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DESCRIÇÃO Transistores, chaves, amplificadores e polarização: seus modos de funcionamento e suas serventias. PROPÓSITO Compreender os conceitos básicos de funcionamento do transistor bipolar de junção, seu funcionamento com transistor de efeito de campo, adquirir noções sobre as curvas características do dos transistores, saber como analisar circuitos com TBJ e identificar suas aplicações como chaves eletrônicas, amplificadores de pequenos sinais e suas variações. PREPARAÇÃO Antes de iniciar o conteúdo deste texto, tenha à mão papel, caneta, aplicativo de planilha eletrônica e calculadora científica. Também é possível usar a calculadora de seu smartphone/computador. OBJETIVOS MÓDULO 1 Identificar as características de funcionamento dos transistores, assim como sua utilização como chave eletrônica e na amplificação de pequenos sinais MÓDULO 2 Reconhecer o funcionamento dos transistores de efeito de campo e sua curva característica O TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (TBJ) MÓDULO 1 Identificar as características dos transistores, assim como sua utilização como chave eletrônica e na amplificação de pequenos sinais O TBJ COMO AMPLIFICADOR E COMO CHAVE ELETRÔNICA No monitoramento de variáveis, muitos sinais apresentam amplitudes muito baixas (sinais muito fracos), como aqueles produzidos pelo corpo humano e que são medidos pelos equipamentos médicos. Exemplo: Imagem: Shutterstock.com ECOCARDIOGRAMA Imagem: Shutterstock.com ELETROENCEFALOGRAMA Esses sinais, que possuem baixas amplitudes, podem ser de difícil leitura e interpretação pelo operador, tendo em vista a dificuldade de separá-los dos ruídos de instrumentação ou de outras variáveis do processo. Para transformá-los em sinais úteis com capacidade de aproveitamento por ele ou pelo sistema de aquisição de dados do processo, é necessário amplificá-los. TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO De maneira similar à da construção dos diodos semicondutores, os transistores bipolares de junção (TBJs) são formados por três materiais semicondutores dopados. Dependendo de sua construção, os TBJs são classificados como NPN ou PNP (junções entre semicondutores). Imagem: Shutterstock.com As duas letras que formam essas junções indicam o seguinte: N Semicondutor do tipo N considerado negativo, ou seja, sua carga elétrica é transportada por elétrons. P Semicondutor do tipo P considerado positivo, já que ela é transportada pela movimentação de lacunas (buracos). Imagem: Raphael de Souza dos Santos Construção de um transistor: NPN e PNP. ATENÇÃO Cada material utilizado na composição do transistor recebe um nome específico. BASE (B) O material do centro se chama base (B). Esse material recebe esse nome por ser posicionado no centro e ter contato com os outros dois lados, sendo mais levemente dopado que os demais e com uma camada mais fina. EMISSOR (E) Uma das extremidades é denominada emissor (E) por ser mais fortemente dopada (com elétrons ou buracos, dependendo do tipo de material) e fornecer elétrons ou lacunas. COLETOR (C) A outra extremidade recebe o nome de coletor (C) por receber elétrons ou lacunas e apresentar uma dopagem intermediária. Desse modo, um transistor possui três terminais: emissor, base e coletor. Como conta com duas junções (coletor/base e base/emissor), ele se assemelha a dois diodos conectados. Independentemente de sua construção, a análise dos transistores NPN e PNP mostra que eles são similares. TRANSISTOR NÃO POLARIZADO De maneira similar ao que acontece com os diodos, quando os transistores não são polarizados, a difusão de elétrons nas junções entre as camadas produz camadas de depleção (barreiras de potencial): Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor NPN não polarizado. POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN Um transistor pode ser, dependendo da forma como a fonte de alimentação se conecta com os terminais do transistor, polarizado das seguintes formas: POLARIZAÇÃO DIRETA Quando uma fonte de alimentação contínua é conectada aos terminais de um transistor de tal maneira que as junções emissor/base e coletor/base estão polarizadas diretamente (como ocorre nesta figura), considera-se que sua polarização é direta. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor NPN polarizado diretamente. Nessa polarização, as correntes fluem do emissor e do coletor para a base. Dessa maneira, o fluxo de corrente é elevado nas duas junções. POLARIZAÇÃO REVERSA Nessa polarização, as duas junções ficam reversamente polarizadas e a corrente circula da base para o emissor e para o coletor. Como a base é levemente dopada, a corrente circulante é de pequena intensidade (corrente de fuga). Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor NPN polarizado reversamente. POLARIZAÇÃO DIRETA-REVERSA Nessa configuração, a junção coletor/base é polarizada reversamente, enquanto a junção emissor/base é polarizada diretamente. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor NPN polarizado diretamente-reversamente. Nessa configuração, quando a fonte de polarização direta for maior do que 0,7V (polarização do diodo) e for estabelecida uma polarização reversa entre o coletor e a base, será estabelecido um fluxo de corrente entre o coletor e o emissor com uma pequena corrente de fuga para a base. SAIBA MAIS Quando o transistor utilizado possui uma configuração PNP, a mesma lógica pode ser aplicada: basta, para isso, haver a inversão das fontes de alimentação. SIMBOLOGIA Na figura a seguir, é possível observar os símbolos esquemáticos dos transistores NPN e PNP. Pode-se observar ainda que a direção das setas sinaliza os sentidos das correntes. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Simbologia dos transistores NPN e PNP. Em virtude da lei dos nós, é possível relacionar as correntes por meio da equação 1: IE = IC + IB (equação 1) ⇋ Utilize a rolagem horizontal GANHOS INTRÍNSECOS DE UM TRANSISTOR A relação entre a corrente contínua (CC) no coletor e a CC na base é chamada de ganho de corrente βCC : ΒCC = IC IB (equação 2) ⇋ Utilize a rolagem horizontal A relação entre a CC do coletor e a do emissor é estabelecida pelo ganho αCC (também chamado de hFE): ΑCC = IC IE (equação 3) ⇋ Utilize a rolagem horizontal SAIBA MAIS A quase totalidade da corrente que atravessa o emissor chega ao coletor (e vice-versa). Por essa razão, as correntes de coletor e emissor são quase idênticas. A relação entre os ganhos do transistor é estabelecida pela equação 4: Α = Β Β + 1 (equação 4) ⇋ Utilize a rolagem horizontal ANÁLISE DE CIRCUITOS COM TBJ No circuito da figura, são utilizadas duas fontes de tensão contínua na polarização de um transistor NPN: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito com transistor NPN polarizado. Essa configuração é chamada de emissor comum, pois as duas fontes estão conectadas ao emissor. DICA É possível utilizar a lei das tensões para montar duas equações capazes de descrever o comportamento do circuito. A equação a seguir descreve o comportamento da resistência da base do transistor (RB) , da resistência de emissor (RE) e da junção entre a base e o emissor (BE) . Quando é diretamente polarizada, essa resistência apresenta uma queda de tensão de 0,7V (chamada de tensão base emissor ou VBE ): V1 − VRB − VBE = 0 (equação 5) ⇋ Utilize a rolagem horizontal Já a equação 6 descreve o comportamento das resistências de coletor ( RC ) e de emissor ( RE ) e da tensão entre ambos ( VCE ): V2 − VRC − VCE = 0 (equação 6) ⇋ Utilize a rolagem horizontal Por intermédio dessas equações, é possível analisar o comportamento dos transistores e das fontes de polarização. CURVAS CARACTERÍSTICAS Por causa das curvas características, é possível traçar a relação entre as correntes e as tensões de um transistor. Relação IB versus VBE Para cada corrente de base (IB) , existe uma tensão correspondente entre a base e o emissor (VBE) : Imagem: Raphael de Souzados Santos Relação IB e VBE . A curva que relaciona a corrente da base com a tensão na junção entre a base e o emissor se assemelha, como era esperado, à curva do diodo: Relação entre IC versus VCE A curva que relaciona o comportamento da corrente de coletor (IC) e a tensão entre o coletor e o emissor (VCE) pode ser observada adiante: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Relação IC e VCE . A curva se divide em: REGIÃO DE SATURAÇÃO A parte inicial da curva é chamada de região de saturação. Nessa região, o transistor não funciona como amplificador. Na prática, ele se comporta como um curto-circuito ou uma chave fechada (IC_M Á XIMO) . Para sair da região de saturação, é necessário polarizar o diodo coletor/base diretamente com uma tensão de 0,7V. Desse modo, o diodo entra na parte plana da curva (chamada de região ativa). REGIÃO ATIVA Nessa região, a variação na tensão VCE não influencia a corrente do coletor, enquanto a da base é fixa. A equação 2 é válida na região ativa. Os transistores operam na região ativa quando são usados como amplificadores. Nessa região, a corrente de coletor é proporcional à de base. A parte final é a região de ruptura. REGIÃO DE CORTE Na região da curva IC versus VCE , em que IB é igual a zero, encontra-se a região de corte. Nessa região, o transistor funciona como um circuito aberto ou uma chave aberta (IC = 0) . Geralmente, o gráfico fornecido pelo fabricante possui diversos valores de IB como os da figura a seguir. Isso possibilita a determinação do ganho βCC para diferentes polarizações do circuito (diferentes níveis de IC ): Imagem: Raphael de Souza dos Santos Relação IC e VCE para diferentes níveis de corrente. Observando o gráfico da figura acima e medindo as correntes de coletor e de base, é possível utilizar a equação 2 para determinar o ganho βCC : ΒCC = IC IB = 8M 40Μ = 200 ⇋ Utilize a rolagem horizontal CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO TBJ A polarização dos transistores consiste na definição do ponto de operação (região de operação). Ela é definida pelo circuito (fontes de alimentação e resistores) na qual o transistor está inserido. RETA DE CARGA De maneira similar ao que é feito com os diodos, a determinação dos parâmetros de um circuito com transistores pode ser feita por intermédio da reta de carga do circuito. Consideremos o seguinte circuito: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito com transistor – reta de carga. A reta de carga nos transistores é traçada para se obter, considerando a existência da resistência RC , a corrente IC e a tensão VCE . Assim, pela lei das tensões, pode-se elaborar a equação 7: 15 − VRC − VCE = 0 15 − RC. IC − VCE = 0 RC. IC = 15 − VCE ⇋ Utilize a rolagem horizontal IC = 15 − VCE RC (equação 7) ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como uma reta é definida por dois pontos, para traçar a reta de carga utiliza-se como referência os extremos da curva IC versus VCE , ou seja, o transistor como um curto-circuito (saturação) e um circuito aberto (corte). Desse modo... TRANSISTOR COMO CURTO-CIRCUITO (VCE = 0) : IC = 15 − VCE RC IC = 15 − 0 RC IC = 15 RC ⇋ Utilize a rolagem horizontal TRANSISTOR COMO CIRCUITO ABERTO (IC = 0) : IC = 15 − VCE RC VCE = 15 − RC. IC VCE = 15 − RC.0 VCE = 15V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Ou seja, a tensão VCE é igual à da fonte de polarização. Desse modo, a partir da reta de carga e mediante a definição de uma corrente IB , é possível obter os valores de IC e VCE (ponto quiescente ou ponto Q), que correspondem ao ponto de operação: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Reta de carga – determinação de parâmetros. TRANSISTOR COMO CHAVE A configuração mais simples de um transistor é sua utilização como chave. ATENÇÃO Nessa configuração, ele opera apenas nas regiões de corte ou de saturação – e não na região ativa. Na saturação, o transistor opera como uma chave fechada por uma ligação direta entre o coletor e o emissor. Na região de corte, sua atuação é como a de uma chave aberta, interrompendo a ligação que existe entre o coletor e o emissor. CORRENTE DE BASE A operação de um transistor é controlada por sua corrente de base (IB) . Quando IB é zero (ou muito próxima dele), o transistor entra em corte. Já quando essa corrente está na saturação ou acima desse limite, a corrente de coletor (IC) é máxima e ele está saturado. TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR DE PEQUENOS SINAIS Quando o transistor está operando em sua região ativa, a corrente da base (IB) é significantemente ampliada pelo ganho do transistor (βCC) . Isso é possível com o uso de fontes e resistores que o polarizam nessa região e estabelecem valores específicos de tensões e de correntes. Há três configurações mais comuns nesse caso: CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM Essa configuração possui o terminal emissor comum às fontes de polarização, como ocorre, por exemplo, no circuito desta figura: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito emissor comum. A análise da polarização do circuito é feita ao se analisar o circuito sem o sinal de entrada (Vi) e saída (Vo) . Isso ocorre no circuito da figura a seguir, na qual se observa apenas aquele alimentado pela fonte de CC: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito emissor comum – análise CC. Pela lei das tensões, é possível montar as equações do circuito emissor comum: VCC − VRC − VCE = 0 VCC − VRB − VBE = 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal DICA Essa análise é utilizada para verificar se o circuito opera na região ativa, ou seja, como amplificador. Operando nessa região, o amplificador apresenta um ganho de tensão (AV) proporcional às resistências de entrada (re) e de saída (ro) do transistor (especificadas pelo fabricante), assim como à resistência colocada no coletor RC : AV = VO VI = − (RC / /RO) RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal Em que RC / / ro é o resultado da associação em paralelo entre esses dois resistores fornecida pelo produto dividido pela soma desses dois resistores: RC / /RO = RC ⋅ RO RC + RO ⇋ Utilize a rolagem horizontal DICA O sinal negativo na equação do ganho implica um deslocamento de 180o no sinal de saída em relação ao de entrada (mudança de fase). Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito emissor comum – mudança de fase do sinal de saída. Caso seja colocada uma resistência no emissor, o ganho de tensão do circuito assumirá esta forma: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito emissor comum com resistor no emissor. AV = VO VI ≅ − RC RE + RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal CONFIGURAÇÃO BASE COMUM O circuito base comum da figura a seguir é um amplificador menos utilizado que o circuito emissor comum. Isso ocorre pelo fato de a impedância de entrada (re) apresentar valores pequenos e, como consequência disso, ganhos muito elevados. ATENÇÃO Esses ganhos geralmente saturam a saída do amplificador. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito base comum. De maneira similar à do transistor emissor comum, a análise do circuito em CC nos permite traçar sua reta de carga: VE − VBE − VRE = 0 VE − VCE + VC − VRC − VRE = 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal O ganho de tensão é definido por: AV = VO VI = RC RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal CONFIGURAÇÃO COLETOR COMUM A utilização do amplificador emissor comum apresenta uma restrição quanto ao uso da carga. Quanto menor a resistência da carga, menor é o ganho do amplificador. Por essa razão, o amplificador coletor comum da figura a seguir, também conhecido como seguidor de emissor, é utilizado nesses casos. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Circuito coletor comum. Analisando o circuito elétrico da figura acima, podemos, com o auxílio da lei de Kirchhoff, escrever as tensões existentes no circuito da seguinte maneira: VCC − VCE − VRE = 0 VCC − VR1 − VBE − VRE = 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal A topologia do circuito garanteao coletor comum um ganho de tensão igual a: AV = VO VI = RE RE + RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal CONFIGURAÇÕES (MONTAGEM) DE AMPLIFICADORES COM TBJ Ao realizar a montagem de projetos com o transistor, deseja-se manter o ponto Q (ponto de operação ou quiescente) fixo independentemente de outros parâmetros externos. Uma das opções é a utilização de um divisor de tensão na base para estabilizar o transistor: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Montagem de circuito com transistor. Uma das formas de se minimizar os efeitos de βCC é esta: R2 ≤ 0, 01ΒCCRE ⇋ Utilize a rolagem horizontal Em que o valor de βCC consiste no menor valor do ganho que o transistor pode apresentar. Outra consideração é um valor de tensão no emissor VE igual a: VE = 0, 1VCC ⇋ Utilize a rolagem horizontal O ganho de tensão do circuito amplificador com essa configuração é de: AV = VO VI = − (RC / /RO) RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal ATENÇÃO Esse ganho de tensão é o mesmo ganho da configuração emissor comum. MÃO NA MASSA O TRANSISTOR DO CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR É UTILIZADO COMO UMA CHAVE ELETRÔNICA. A RESISTÊNCIA NA BASE É IGUAL A 3KΩ; A NO COLETOR, A 330Ω. QUANDO A TENSÃO DE ENTRADA APLICADA NA BASE DO TRANSISTOR VARIAR DE 0V PARA 5V, COMO VARIARÁ A TENSÃO NA SAÍDA DO CIRCUITO? CONSIDERE QUE O VALOR DE Β É IGUAL A 10. A) 0V para 5V. B) Será sempre 0V. C) Será sempre 5V. D) Será sempre igual a tensão Vce . E) 5V para 0V. OBSERVE O CIRCUITO A SEGUIR E CONSIDERE QUE O VALOR DE Β É IGUAL A 10. ASSINALE A OPÇÃO QUE REPRESENTA CORRETAMENTE OS VALORES DOS RESISTORES DE BASE E DO COLETOR PARA QUE A CORRENTE DELE SEJA IGUAL A 10MA: A) RB = 3kΩ e RC = 330Ω B) RB = 330Ω e RC = 3kΩ C) RB = 4, 3kΩ e RC = 500Ω D) RB = 500Ω e RC = 4, 3kΩ E) RB = 4, 3kΩ e RC = 330Ω PARA O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR, CONSIDERE A TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO (VCC) IGUAL A 30V E OS SEGUINTES VALORES PARA AS RESISTÊNCIAS: R1 = 6, 8KΩ , R2 = 1KΩ , RC = 3KΩ E RE = 750Ω . DETERMINE OS VALORES DE VE E VCE : A) VE = 3, 85V e Vce = 3, 15V B) VE = 3, 15V e Vce = 14, 25V C) VE = 3, 85V e Vce = 14, 25V D) VE = 14, 25V e Vce = 3, 15V E) VE = 14, 25V e Vce = 3, 85V DETERMINE OS RESISTORES DO EMISSOR (RE) E DO COLETOR (RC) DO CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR DE TAL MANEIRA QUE SEJA RESPEITADA A SEGUINTE DEFINIÇÃO: VCE = 5V E VE = 0, 1 ⋅ VCC ⇋ UTILIZE A ROLAGEM HORIZONTAL CONSIDERE: VCC = 10V IC = 10MA ΒCC = 100 R1 = 4, 7KΩ R2 = 1KΩ A) RE = 100Ω e RC = 100Ω B) RE = 400Ω e RC = 400Ω C) RE = 1kΩ e RC = 400Ω D) RE = 100Ω e RC = 400Ω E) RE = 400Ω e RC = 100Ω CONSIDERE O CIRCUITO A SEGUIR. OS VALORES DOS RESISTORES SÃO RB = 470KΩ E RC = 3KΩ . JÁ A TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO É VCC = 12V . OS PARÂMETROS DO TRANSISTOR, POR FIM, SÃO ΒCC = 100 , RE = 10, 71Ω E RO = 50KΩ . DETERMINE O GANHO DE TENSÃO DO CIRCUITO. A) AV = − 264, 25 B) AV = 100 C) AV = 264, 25 D) AV = − 280, 11 E) AV = − 100 CONSIDERE O CIRCUITO: ESSE CIRCUITO POSSUI UMA RESISTÊNCIA DE SAÍDA (RO) MUITO ALTA (PRÓXIMO DE UM CIRCUITO ABERTO). DIANTE DISSO, QUAL SERÁ O GANHO DE TENSÃO DO CIRCUITO? CONSIDERE ESTES DADOS: RB = 470KΩ RC = 3KΩ VCC = 12V ΒCC = 100 RE = 10, 71Ω OS VALORES DOS RESISTORES SÃO: A) AV = 280, 11 B) AV = − 264, 25 C) AV = − 280, 11 D) AV = 100 E) AV = 264, 25 GABARITO O transistor do circuito da figura a seguir é utilizado como uma chave eletrônica. A resistência na base é igual a 3kΩ; a no coletor, a 330Ω. Quando a tensão de entrada aplicada na base do transistor variar de 0V para 5V, como variará a tensão na saída do circuito? Considere que o valor de β é igual a 10. A alternativa "E " está correta. Quando a tensão na base for 0V, a corrente na base será zero. Com o ganho do transistor, é possível verificar que a corrente de coletor também será nula (zero): IC = Β. IB IC = Β.0 IC = 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal Isso define que, nessa condição, o transistor estará na região de corte; por esse motivo, a tensão na saída será igual à na fonte. Quando a tensão na entrada for de 5V, a corrente na base será: IB = VCC − VBE RB IB = 5 − 0, 7 3K = 4, 3 3K IB = 1, 43MA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Considerando o ganho do transistor β igual a 10, a corrente de coletor é igual a: IC = Β. IB IC = 10 ⋅ 1, 43M IC = 14, 3MA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Essa corrente de base, por apresentar um valor muito elevado, garante a saturação do transistor e, consequentemente, uma tensão quase nula na saída: VCC − VRC − VCE = 0 VCE = VCC − VRC VCE = 5 − 330 ⋅ 14, 3M VCE = 0, 28V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Esse nível de tensão pode ser considerado zero se comparado com a tensão de entrada. Assim: Tensão de entrada (V) Tensão de saída (V) 0 5 5 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal Tabela: Tratamento dos fluidos na Engenharia. Elaborado por Raphael de Souza dos Santos Observe o circuito a seguir e considere que o valor de β é igual a 10. Assinale a opção que representa corretamente os valores dos resistores de base e do coletor para que a corrente dele seja igual a 10mA: A alternativa "C " está correta. Assista ao vídeo para conferir a resolução da questão. Para o circuito da figura a seguir, considere a tensão de alimentação (VCC) igual a 30V e os seguintes valores para as resistências: R1 = 6, 8kΩ , R2 = 1kΩ , RC = 3kΩ e RE = 750Ω . Determine os valores de VE e Vce : A alternativa "B " está correta. Primeiramente, determina-se a tensão na base. Como as correntes nas resistências R1 e R2 são aproximadamente iguais (IR1 ≅ IR2) , isso pode ser considerado verdade, já que a corrente na base é sempre pequena. Desse modo: VCC − VR1 − VR2 = 0 VCC − R1. IR1 − R2. IR2 = 0 VCC − R1. IR1 − R2. IR1 = 0 R1. IR1 + R2. IR1 = VCC 6, 8K. IR1 + 1KIR1 = 30 IR1 = 30 7, 8K = 3, 85MA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como VR2 = VB : VB = VR2 = R2. IR2 VB = 1K ⋅ 3, 85M VB = 3, 85V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Assim: VB − VBE − VRE = 0 VRE = VB − VBE VRE = 3, 85 − 0, 7 VRE = 3, 15V = VE ⇋ Utilize a rolagem horizontal A tensão Vce pode ser obtida pela equação: VCC − VRC − VCE = 0 VCE = VCC − VRC ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como IC ≅ IE : VRE = 3, 15 RE. IE = VRE 750.IE = 3, 15 IE = 3, 15 750 = 4, 2MA ≅ IC ⇋ Utilize a rolagem horizontal Então: VCC − VRC − VRE − VCE = 0 VCE = VCC − VRC − VRE VCE = 30 − RC. IC − RE. IE VCE = 30 − 3K ⋅ 4, 2M − 750 ⋅ 4, 2M VCE = 14, 25V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Determine os resistores do emissor (RE) e do coletor (RC) do circuito da figura a seguir de tal maneira que seja respeitada a seguinte definição: VCE = 5V E VE = 0, 1 ⋅ VCC ⇋ Utilize a rolagem horizontal Considere: VCC = 10V IC = 10mA βCC = 100 R1 = 4, 7kΩ R2 = 1kΩ A alternativa "D " está correta. A determinação da resistência do emissor é feita pela condição definida no enunciado: VE = 0, 1 ⋅ VCC VE = 0, 1 ⋅ 10 VE = 1 ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como IC ≅ IE = 10mA : VE = RE. IE RE = VE IE = 1 10M RE = 100Ω ⇋ Utilize a rolagem horizontal Por meio da lei das tensões: VCC − VRC − VCE − VRE = 0 VRC = VCC − VCE − VRE VRC = 10 − 5 − 1 VRC = 4 RC. IC = 4 RC = 4 IC = 4 10M RC = 400Ω ⇋ Utilize a rolagem horizontal Considere o circuito a seguir. Os valores dos resistores são RB = 470kΩ e RC = 3kΩ . Já a tensão de alimentação é VCC = 12V . Os parâmetros do transistor, por fim, são βCC = 100 , re = 10, 71Ω e rO = 50kΩ . Determine o ganho de tensão do circuito. A alternativa "A " está correta. O circuito da figura consiste em um transistor na configuração emissor comum sem um resistor no emissor. Assim, o ganho é definido como: AV = VO VI = − (RC / /RO) RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal O paralelo entre a resistência do coletor e a de saída do transistor é definida como: REQUIVALENTE = RC / /RO 1 REQUIVALENTE = 1 RC + 1 RO RC / /RO = RC ⋅ RO RC + RO RC / /RO =3000 ⋅ 50000 3000 + 50000 RC / /RO = 2830Ω ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como re = 10, 71Ω , então, vemos que: AV = VO VI = − 2830 10, 71 AV = − 264, 25 ⇋ Utilize a rolagem horizontal Considere o circuito: Esse circuito possui uma resistência de saída (rO) muito alta (próximo de um circuito aberto). Diante disso, qual será o ganho de tensão do circuito? Considere estes dados: RB = 470kΩ RC = 3kΩ VCC = 12V βCC = 100 re = 10, 71Ω Os valores dos resistores são: A alternativa "C " está correta. O circuito da figura consiste em um transistor na configuração emissor comum sem um resistor no emissor e com uma resistência muito elevada na saída do transistor: rO = ∞ . De maneira similar ao exercício anterior, o ganho é definido como: AV = VO VI = − (RC / /RO) RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal O paralelo entre a resistência do coletor e a de saída do transistor é definida como: 1 REQUIVALENTE = 1 RC + 1 RO ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como a resistência de saída é muito grande (rO = ∞) : REQUIVALENTE = RC / /RO REQUIVALENTE = RC ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como re = 10, 71Ω , verifica-se que: AV = VO VI = − 3000 10, 71 AV = − 280, 11 ⇋ Utilize a rolagem horizontal GABARITO TEORIA NA PRÁTICA CONSIDERE O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR. SUPONHA UMA RESISTÊNCIA DE BASE (RB) DE 500KΩ, UMA RESISTÊNCIA DE COLETOR (RC) DE 1500Ω E UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO VCC DE 15V. DETERMINAREMOS OS PONTOS QUE DEFINEM A RETA DE CARGA DO TRANSISTOR NO CIRCUITO. Imagem: Raphael de Souza dos Santos RESOLUÇÃO A aplicação da reta de carga nos transistores permite a obtenção do ponto de operação do circuito em virtude dos valores da corrente de coletor e da tensão entre o coletor e o emissor nas condições de operação extremas do transistor (corte e saturação). A análise do circuito nos permite definir a equação: VCC − VRC − VCE = 0 VCC − RC. IC − VCE = 0 RC. IC = VCC − VCE IC = (VCC − VCE) RC ⇋ Utilize a rolagem horizontal Aplicando-se as condições extremas, são encontradas duas condições: Corte (IC = 0) VCC = VCE + RC. IC VCC = VCE + RC.0 VCC = VCE = 15V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Saturação (VCE = 0) VCC = VCE + RC. IC VCC = 0 + RC. IC IC = VCC RC = 15 1500 = 0, 01 IC = 10MA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Já a corrente de base (IB) , em que a reta encontrará a curva do transistor, será aproximadamente de: VCC − VRB − VBE = 0 VCC − RB. IB − VBE = 0 IB = VCC − VBE RB IB = 15 − 0, 7 500K = 14, 3 500K IB = 28, 6ΜA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Imagem: Raphael de Souza dos Santos Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão. VERIFICANDO O APRENDIZADO CONSIDERE O CIRCUITO A SEGUIR: OS PARÂMETROS DO CIRCUITO SÃO: VCC = 22V R1 = 56KΩ R2 = 8, 2KΩ RC = 6, 8KΩ RE = 1, 5KΩ Β = 90 RE = 18, 44Ω RO = 50KΩ O GANHO DE TENSÃO DO CIRCUITO É IGUAL A: A) AV = 90 B) AV = − 368, 76 C) AV = 368, 76 D) AV = − 324, 6 E) AV = 324, 6 O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR É CONHECIDO COMO EMISSOR COMUM. DETERMINE O GANHO DE TENSÃO DO CIRCUITO, CONSIDERANDO QUE OS PARÂMETROS DO CIRCUITO SÃO: VCC = 20V RB = 470KΩ RC = 0, 56KΩ RE = 2, 2KΩ Β = 140 RE = 5, 99Ω RO = 50KΩ A) AV = 120 B) AV = − 3, 89 C) AV = 3, 89 D) AV = − 351, 8 E) AV = 351, 8 GABARITO Considere o circuito a seguir: Os parâmetros do circuito são: VCC = 22V R1 = 56kΩ R2 = 8, 2kΩ RC = 6, 8kΩ RE = 1, 5kΩ β = 90 re = 18, 44Ω rO = 50kΩ O ganho de tensão do circuito é igual a: A alternativa "D " está correta. O circuito da figura consiste em um transistor polarizado com um divisor de tensão. Desse modo, o ganho é definido de maneira similar à do ganho do transistor configurado como emissor comum: AV = VO VI = − (RC / /RO) RE ⇋ Utilize a rolagem horizontal O paralelo entre a resistência do coletor e a de saída do transistor é definida como: REQUIVALENTE = RC / /RO 1 REQUIVALENTE = 1 RC + 1 RO RC / /RO = RC ⋅ RO RC + RO RC / /RO = 6800 ⋅ 50000 6800 + 50000 RC / /RO = 5986Ω ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como re = 18, 44Ω , então, vemos que: AV = VO VI = − 5986 18, 44 AV = − 324, 6 ⇋ Utilize a rolagem horizontal O circuito da figura a seguir é conhecido como emissor comum. Determine o ganho de tensão do circuito, considerando que os parâmetros do circuito são: VCC = 20V RB = 470kΩ RC = 0, 56kΩ RE = 2, 2kΩ β = 140 re = 5, 99Ω rO = 50kΩ A alternativa "B " está correta. O circuito da figura consiste em um transistor configurado como emissor comum com um resistor no emissor. Dessa maneira, o ganho é definido como: AV = VO VI ≅ − RC RE + RE AV ≅ 2200 (5, 99 + 560) AV ≅ − 3, 89 ⇋ Utilize a rolagem horizontal MÓDULO 2 Reconhecer o funcionamento dos transistores de efeito de campo e sua curva característica OS TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO Embora os circuitos com TBJS sejam extensamente utilizados, algumas aplicações exigem impedâncias de entrada elevadas, característica não esperada do TBJ (normalmente, os valores de re são baixos). Para isso, utilizam-se os transistores de efeito de campo de junção (JFET) ou os de efeito de campo de óxido metálico (MOSFET). TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO DE JUNÇÃO (JFET) Como demonstra a figura a seguir, a estrutura de um JFET é bastante diferente de um TBJ: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Estrutura e simbologia de um JFET. No JFET, a condução ocorre pela passagem de portadores de carga ou elétrons (nos dispositivos com canal n) ou de lacunas (naqueles com canal p) da fonte (source - S) para o dreno (drain – D). Essa passagem ocorre através da porta (gate – G). DRENO É um terminal por meio do qual os portadores majoritários saem do circuito. POLARIZAÇÃO O circuito a seguir mostra um circuito com a polarização de um JFET com canal n. Uma alimentação positiva entre o dreno e a fonte estabelece um fluxo de corrente por meio do canal. A intensidade da corrente depende da fonte de alimentação e da largura do canal, o qual, por sua vez, depende da polarização da porta (G). javascript:void(0) Imagem: Raphael de Souza dos Santos Polarização de um JFET. A ligação da fonte VGG entre a porta e a fonte garante um potencial mais negativo na porta. Com isso, a fonte fica com a polarização reversa, circulando apenas uma corrente de fuga, o que garante uma alta impedância entre a porta e a fonte. Quanto mais negativa a tensão VGG , mais estreito fica o canal de passagem da corrente. Assim, quando a tensão na porta é suficientemente negativa, o canal se fecha e o JFET fica cortado (VGS ( Off ) ) . CURVA CARACTERÍSTICA Na curva característica do JFET para um valor constante de VGS , o transistor age como um dispositivo resistivo linear, mantendo a corrente de dreno aproximadamente constante até a região de ruptura: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Curva característica de um JFET. O FET COMO CHAVE ELETRÔNICA A corrente IDSS refere-se à do dreno para a fonte quando a porta está em curto-circuito (VGS = 0V) . Ela é a corrente máxima de dreno que o JFET é capaz de produzir. Sua região de saturação situa-se no intervalo no qual a tensão VDS varia entre 0 e 4V (valor igual à tensão de corte do transistor VGS ( off ) = − 4V ). CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA A curva de transcondutância de um JFET relaciona a corrente de saída (ID) com a tensão de entrada (VGS) : Imagem: Raphael de Souza dos Santos Curva de transcondutância de um JFET. POLARIZAÇÃO A polarização de um transistor JFET é similar à de um TBJ. Para um transistor do tipo funcionar corretamente, deve-se polarizar reversamente a junção entre a porta e a fonte (VGS) . O circuito a seguir mostra um JFET polarizado. Resistores limitadores de tensão e de corrente são utilizados para a polarização do transistor. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Polarização de um JFET. No circuito acima, a tensão VGS aparece devido à corrente de dreno que percorre o RS , o que promove a tensão VRS no resistorda fonte. Aplicando-se a lei das tensões na porta, na fonte e na junção reversa, verifica-se o seguinte: VRG = VRS + VGS ⇋ Utilize a rolagem horizontal A junção de porta-fonte (VGS) reversamente polarizada e corrente IG constitui uma pequena corrente de fuga muito próximo de zero. Desse modo, pela lei de Ohm, vê-se que: VRG = IG. RG ≅ 0 ⇋ Utilize a rolagem horizontal Assim: VRG = VRS + VGS 0 = VRS + VGS VRS = − VGS = RS. IS ⇋ Utilize a rolagem horizontal Pela lei dos nós, a corrente na fonte é a soma das correntes de dreno e de porta. Então: IS = ID + IG ⇋ Utilize a rolagem horizontal Como a corrente de dreno é muito pequena, pode-se considerar que: IS ≅ ID ⇋ Utilize a rolagem horizontal Por causa da lei das tensões, também é possível avaliar que: VDD = ID. (RD + RS) + VDS ⇋ Utilize a rolagem horizontal DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE FONTE (RS) O ponto de operação (Q) depende da resistência da fonte (RS) . O valor ideal da resistência será um ponto de operação que esteja na região central da curva: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Ponto de operação (Q). A resistência RS é determinada pela equação: RS = VGS (OFF ) IDSS ⇋ Utilize a rolagem horizontal Esse valor de R S produz a reta de carga que permite a determinação do valor de VGS responsável pelo ponto Q . A relação entre a corrente do ponto de operação e a tensão de operação é definida por: IDQ = IDSS 1 − VGSQ VGS (OFF ) 2 ⇋ Utilize a rolagem horizontal O FET COMO AMPLIFICADOR A utilização do FET como amplificador será fundamental quando uma resistência de entrada elevada for necessária. Isso ocorre de maneira diferente daquela registrada no TBJS, que é um amplificador controlado por corrente. Já o FET é controlado por tensão. O FET COMO AMPLIFICADOR FONTE COMUM A figura adiante mostra um amplificador FET na configuração fonte comum. Essa configuração apresenta várias semelhanças com o amplificador emissor comum. Por esse motivo, sua análise é bastante similar à do emissor comum. ( ) Imagem: Raphael de Souza dos Santos Amplificador fonte comum com FET. A resistência de saída do circuito pode ser vista como uma associação entre a resistência do dreno e a da carga. Ela é definida por: RD = RD / /RL ⇋ Utilize a rolagem horizontal De maneira similar ao ganho do TBJ, que é definido como β, o JFET apresenta um ganho tido como gm e conhecido como transcondutância. Esse ganho tem a seguinte definição: GM = ID VGS ⇋ Utilize a rolagem horizontal Já a tensão de saída é definida por: VSA ÍDA = − RD.GM. VENTRADA AV = − RD.GM ⇋ Utilize a rolagem horizontal AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIAL Na figura adiante, é possível observar um amplificador com realimentação parcial. Esse amplificador possui uma resistência RS1 na fonte (source) do FET. Imagem: Raphael de Souza dos Santos Amplificador FET com realimentação parcial. Seu ganho é definido por: AV = − RD RS1 + 1 GM ⇋ Utilize a rolagem horizontal AMPLIFICADOR SEGUIDOR DE FONTE O amplificador seguidor de fonte pode ser visto na figura adiante. Nesse circuito, é possível observar que a fonte de alimentação é conectada diretamente ao dreno (drain). Imagem: Raphael de Souza dos Santos Amplificador FET seguidor de fonte. O ganho do circuito pode ser definido por: AV = RS RS + 1 GM ⇋ Utilize a rolagem horizontal O FET COM CAMADA DE ÓXIDO DE SEMICONDUTOR E METAL (MOSFET) O MOSFET é um transistor do tipo FET com uma camada de óxido de semicondutor e metal na porta (gate). A diferença essencial dele para o JFET é que o terminal porta é isolado eletricamente do canal. Essa camada permite um isolamento maior da porta e garante ao transistor uma impedância de entrada ainda mais alta. Com isso, a corrente de porta é muito pequena para qualquer tensão, seja ela positiva ou negativa. MOSFET DE MODO DEPLEÇÃO Essencialmente, o MOSFET possui quatro terminais: Dreno Fonte Porta Substrato SUBSTRATO É o corpo que dá a sustentação, mas que também contribui com portadores de carga. javascript:void(0) Imagem: Shutterstock.com Geralmente, o substrato é conectado à fonte internamente ao dispositivo, não sendo acessível pelo usuário. Em outras configurações, ele pode ser utilizado para controlar a corrente de dreno. O símbolo do MOSFET com quatro terminais pode ser visto adiante: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor MOSFET depleção. Os elétrons livres fluem da fonte para o dreno através do material tipo n. A região p, que é chamada de substrato, pode criar um estreitamento para o fluxo de elétrons entre a fonte e o dreno. A camada de óxido metálico, por sua vez, impede a passagem da corrente da porta para o material n, funcionando como um isolante. O MOSFET em modo depleção possui uma tensão de porta negativa. Quando uma tensão é aplicada entre o dreno e a fonte, os elétrons começam a fluir pelo material n. Da mesma maneira que ocorre com o JFET, a tensão na porta controla a abertura do canal e, consequentemente, a passagem da corrente por ele. Imagem: Shutterstock.com Quanto mais negativa a tensão, menor é a corrente de dreno. Quando ela é suficientemente negativa, a camada de depleção bloqueia completamente o canal e impede a passagem da corrente elétrica. Dessa maneira, com o VGS suficientemente negativo, o funcionamento do MOSFET é similar ao do JFET. Como o terminal da porta é eletricamente isolado do canal, é possível aplicar uma tensão positiva nela. Essa tensão positiva na porta aumenta o número de elétrons que passam pelo javascript:void(0) canal. Quanto maior essa tensão, maior é a corrente no dreno, funcionando, assim, de maneira diferente do JFET. MOSFET DE MODO CRESCIMENTO OU INTENSIFICAÇÃO O MOSFET de modo crescimento ou intensificação é uma modificação do MOSFET de modo depleção: Imagem: Raphael de Souza dos Santos Transistor MOSFET intensificação. Na figura acima, é possível ver a representação do MOSFET modo intensificação. Nele, o substrato se estende até a camada de óxido. Quando a tensão da porta é zero, a alimentação entre o dreno e a fonte força a passagem de elétrons da fonte para o dreno, mas, como o substrato (material tipo p) tem poucos elétrons, a tensão na porta é nula e o MOSFET fica desligado. Dessa maneira, o funcionamento é completamente diferente dos transistores tipo JFET ou MOSFET depleção. Quando o terminal da porta é submetido a um potencial positivo, ele atrai elétrons na região p. Quando a tensão é suficientemente alta, todas os buracos do material tipo p são completamente preenchidos por elétrons e uma corrente começa a fluir entre a fonte e o dreno. À medida que isso acontece, uma corrente de boa intensidade flui entre ambos. Uma tensão entre a porta e a fonte (VGS) mínima cria uma corrente entre os dois chamada de tensão limiar (VGS ( th ) ) . Quando a tensão VGS é maior que a limiar (VGS > VGS ( th ) ) , a corrente de dreno é muito alta. DICA Normalmente, a tensão limiar, dependendo do transistor, varia entre 1V até mais de 5V. TENSÃO LIMITE DE OPERAÇÃO Os MOSFET apresentam uma camada isolante que impede a passagem da corrente para a porta tanto para as tensões positivas quanto para as negativas. Essa camada permite o controle da corrente de dreno no transistor. ATENÇÃO Como a camada é relativamente fina, uma tensão excessiva pode destruí-la. MODOS DE OPERAÇÃO A operação do MOSFET pode ser resumida em três diferentes modos que variam de acordo com a tensão aplicada sobre seus terminais. SAIBA MAIS Para MOSFET positivos ou negativos, as tensões são complementares. Veremos, desse modo, o que ocorre em três regiões: D1. REGIÃO DE CORTE A tensão entre porta e fonte (VGS) é menor que a limiar (VGS ( th ) ) . Com isso, o transistor permanece desligado e quase não circula corrente entre o dreno e a fonte. O transistor, desse modo, funciona como uma chave desligada. D2. REGIÃO DO TRÍODO A tensão entre o porta e a fonte (VGS) é maiorque a limiar (VGS ( th ) ) . Por outro lado, a existente entre o dreno e a fonte (VDS) é menor que a diferença entre a tensão entre portão e fonte (VGS) e a limiar (VGS ( th ) ) . Assim: VGS > VGS (TH ) VDS < VGS − VGS (TH ) ⇋ Utilize a rolagem horizontal Nessa situação, o transistor é ligado e uma corrente flui entre o dreno e a fonte. O MOSFET opera na região linear, sendo controlado pela corrente na porta (VG) . D3. REGIÃO DE SATURAÇÃO A tensão entre o porta e a fonte (VGS) é maior que a limiar (VGS ( th ) ) . Por outro lado, a tensão encontrada entre o dreno e a fonte (VDS) é maior que a diferença entre a tensão entre porta e fonte (VGS) e a limiar (VGS ( th ) ) . Desse modo: VGS > VGS (TH ) VDS > VGS − VGS (TH ) ⇋ Utilize a rolagem horizontal Nessa situação, o transistor fica ligado: um fluxo contínuo e intenso de corrente é criado entre o dreno e a fonte. Sendo a tensão de dreno maior que a da porta, essa parte do canal é desligada. A corrente no dreno é relativamente independente da tensão dele, sendo controlada apenas pela tensão na porta. SAIBA MAIS Entre as maiores aplicações dos circuitos do tipo MOSFET em sistemas digitais, estão suas operações nas regiões de corte e linear. De maneira oposta, verifica-se que, em sistemas analógicos, suas maiores aplicações ocorrem na região de saturação. MÃO NA MASSA CONSIDERANDO O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR, DETERMINE A TENSÃO E A CORRENTE DO PONTO QUIESCENTE (PONTO DE OPERAÇÃO). CONSIDERE ESTES DADOS: VDD = 2V VCC = 16V RD = 2KΩ VGS (OFF ) = − 8V IDSS = 10MA A) IDQ = 10, 0mA B) IDQ = 5, 625mA C) IDQ = 1, 0mA D) IDQ = 8, 0mA E) IDQ = 18, 0mA PARA O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR, MEDIU-SE UMA CORRENTE DE DRENO (IDQ = 2, 6MA) . DETERMINE A TENSÃO ENTRE DRENO E FONTE (VDS) . CONSIDERE ESTES DADOS: VDD = 20V RD = 3, 3KΩ RS = 1KΩ RG = 1MΩ A) VDS = 0V B) VDS = 20V C) VDS = 2, 6V D) VDS = 8, 82V E) VDS = 17, 4V DETERMINE A TENSÃO NO GATE (VG) E A CORRENTE NA RESISTÊNCIA R1 PARA O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR. CONSIDERE ESTES DADOS: VCC = 16V RD = 2, 4KΩ RS = 1, 5KΩ R1 = 2, 1MΩ R2 = 270KΩ C1 = 5ΜF C2 = 20ΜF CO = 10ΜF A) VG = 1, 82V e IR1 = 6, 75µA B) VG = 16V e IR1 = 3, 25µA C) VG = − 1, 82V e IR1 = 6, 75µA D) VG = 10, 24V e IR1 = 3, 25µA E) VG = − 10, 24V e IR1 = 6, 75µA PARA O CIRCUITO PORTA COMUM DA FIGURA A SEGUIR, COM PONTOS DE OPERAÇÃO EM VGSQ = − 2, 6V E IDQ = 3, 8MA , DETERMINE A TENSÃO NO DRENO (VD) . CONSIDERE ESTES DADOS: VCC = 12V RD = 1, 5KΩ RS = 680Ω A) VD = 0V B) VD = − 2, 6V C) VD = 2, 6V D) VD = − 6, 3V E) VD = 6, 3V DETERMINE A TENSÃO ENTRE O DRENO E A FONTE DO TRANSISTOR A SEGUIR. SAIBA QUE OS PARÂMETROS DO CIRCUITO SÃO: VCC = 30V VDD = 2V VGSQ = − 8V IDQ = 10MA RD = 2KΩ RG = 1MΩ A) VDS = 0V B) VDS = − 10V C) VDS = 10V D) VDS = − 30V E) VDS = 30V CONSIDERANDO O CIRCUITO DA FIGURA A SEGUIR, DETERMINE A TENSÃO ENTRE A PORTA E A FONTE (VGS) . OS PARÂMETROS DO CIRCUITO SÃO: VDD = 20V RD = 3, 3KΩ RS = 1KΩ RG = 1MΩ A) VGS = 8V B) VGS = − 8V C) VGS = − 4V D) VGS = 0V E) VGS = 4V GABARITO Considerando o circuito da figura a seguir, determine a tensão e a corrente do ponto quiescente (ponto de operação). Considere estes dados: VDD = 2V VCC = 16V RD = 2kΩ VGS (off ) = − 8V IDSS = 10mA A alternativa "B " está correta. Assista ao vídeo para conferir a resolução da questão. Para o circuito da figura a seguir, mediu-se uma corrente de dreno (IDQ = 2, 6mA) . Determine a tensão entre dreno e fonte (VDS) . Considere estes dados: VDD = 20V RD = 3, 3kΩ RS = 1kΩ RG = 1MΩ A alternativa "D " está correta. A determinação da corrente entre o dreno e a fonte é obtida por causa da lei das tensões: VDD − VRD − VDS − VRS = 0 VDS = VDD − VRD − VRS VDS = 20 − 3, 3K ⋅ 2, 6M − 1K ⋅ 2, 6M VDS = 20 − 8, 58 − 2, 6 VDS = 8, 82V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Determine a tensão no gate (VG) e a corrente na resistência R1 para o circuito da figura a seguir. Considere estes dados: VCC = 16V RD = 2, 4kΩ RS = 1, 5kΩ R1 = 2, 1MΩ R2 = 270kΩ C1 = 5µF C2 = 20µF CO = 10µF A alternativa "A " está correta. VCC − VR1 − VR2 = 0 VCC − R1. IR1 − R2. IR2 = 0 IR1 ≅ IR2 VCC − R1. IR1 − R2. IR1 = 0 R1. IR1 − R2. IR1 = VCC (R1 + R2). IR1 = VCC (2, 1M + 270K). IR1 = 16 IR1 = 16 2370K = 6, 75ΜA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Pela lei de Ohm, vê-se que: VG = R2. IR1 VG = 270K ⋅ 6, 75Μ VG = 1, 82V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Para o circuito porta comum da figura a seguir, com pontos de operação em VGSQ = − 2, 6V e IDQ = 3, 8mA , determine a tensão no dreno (VD) . Considere estes dados: VCC = 12V RD = 1, 5kΩ RS = 680Ω A alternativa "E " está correta. Aplica-se a lei das tensões: VCC − VRD − VD = 0 VD = VCC − RD. ID VD = 12 − 1, 5K ⋅ 3, 8M VD = 6, 3V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Determine a tensão entre o dreno e a fonte do transistor a seguir. Saiba que os parâmetros do circuito são: VCC = 30V VDD = 2V VGSQ = − 8V IDQ = 10mA RD = 2kΩ RG = 1MΩ A alternativa "C " está correta. Pela lei das tensões e considerando a corrente de polarização do transistor, vemos que: VDD − VRD − VDS = 0 VDS = VDD − RD. ID VD = 30 − 2K ⋅ 10M VD = 10V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Considerando o circuito da figura a seguir, determine a tensão entre a porta e a fonte (VGS) . Os parâmetros do circuito são: VDD = 20V RD = 3, 3kΩ RS = 1kΩ RG = 1MΩ A alternativa "C " está correta. Como a corrente do portão é muito pequena em comparação com a do ponto de operação, pode-se considerar a queda no resistor do portão desprezível. Então, pela Lei das tensões, vê-se que: VRG − VGS − VRS = 0 RG. IG − VGS − RS. IS = 0 RG.0 − VGS − RS. IS = 0 −VGS − RS. IS = 0 VGS = − RS. IS VGS = − 1K ⋅ 4M VGS = − 4V ⇋ Utilize a rolagem horizontal GABARITO TEORIA NA PRÁTICA CONSIDERE A RETA DE POLARIZAÇÃO DA FIGURA A SEGUIR. DETERMINE O RESISTOR DE POLARIZAÇÃO DO CIRCUITO CONTENDO UM TRANSISTOR DO TIPO JFET. DETERMINE TAMBÉM O PONTO DE OPERAÇÃO (Q). Imagem: Raphael de Souza dos Santos RESOLUÇÃO O valor da resistência de polarização do JFET pode ser encontrado por intermédio dos valores máximos do circuito: VGS = − IDSS. R R = − VGS IDSS = − ( − 4) 20M R = 200Ω ⇋ Utilize a rolagem horizontal O ponto de operação pode ser definido pelo valor medido de VGS e pelo cálculo do valor de ID com a resistência de polarização utilizada no circuito: VGS = − ID. R ID = − VGS R = − ( − 1, 6) 200 ID = 8MA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Assista ao vídeo para entender melhor a resolução da questão. VERIFICANDO O APRENDIZADO PARA O CIRCUITO DO TIPO MOSFET DA FIGURA A SEGUIR, DETERMINE A TENSÃO NO GATE. A) VG = 1, 5V B) VG = − 1, 5V C) VG = 18V D) VG = 0V E) VG = − 3V PARA O CIRCUITO PORTA COMUM DA FIGURA A SEGUIR, CONSIDERE A CORRENTE DO PONTO DE OPERAÇÃO IDQ = 6MA E OS SEGUINTES DADOS: VCC = 12V RD = 1, 5KΩ RS = 680Ω DETERMINE A TENSÃO NA JUNÇÃO PORTA-FONTE (VGS) : A) VD = 2, 6V B) VD = − 2, 6V C) VD = 0V D) VD = 4, 08V E) VD = − 4, 08V GABARITO Para o circuito do tipo MOSFET da figura a seguir, determine a tensão no gate. A alternativa "A " está correta. A utilização da lei das tensões no divisor de tensão do portão (gate) permite a determinação da corrente que percorre os resistores do divisor: VCC − VR1 − VR2 = 0 VCC − R1. IR1 − R2. IR2 = 0 IR1 ≅ IR2 VCC − R1. IR1 − R2. IR1 = 0 R1. IR1 − R2. IR1 = VCC (R1 + R2). IR1 = VCC (110M + 10M). IR1 = 18 IR1 = 18 120M = 0, 15ΜA ⇋ Utilize a rolagem horizontal Pela lei de Ohm, verifica-se que: VG = VR2 = R2. IR1 VG = VR2 = 10M ⋅ 0, 15Μ VG = VR2 = 1, 5V ⇋ Utilize a rolagem horizontal Para o circuito porta comum da figura a seguir, considere a corrente do ponto de operação IDQ = 6mA e os seguintes dados: VCC = 12V RD = 1, 5kΩ RS = 680Ω Determine a tensão na junção porta-fonte (VGS) : A alternativa "E " está correta.Para o circuito da figura, deve-se estabelecer uma corrente de operação – nesse caso, de 6mA. Como a porta está aterrada, sua tensão é nula. Com essa corrente, é possível determinar a tensão na junção porta-fonte, por causa da lei das tensões: VG − VGS − VRS = 0 VGS = VG − VRS VGS = 0 − VRS VGS = − RS . IDQ VGS = − 680 ⋅ 6M VGS = − 4, 08V ⇋ Utilize a rolagem horizontal CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao longo dos dois módulos deste texto, descrevemos os transistores e explicamos como eles funcionam. Apresentamos, para isso, os circuitos com transistores bipolares de junção (TBJs). Também abordamos a importância dos TBJs como amplificadores de pequenos sinais e destacamos sua determinação do ganho. Estudamos as configurações mais comuns e os circuitos mais utilizados com transistores bipolares. Com isso, discutimos detalhadamente a elaboração e a importância da curva de polarização. Além disso, descrevemos o funcionamento deles como chaves eletrônicas. Em seguida, analisamos os transistores de efeito de campo (FET) e os de campo de óxido metálico (MOSFET), verificando ainda o funcionamento dos FET como amplificadores e chaves eletrônicas. Por fim, discutimos as principais aplicações e operações dos MOSFET, dando especial atenção a dois modos desse campo: depleção e intensificação. AVALIAÇÃO DO TEMA: REFERÊNCIAS BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11. ed. São Paulo: Pearson Education, 2013. CATHEY, J. J. Dispositivos e circuitos eletrônicos. 1. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. HONDA, R. 850 exercícios de eletrônica. 3. ed. São Paulo: Érica, 1991. MALVINO, A. P. Eletrônica. v. 1. 4. ed. São Paulo: Makron Books, 1997. EXPLORE+ Compreenda um pouco mais a fabricação de um transistor na leitura do artigo Transistor por efeito de campo e fotocondutor de poli(o-metoxianilina), de Roberto K. Onmori, Luiz Henrique C. Mattoso e Roberto M. Faria. CONTEUDISTA Raphael de Souza dos Santos CURRÍCULO LATTES javascript:void(0);
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