Transístor

O transístor bipolar é o transístor mais importante do ponto de vista histórico e o de

utilização mais corrente. No entanto, convém referir os transístores de efeito de campo

(FET, “Field Effect Transistor”), nomeadamente, os transístores FET de junção unipolar,

os transístores MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), e os

CMOS (“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na electrónica integrada

de alta densidade.

O material semicondutor mais usado no fabrico de transístores é o silício. Contudo, o

primeiro transístor foi fabricado em germânio. O silício é preferível porque possibilita o

funcionamento a temperaturas mais elevadas (175 ºC, quando comparado com os ~75ºC

dos transístores de germânio) e também porque apresenta correntes de fuga menores. O

transístor bipolar é formado por duas junções p-n em série, podendo apresentar as

configurações p-n-p e n-p-n . Os transístores n-p-n são os mais comuns, basicamente

porque a mobilidade dos eletrões é muito superior à das lacunas, isto é, os eletrões

movem-se mais facilmente ao longo da estrutura cristalina o que traz vantagens

significativas no processamento de sinais de alta frequência. E são mais adequados à

produção em massa. No entanto, deve-se referir que, em várias situações, é muito útil ter

os dois tipos de transístores num circuito.

O transístor de junção bipolar é um dos componentes mais importantes na Eletrónica. É

um dispositivo com três terminais. Num elemento com três terminais é possível usar a

tensão entre dois dos terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal,

i.e., obter uma fonte controlável. O transístor permite a amplificação e comutação de

sinais, tendo substituído as válvulas termo-iónicas na maior parte das aplicações. A figura

da página seguinte mostra, de forma esquemática, um transístor bipolar p-n-p. Este

transístor é formado por duas junções p-n que partilham a região do tipo n (muito fina e

não representada à escala). Neste aspeto, o dispositivo corresponde à sanduíche de um

material

do tipo n, entre duas regiões do tipo p. Existe também a estrutura complementar (npn).

Dependendo da polarização de cada junções (direta ou inversa), o transístor pode operar

no modo ativo/linear, estar em corte ou em saturação.

Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN

(junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício ou

germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).

Símbolos Transístores

Zonas Funcionamento Transístores

NPN PNP

Zona Condições Modelo Condições Modelo

Corte VBE < 0.7V

VBC < 0.7V

IC = 0

IE = 0

IB = 0

VEB < 0.7V

VCB < 0.7V

IC = 0 IE = 0

IB = 0

Activa VBE =0.7V

VBC <0.7V

VBE =0.7V

IC = β* IB

IE = IC+IB

ou

IE = (β+1)*IB

VEB = 0.7V

VCB < 0.7V

VEB =0.7V

IC = β* IB

IE = IC+IB

ou

IE = (β+1)*IB

Saturação VBE = 0.8V

VBC = 0.7V

VBE =0.8V

VCE =0.1V

IE = IC+IB

VEB = 0.8V

VCB = 0.7V

VEB =0.8V

VEC =0.1V

IE = IC+IB

Em cada transístor bipolar existem duas junções que irão apresentar zonas de

funcionamento diferentes, consoante as junções base-emissor e base-coletor se encontram

polarizadas direta ou inversamente.

Os transístores têm três zonas de funcionamento distintas:

Corte - Ambas as junções estão polarizadas inversamente

Saturação - Ambas as junções estão polarizadas diretamente

Ativa - Junção base-emissor polarizada diretamente e junção base coletor

polarizada inversamente

Transístor como Amplificador

Um transístor funciona como amplificador, quando a corrente de base oscila entre zero e

um valor máximo. Neste caso, a corrente de coletor é um múltiplo da corrente de base.

Se aplicarmos na base do transístor um sinal, vamos obter uma corrente mais elevada no

coletor proporcional ao sinal aplicado:

Ganho de um transístor

O ganho de um transístor, é uma característica do transístor, é o fator de multiplicação da

corrente de base (Ib)ou Beta ß ou hfe do transístor.

A formula matemática que permite efetuar o cálculo é:

Ic = Ib x ß

* Ic: corrente de coletor

* Ib: corrente de base

* ß : beta (ganho)

Existem algumas especificações definidas pelo fabricante:

Ref ou Tipo: é o nome do transístor.

VCEO: tensão entre coletor e emissor com a base aberta.

VCER: tensão entre coletor e emissor com uma resistência no emissor.

Pol: polarização; N=NPN e P=PNP.

PTOT: Potência máxima que o transístor pode dissipar

Ft: Frequência máxima.

Encapsulamento: Cápsula do transístor que define cada um dos terminais.

Determinar Tensões e Correntes TJB (Transístor Junção Bipolar)

Considerando o circuito da figura em que o transístor bipolar NPN é caracterizado por

β=100 (ganho)

Determinar tensões e correntes do transístor.

Considerando que o transístor está na zona activa, consideramos o circuito seguinte

Circulando pela malha da base:

-V1 + RB * IB + VBE = 0

ou

IB = (V1 - VBE) / RB

IB = (10-0,7)/220

IB = 42,27µA

IC=β*IB ou IC=4,23mA

para as tensões temos:

VE=0 VB=0,7 VC=10-RC*IC ou VC=5,7 onde

VBE=0,7 e VBC=-6,4 < 0,7

Podemos concluir que o transístor se encontra na zona ativa.

Configurações Transístor Bipolar

Ligação típica transístor

Configuração Emissor

comum

Base

comum

Coletor

comum

Impedância entrada Média Baixa Alta

Impedância saída Média Alta Baixa

Ganho de tensão Médio Alto Baixo

Ganho de corrente Médio Baixo Alto

Ganho de potência Alto Baixo Médio

Desvio de fase 180° 0° 0°

1. Base Comum (Ganho em tensão, sem ganho em corrente).

2. Emissor Comum (Ganho em tensão e corrente).

3. Coletor Comum (Ganho em corrente, sem ganho em tensão).

Transístor - Emissor Comum

A montagem de um transístor em emissor comum é um estágio baseado num transístor

bipolar em série com um elemento de carga. O termo "emissor comum" refere-se ao facto

de que o terminal do emissor do transístor tem uma ligação "comum", tipicamente a

referência de 0V ou Terra. O terminal do coletor é ligado à carga da saída, e o terminal

da base atua como a entrada de sinal.

O circuito do emissor comum é constituído por uma resistência de carga RC e um

transístor NPN; os outros elementos do circuito são usados para a polarização do

transístor e para o acoplamento do sinal.

Os circuitos emissor comum são utilizados para amplificar sinais de baixa voltagem,

como os sinais de rádios fracos captados por uma antena, para amplificação de um sinal

de áudio ou vídeo

Características de um amplificador com transístor em emissor comum:

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): É igual ao quociente entre a tensão de

entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente

CA do sinal de entrada). A impedância de entrada está compreendida entre 10KΩ

e 100KΩ

Ze=Ee / Ie

IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): É igual ao quociente entre a tensão CA do sinal

de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal

de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0).A impedância de saída

esta situada entre 10KΩe 100KΩ.

Zs= Es (saída em vazio) / Is (saída em curto)

AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do

sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada. A amplificação de corrente está

compreendida entre 10 e 100 vezes.

Ai = Is / Ie

AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal

de saída e a tensão CA do sinal de entrada. A amplificação de tensão está situada

entre 100 e 1000 vezes.

Av = Es / Ee

AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a

amplificação de corrente e a amplificação de tensão. A amplificação de potência

está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes.

Ap = Ai x Av

RELAÇÃO DE FASE: Ocorre um desfasamento de 180° entre a tensão do sinal

de saída e a tensão do sinal de entrada (180° = 180 graus).

Transístor - Coletor Comum

O circuito com um transístor com coletor comum possui um ganho de tensão muito

próximo da unidade, significando que os sinais em CA que são inseridos na entrada serão

replicados quase igualmente na saída, assumindo que a carga de saída não apresente

dificuldades para ser controlada pelo transístor. O circuito possui um ganho de corrente

típico que depende em grande parte do hFE do transístor. Uma pequena mudança na

corrente de entrada resulta em uma mudança muito maior na corrente de saída enviada à

carga. Deste modo, um terminal de entrada com uma fraca alimentação pode ser utilizado

para alimentar uma resistência menor no terminal de saída. Esta configuração é

comumente utilizada nos estágios de saída dos amplificadores Classe B e Classe AB, o

circuito base é modificado para operar o transístor no modo classe B ou AB. No modo

classe A, muitas vezes uma fonte de corrente ativa é utilizada em vez do RE para melhorar

a linearidade ou eficiência.

Características de um amplificador com transístor em coletor comum:

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: de 100KΩ a 1MΩ.

IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: de 50Ω a 5000Ω.

AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: de 10 a 100 vezes.

AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: é menor do que 1. Neste tipo de amplificador

não há amplificação de tensão.

AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: de 10 a 100 vezes.

RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a

tensão do sinal de entrada.

Transístor - Base Comum

A ligação de um transístor em base comum é uma configuração de um transístor na qual

sua base é ligada ao ponto comum do circuito.

Esta montagem é utilizada de forma menos frequente do que as outras configurações em

circuitos de baixa de baixa frequência, é utilizada para amplificadores que necessitam de

uma impedância de entrada baixa. Como exemplo temos o pré-amplificador de

microfones.

É utilizado para amplificadores VHF e UHF onde a baixa capacitância da saída à entrada

é de importância crítica.

Os parâmetros α (Alfa) e β (Beta) de um transístor bipolar Quando um transístor bipolar

é ligado em base comum, o quociente entre a corrente de coletor (Ic) e a corrente de

emissor (Ie) recebe o nome de GANHO DE CORRENTE ESTÁTICO DA MONTAGEM

BASE COMUM, e é indicado pela letra grega α (ALFA).

α=Ic/Ie

Características de um amplificador com transístor em base comum:

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: entre 10Ωe 100Ω.

IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: entre 100 KΩ e 1MΩ.

AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: é um pouco inferior à unidade (entre O,95

e O,99).Portanto, neste tipo de circuito não há amplificação de corrente.

AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: entre 500 e 5.000 vezes.

AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: entre 100 e 1.000 vezes.

RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a

tensão do sinal de entrada.

Transístor Darlington

Transístor Darlington

O Darlington não é mais do que a ligação de vários transístores com a finalidade de

aumentar o ganho.

O ganho (HFE) total do Darlington é a multiplicação dos ganhos individuais de cada um

dos transistores.

Vantagens:

Maior ganho de corrente.

Tanto o disparo como bloqueio são sequenciais.

A queda de tensão em saturação é constante.

Desvantagens:

Utilização apenas com médias frequências e médias potências.

Fototransístor

Fototransístor

O fototransístor não é mais do que um transístor bipolar em que a luz incide sobre a base.

O seu funcionamento não difere do funcionamento do transístor bipolar, no entanto, a

base é polarizada pela luz.

Tem um tempo de resposta maior e é mais sensível que o fotodíodo.

Tem uma enorme utilização nos acopladores óticos que têm a função de isolar

eletricamente circuitos diferentes. O acoplador ótico é composto por um díodo emissor

de luz (LED) e um fototransístor.

Os transístores têm várias caixas segundo os vários fabricantes.