Apostila - Eletrônica - Transistores

Apostila - Eletrônica - Transistores

(Parte 1 de 2)

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Eletrônica

Transistores.

Transistor (transference resistor) é um componente constituído de uma pastilha monocristalina de material semicondutor (Germânio ou Silício) com regiões dopadas com impurezas do tipo N e do Tipo P. Os transistores dependendo do fim a que se destina, pode funcionar como:

  1. Amplificador de corrente;

  2. Amplificador de sinal;

  3. Chave eletrônica..

Tradicionalmente os transistores se dividem em dois(2) grupos: a saber:

1.Bipolares;

2.Unipolares ou de efeito de campo.

1o-Bipolaressão aqueles formados por três (3) regiões semicondutoras de polaridades alternadas existindo entre elas duas junções.As regiões recebem os nomes de emissor (E), Base (B), e coletor (C). Baseiam o seu funcionamento com alimentação de corrente na base.

Símbolo: Aspecto:

Podemos obter a estrutura indicada de duas formas diferentes, o que leva a dividir os transistores bipolares, quanto a sua estrutura em dois tipos: Tipo NPN e o tipo PNP.

Veja as figuras na seqüência:

Esquema interno dos tipos NPN e PNP.

    1. Base , Coletor e Emissor.

Vamos agora entender o que é Base , coletor e emissor.

  • Base- é a parte que controla a passagem da corrente;quando a base está energizada, há passagem de corrente do emissor para o coletor, quando não há sinal não existe essa condução. A base esquematicamente é o centro do transistor.

  • Coletor é uma das extremidades do transistor;é nele que “entra” a corrente a ser controlada. A relação existente entre o coletor e a base é um parâmetro ou propriedade do transistor conhecido como β (beta) e é diferente em cada modelo de transistor.

  • Emissor- é a outra extremidade; por onde sai a corrente que foi controlada.

    1. Considerações gerais e Polarização de transistores.

1.2.1Considerações gerais.

Para efeito de um estudo inicial vamos tomar como exemplo uma estrutura NPN, ou seja, um transistor NPN..

Cada uma das junções do transistor se comporta como um diodo, mas quando aplicamos tensões no dispositivo de determinada maneira e as duas junções podem entrar em ação ao mesmo tempo, o comportamento da estrutura passa a ser mais complexo do que simplesmente dois diodos ligados juntos.Para que tenhamos a ação diferenciada destas junções, vamos partir da situação em que o transistor seja alimentado com fontes externas de determinadas polaridades e características. Em suma, para que o transistor funcione, precisamos polariza-lo convenientemente.

1.2.2Polarização de transistores.

Inicialmente vamos fazer uma polarização que nos permite apenas estudar o seu funcionamento. Na prática existem outras maneiras de polarizar os transistores.

Tomando o nosso transistor NPN como exemplo, para polariza-lo ligamos uma bateria de tensão maior ( B2) entre o coletor e o emissor e uma bateria de tensão menor( B1) através de um potenciômetro na base do transistor. Veja a figura, na seqüência:

Vejamos o que acontece: partimos inicialmente da condição em que o cursor do potenciômetro está todo para o lado negativo da bateria B1, ou seja, a tensão aplicada à base do transistor é Zero (0).Nestas condições, a junção que existe entre a base e o emissor, que seria o percurso para uma corrente da bateria B1, não tem polarização alguma e nenhuma corrente pode fluir.A corrente de base ( Ib) do transistor é zero(0).

Da mesma forma , nestas condições a corrente entre o coletor e o emissor do transistor, percurso natural para a corrente da bateria B2 é nula. Veja a figura a seguir:

Movimentando gradualmente o cursor do potenciômetro no sentido de aumentar a tensão aplicada à base do transistor, vemos que nada ocorre de anormal até atingirmos o ponto em que a barreira de potencial da junção emissor-base do transistor é vencida.(0,2 V para o germânio e aproximadamente 0,7V para o silício).Com uma tensão desta ordem, começa a circular uma pequena corrente entre a base e o emissor. Esta corrente entretanto tem um efeito interessante sobre o transistor: uma corrente também começa a circular entre o coletor e o emissor e esta corrente varia proporcionalmente com a corrente de base.

Veja a figura, na seqüência:

À medida que movimentamos mais o potenciômetro no sentido de aumentar a corrente de base, observamos que a corrente do coletor do transistor aumenta na mesma proporção.

Se uma corrente de base de 0,1mA provoca uma corrente no coletor de 10mA, dizemosque o ganho de corrente ou Fator de amplificação do transistor é 100vezes, ou seja a corrente de coletor é 100 vezes maior que a corrente de base

A proporcionalidade entre a corrente de base e a corrente de coletor entretanto não se mantém em toda a faixa possível de valores.

Existe um ponto em que um aumento de corrente de base não provoca mais um aumento na corrente de coletor que então se estabiliza. Dizemos que chegamos ao ponto de saturação, ou seja, o “ transistor satura” Abaixo o gráfico que mostra este fenômeno.

Observe então que existe um trecho linear deste gráfico que é denominado de “Curva característica do transistor”.

Na figura a seguir temos o funcionamento de um transistor PNP. Observa-se que a única diferença se o mesmo fosse utilizado no exemplo dado acima, está no sentido de circulação das correntes e portanto na polaridade das baterias usadas.

Observe nas figuras a seguir essas orientações das correntes em um transistor NPN e PNP.

No NPN:

  • Corrente de base-= Ib>> sentido horário.

  • Corrente de coletor=Ic>Sentido anti-horário.

No PNP:

  • Corrente de base=Ib>>sentido anti-horário.

  • Corrente de coletor.=Ic.sentido horário.

Para finalizarmos o assunto, observamos o seguinte:

a) Quando Ib = 0Ic = 0 . O transistor não funciona, e neste caso se diz que ele funciona como uma chave aberta ou representa-se por:

b) Ib =CresceIc= cresce na mesma proporção.

d)Ib = atinge um determinado valor, (ponto de saturação) e a partir dai mesmo que aumentemos IbIc= se mantém constante

2o Transistores na Prática.

Os primeiros transistores eram dispositivos simples destinados a operar apenas corrente de baixa intensidade, sendo por isso quase todos iguais nas principais características.

No entanto, com o passar do tempo ocorreram muitos avanços nos processos de fabricação,

que levaram os fabricantes a produzirem uma enorme quantidade de tipos ,capazes de operar com pequenas intensidades de corrente mas também com correntes altas; o mesmo ocorreu com as tensões e até mesmo com a velocidade.

Existem hoje, em termos de tipos de transistores mais de um milhão, o que requer manuais de consultas volumosos quando se quer escolher um determinado tipo.

Assim para facilitar o estudo de transistor na prática é necessário que se divida estes dispositivos em “famílias” em que as características principais se mantém.

Para outras características, as diferenças são normalmente fornecidas pelos fabricantes em forma de folhas de dados chamadas de datasheets. Abaixo um desses tipos de datasheets da Motorola.

Constam desses datasheets o aspecto físico da família, códigos de identificação, dados de corrente , tensões coletor-emissor, freqüências, material de que são feitos , curvas características, identificação dos terminais etc

De uma forma geral, na prática apenas algumas centenas podem ser considerados ‘principais’e possuído-se um bom manual e um bom conhecimento se consegue encontrar sempre um capaz de substituir tipos considerados difíceis.

2.1- Transistores de uso geral.-são transistores destinados a gerar ou amplificar sinais de pequena intensidade e de freqüência relativamente baixa.

Especificação

Definição

Descrição

Observações

Material

Pequenas pastilhas

Silício

Germânio

A maioria dos transistores atuais é de silício.

Aspecto externo

Envólucros

Plásticos

Metais

Tipo do semicondutor

conteúdo

NPN e PNP

Tipos de terminais

3 terminais

Base(B)

Coletor(C)

Emissor(E)

Identificação deve ser feita pelo tipo e varia bastante

Ic- corrente de coletor .

Icmax=corrente de coletor máxima.

Varia entre:

20mA e 500mA

VCEO- tensão entre o coletor e o emissor com a base desligada

.

VCEOmáx tensões máximas de operação

Varia entre:

10V e 80V.

fT –freqüência máxima ou freqüência de transição

FTmáx- freqüência máxima que o transistor pode operar.

Varia entre 1 e 200Mhz

Aplicações

-

-

Uso geral ou Áudio

Os tipos mais comuns desses transistores são:BC548, BC558, BC107, 2SB75, OC74,

2N2222, 2N107 etc.

2.2-Transistores de Potência- são transistores destinados a operar com correntes intensas mais ainda com sinais de baixas freqüências.

Especificações

Definições

Descrição

Observações

Material

Pastilhas de diversos tamanhos

Silício

Aspecto externo

Envólucros

Plásticos

Metais

Tendem a aquecer(altas correntes) usam envólucros que permitem a montagem em um dissipador(radiador) de calor.(figura acima)

Tipo do semicondutor

Conteúdo

NPN e PNP

Tipos de terminais

Geralmente 3 terminais

Base(B)

Coletor(C)

Emissor(E)

Identificação deve ser feita pelo tipo e varia bastante

Ic- corrente de coletor .

Icmax=corrente de coletor máxima.

Máxima = 15A

VCEO- tensão entre o coletor e o emissor com a base desligada.

VCEOmáx tensões máximas de operação

Varia entre:

20V e 100V.

fT –freqüência máxima ou freqüência de transição

fTmáx- freqüência máxima que o transistor pode operar.

Varia entre100khz 40Mhz

Aplicação

Amplificadores de Áudio

Os tipos mais comuns desses transistores são:TIP31, TIP32, 2N3055. BD135, BD136, AD142, BU205 etc.

2.3 Transistores de RF (Radiofreqüência)-são transistores destinados a amplificar ou gerar sinais de freqüências elevadas, mais com pequenas intensidades de correntes.

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