A partir disso, pode-se
determinar a equação da malha de coletor, ou seja: VCC = VCE + VRC
Nessa igualdade, VCC é a tensão fornecida pela bateria ao circuito, desconsiderando-se
a influência da resistência interna, pode-se admitir que VCC tem um valor constante,
independente da corrente que o circuito solicitar.
VRC é a queda de tensão no resistor de coletor. O valor desta queda de tensão,
segundo a Lei de Ohm, depende de dois fatores: do valor do resistor RC e da corrente
que está circulando (IC), ou seja, VRC = RC . IC.
A queda de tensão no resistor de coletor (VRC) tem como principal característica o fato
de ser proporcional à corrente de coletor do transistor.
Se a corrente de coletor se torna maior (IC), a queda de tensão sobre o resistor de
coletor aumenta, pois RC . IC = VRC.
VCE é a tensão coletor-emissor e depende da tensão de alimentação e da queda de
tensão em RC, ou seja, como VCC = VCE + VRC,
 VCE = VCC - VRC.
Exemplo
Um transistor com resistor de coletor de 680 Ω tem uma corrente de coletor de 6 mA. A
bateria fornece uma tensão de 12 V à malha do coletor. Qual é a queda de tensão no
resistor de coletor e a tensão coletor-emissor no transistor?
Queda de tensão no resistor de coletor: VRC = RC . IC
 VRC = 680 . 0,006 = 4,08V
Tensão de coletor-emissor do transistor: VCE = VCC - VRC
 VCE = 12 - 4,08 = 7,92 V
A figura a seguir mostra a malha de coletor com os valores de tensão em cada
elemento.
Eletrônica II
SENAI98
Relação entre parâmetros
Ao considerar que a queda de tensão VRC depende de IC, afirma-se que VRC também
depende de IB. Desenvolvendo a equação da queda de tensão no resistor de coletor,
tem-se:
VRC = RC . IC
Como IC = IB. β, temos:
VRC = RC . (IB. β)
Nessa equação, os valores de RC e β são constantes. Logo, pode-se dizer que o valor
da queda de tensão no resistor depende diretamente da corrente de base.
Tomando-se um circuito a transistor com duas correntes de base diferentes, é possível
verificar a relação entre os valores de IR, IC, VRC e VCE.
Veja exemplo no circuito a seguir.
Eletrônica II
SENAI 99
Observação
O resistor RB na base do transistor serve para limitar a corrente de base do transistor.
Admitindo-se como primeiro valor de corrente de base 40 µA, os valores do circuito
são:
IC = IB . β = 40 . 100 = 4000 mA ou 0,004 A
VRC = IC . RC = 0,004 . 820 = 3,28 V
VCE = VCC - VRC = 10 - 3,28 = 6,72 V
Admitindo-se um valor de corrente de base de 70 µA, os valores do circuito são:
IC = 70 . 100 = 7000 mA ou 0,007 A
VRC = 0,007 . 820 = 5,74 V
VCE = 10 - 5,74 = 4,26 V
Colocando os dados do circuito das duas situações em uma tabela, é possível
observar o comportamento dos valores de IC, VRC e VCE quando a corrente de base é
modificada.
Corrente de base
(IB)
Corrente de
coletor (IC)
Queda de tensão
no resistor de
coletor (VRC)
Tensão coletor
emissor do
transistor (VCE)
40 µA 4 mA 3,28 V 6,72 V
70 µA 7 mA 5,74 V 4,26 V
Relacionando apenas os dados relativos ao transistor, o comportamento do circuito
pode ser assim resumido:
⇑ IB ⇑ IC ⇓ VCE
⇓ IB ⇓ IC ⇑ VCE
Considerando que a corrente de base IB depende da tensão VBE, pode-se incluir mais
esse parâmetro no comportamento do transistor:
⇑ VBE ⇑ IB
⇓ VBE ⇓ IB
A relação entre os parâmetros do transistor é então:
⇑ VBE ⇑ IB ⇑ IC ⇓ VCE
⇓ VBE ⇓ IB ⇓ IC ⇑ VCE
Eletrônica II
SENAI100
Dissipação de potência no transistor
Todo o componente sujeito a uma diferença de potencial e percorrido por uma corrente
elétrica dissipa uma determinada potência (P = V . I). Isso acontece também no
transistor. A circulação de corrente elétrica através das junções do transistor,
provocada pela aplicação de tensões aos seus terminais, dá origem a uma dissipação
de potência no interior do componente. Essa dissipação se dá em forma de energia
térmica, o que resulta em um aquecimento do transistor.
Dissipação nas junções
A dissipação de potência ocorre nas duas junções do transistor. Essas potências
dissipadas são denominadas de potência de coletor (PC) e potência de base (PB).
A potência total dissipada no transistor é, então:
Ptot = PC + PB
Entretanto, analisando as tensões e correntes presentes nas duas junções, verifica-se
que a tensão e a corrente presentes na junção base-emissor (VBE e IB) são muito
pequenas, quando comparadas com a tensão e a corrente presentes na junção
coletor-base (VCB e IC).
Por isso, a potência dissipada na junção base-emissor é muito pequena comparada
com a potência dissipada na junção base-coletor.
Assim, a potência dissipada na base do transistor é desprezada e considera-se que a
potência total dissipada no transistor é a própria potência dissipada no coletor, ou seja,
Ptot ≅ PC
A potência dissipada no coletor depende da tensão de coletor à base (VCB) e da
corrente de coletor (IC):
Eletrônica II
SENAI 101
PC = VCB . IC
Por questões de praticidade e com o objetivo de resolver circuitos transistorizados
através das curvas características, essa equação é substituída por outra aproximada,
cujo erro é desprezível:
PC ≅ VCE . IC
Dissipação máxima de potência no transistor
O calor produzido pela dissipação de potência (PC ≅ VCE . IC) provoca a elevação da
temperatura dos cristais semicondutores, o que pode danificar o componente.
Para que isso não aconteça, a potência dissipada é limitada a um valor que permite o
funcionamento