Regiões de funcionamento de um transistor
Nos itens anteriores, foi visto como polarizar adequadamente um transistor, e se mudarmos os valores de tensão dessas polarizações, o que acontece? Neste caso o transistor pode operar de três maneiras diferentes:
• Região ativa - o transistor opera como um amplificador de sinais.
• Saturação - o transistor opera como uma chave ligada.
• Corte - o transistor opera como uma chave aberta (desligada).
Transistor na região ativa
Para que o transistor possa funcionar como um amplificador, ou seja, possa ter um sinal na saída, maior do que o de entrada deve ser polarizado da seguinte maneira (figura 8):
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A tensão entre a Base e o Emissor (VBE) é positiva na Base e negativa no Emissor porque, para um transistor NPN, a Base é sempre positiva em relação ao Emissor.
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A tensão de alimentação do coletor é positiva em relação ao Emissor (VCE). Portanto, para um transistor NPN bipolar conduzir, o Coletor será sempre mais positivo em relação à Base e ao Emissor, como mostra o “tamanho das fontes – Vbe e Vce” na figura 8.
Nessa configuração o movimento de portadores de corrente negativa (elétrons) através da região Base (que é muito fina) permite que haja uma ligação entre os circuitos do Coletor e do Emissor. Esta ligação entre os circuitos de entrada e saída é a principal característica da ação do transistor, pois as propriedades de amplificação dos transistores provêm do controle que a Base exerce sobre a corrente do Coletor para o Emissor (figura 9).
Desta forma uma corrente grande (Ic) flui livremente através do dispositivo entre o coletor e os terminais do emissor quando uma pequena corrente de polarização (Ib) está fluindo no terminal de base do transistor ao mesmo tempo, permitindo assim que a Base atue como uma espécie de entrada de controle de corrente.
O valor de ganho de corrente (Ic/Ib) de um transistor, pode ser grande (até 200 para transistores padrão), e é essa grande proporção entre Ic e Ib, que faz do transistor bipolar NPN um dispositivo amplificador útil quando usado em sua região ativa, pois Ib fornece a entrada e Ic fornece a saída.
A figura 10 mostra como um sinal de entrada, em um transistor adequadamente polarizado, é amplificado na saída. Portanto, o transistor permite que haja um ganho entre a saída, em relação à entrada.
Essa figura é somente representativa, pois o circuito completo incluiria resistores e capacitores (não mostrados) e que seriam necessários para o funcionamento correto.
A região de corte e região de saturação serão vistas no próximo item.
Regiões Transistor Bipolar
Módulo 8.3
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O que é um Transistor
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Transistor Bipolar
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Configuração de transistor Bipolar
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Transistor Base Comum
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Transistor Emissor Comum
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Transistor Coletor Comum
Curvas de Características de Saída de um Transistor Bipolar
Veremos aqui, de modo superficial (para não fugir do que se propõe o curso) o que significa
“Curvas de característica de saída de um transistor bipolar”.
Todo transístor, sem exceção, é especificado por um conjunto de informações fornecido pelo fabricante, e que permitirão ao projetista, escolher o transistor adequado ao seu projeto.
Entre as várias informações, há gráficos semelhantes ao da figura 11.
Este gráfico de “Curvas de característica de saída de um transistor bipolar”, relaciona a tensão Vce, com a corrente do coletor Ic.
Os valores numéricos de Tensão e Corrente mostrados são, somente para referência, um gráfico “real” de um determinado transistor, pode apresentar valores bem diferentes.
Este, e outros gráficos, são elementos indispensáveis quando se projeta um circuito eletrônico.
No nosso caso, porém, vamos usá-lo para melhor entender as regiões Ativa, de Corte e Saturação do transistor.
Vamos analisar esse gráfico:
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Linhas em vermelho – Representam valores de corrente que são “injetadas” na base do transistor. Os valores são dados em µA (microAmperes)
As curvas de corrente variam de zero (Ib0=0), até um valor máximo Ibmax Esse valor máximo é dado pelo fabricante e, não pode ser ultrapassado, sob pena de danificar o transistor.
Observação: Os valores para as curvas de corrente são da ordem de µA (micro)
Região de Corte (em preto figura 11)
Quando a corrente na base é zero (Ib=0), a junção PN não está polarizada (Vbe<0,7), logo essa junção não conduz e a corrente no Emissor também será zero (figura 12).
Assim Ib=Ie=Ic=0 e o transistor está em Corte ou em OFF (desligado). Neste caso o transistor opera como um interruptor (ou switch) desligado (aberto).
Pela figura 12 pode-se observar que, há um valor de tensão na saída (Vsaída). Este valor será o valor de Vce.
Na figura 11, observe que se trata de uma região (área em cor escura), assim, mesmo que haja uma tensão entre o Coletor e o Emissor (Vce), a corrente não flui pelo emissor.
Resumindo, quando Vbe<0,7 e Ib=0 e Ic=0 Assim o transistor está em corte
Região de Saturação (em amarelo figura 11).
Na saturação, o diodo base-coletor está em polarização direta, fazendo com que a corrente de base Ib seja máxima. Neste modo a corrente de condução entre o coletor e o emissor também será máxima, resultando numa queda mínima de tensão do coletor. Assim sendo a tensão Vce na saturação é zero (figura 13).
Portanto, o transistor está Saturado ou em On (ligado). Neste caso o transistor opera como um interruptor (ou switch) ligado (fechado).
Resumindo, quando Vbe>0,7 então Vsaída = Vce = 0 O transistor está saturado.
Região ativa (em azul figura 11)
É a região entre o ponto de corte e o ponto de saturação (figura 11 em azul).
Para operar na região ativa, o diodo emissor da base deve ser polarizado diretamente e o
diodo da base do coletor terá que ser polarizado no sentido inverso.
Quando o transístor bipolar é preparado para operar na região ativa, a corrente que entra na base Ib, irá controlar a quantidade de fluxo de corrente através do coletor Ic, e este controle é na forma linear.
Há uma relação entre Ic/Ib, que é chamado de ganho de transistor e é simbolizado por β (beta), isto é β = IC / IB.
Pode ser designado também como hFE.
Este valor é fornecido pelo fabricante nas especificações (também conhecido por Data Sheet)
Especificações de um Transistor
Todo transístor, sem exceção, é especificado por códigos dos fabricantes. Existe uma infinidade de transístores com os mais variados tipos de códigos e fabricantes, podendo inclusive haver entre os componentes certas equivalências que variam de circuito a circuito.
Em um projeto, o projetista precisa levar em conta uma série de fatores antes de escolher um transístor que opere de modo adequado no circuito.
No caso de uma substituição por manutenção (que é o que nos interessa), um transístor só deve ser substituído por outro de mesmo código, ou quando isso não for possível, por um equivalente que será escolhido em Data Sheets (folha de dados) apropriadas.
Algumas características dos transístores têm haver com sua aplicação, por exemplo, um transístor pode ser de potência, de sinal, de uso geral, etc.
Transistores de Potência, por exemplo, tem seu encapsulamento com maiores dimensões, o que permite maior dissipação térmica. Porém, ás vezes ainda é necessário usar um dissipador térmico, como mostrado na figura ao lado.
Os transístores devem ser classificados também quanto sua forma ou encapsulamento de acordo com um código específico.
A figura 14 mostra diversos tipos de transistores. Repare na diversidade de tipos de encapsulamento. Transistores com encapsulamento TO-3, são próprios para potência, pois seu corpo é metálico por fora permitindo maior dissipação.
Na figura 14 à direita, são mostrados alguns transistores SMD. Eles pouco lembram um transistor “comum”, seu encapsulamento costuma ser do tipo DIP (Dual In-Line Package).
Para substituí-los... bem, aí começa um problema, às vezes um grande problema.
Para início você precisa de uma ferramenta adequada, um soprador térmico específico, com controle de temperatura para retirá-lo e, o mais difícil, tentar descobrir a identificação do transistor.
São tantos códigos que desanima, felizmente há um site que faz isso. É o “The SMD Codebook”. Embora em inglês é fácil de consultar.
Abaixo o link (todos os diretos, são de propriedade dos responsáveis pelos sites a seguir:)
