Curso Online de Curso basico de Eletroeletrônica-Modulo 2

notas de aula
 
autor: joão maria
 

modulo 2

curso básico de eletroeletrônica

transistor, o semi-condutor  

antes de entrarmos em detalhes sobre o transistor, vamos relembrar o que foi visto no modulo 1 sobre os semicondutores. como foi visto, o semi-condutor é um material que conduz a corrente elétrica, porém, dentro de certos limites. se qualificarmos os corpos existentes no universo, no que diz respeito a condução de corrente elétrica, notaremos que existem materiais condutores que permitem a circulação de corrente com alguma facilidade e os materiais isolantes considerados péssimos condutores. os materiais semi-condutores são aqueles cuja resistência específica se situa entre os condutores e os isolantes.


 
 

 
 
 num material condutor comum, a resistência aumenta à medida em que aumenta a temperatura, este fenômeno é chamado de resistência térmica positiva. já no material semi-condutor, o aumento da temperatura faz com que a resistência do mesmo diminua cada vez mais. o gráfico abaixo ilustra este fenômeno:  

eletrônica

transistores: combinação de junções  

o semi-condutor dopado com pouca impureza oferece uma resistência relativamente alta, proporcionando pouca corrente. porém, quando dopado com muita impureza oferece uma resistência bem baixa, ocasionando alta corrente.


 
 

 
 portanto, utilizando o conceito já estudado nos diodos, combinando junções de acordo com a representação a seguir teremos como resultado dois tipos de transistores: um npn e outro pnp.   

eletrônica

tipos de transistores  

o transistor pode ser considerado como dois diodos ligados em conjunto. desta forma, concluímos que poderá existir dois tipos de transistores:
n p p n
npn =>
 
 
p n n p
pnp =>
 
 
o transistor npn é constituído por dois cristais do tipo n separados por um fino cristal do tipo p. já o transistor pnp é constituído por dois cristais do tipo p separados por um cristal do tipo n.
ambos os tipos de transistores possuem terminais os quais estão ligados aos seus elementos:
· emissor => indica o sentido da corrente.
· base => controla esta corrente.
· coletor => coleta a corrente.
 
   
 

eletrônica

transistor npn e pnp  

eletrônica

  a diferença esquemática básica entre o transistor npn e pnp podemos perceber nas figuras, o primeiro tem uma seta voltada para fora e o segundo tem uma seta voltada para dentro. outra diferença são que os portadores de carga e/ou corrente do transistor npn são os elétrons e os portadores de carga do transistor pnp são as lacunas.

para haver funcionamento de um transistor, devemos polarizá-lo corretamente. uma polarização incorreta pode danificá-lo.
deve-se observar também que o transistor npn tem o emissor polarizado negativamente e o coletor, positivamente. no transistor pnp ocorre o contrario.
 

eletrônica

em se tratando de polarização, o emissor e a base, tanto no transistor npn como no pnp possuem polarização direta enquanto que a base em relação ao coletor possui polarização inversa.
a junção np do transistor npn está em polarização direta , possuindo uma pequena resistência a passagem de corrente. a junção pn está em polarização inversa, significando que uma grande resistência dificulta a passagem de corrente:  

transistor : polarização

num transistor pnp aplica-se uma tensão mais negativa (tensão menor) na base em relação ao emissor, porém positiva com relação ao coletor. num npn ocorre o inverso, ou seja, a base é positiva em relação ao emissor e negativa em relação ao coletor:  

i

i

npn

pnp

se a tensão de entrada aumentar à polarização no sentido direto, haverá um acréscimo nas correntes do emissor e do coletor. se a tensão de entrada diminuir, haverá uma conseqüente redução nas correntes de emissor e coletor.

eletrônica

se tivermos um transistor somente com tensão de polarização no coletor, este transistor pode ser interpretado como um diodo de junção pn polarizado inversamente.

coletor somente com tensão de alimentação

em um transistor de silício esta corrente é muito menor que a do germânio, medindo apenas 0,01 micro ampere.
o valor da corrente de fuga nos transistores aumenta com a temperatura. nas temperaturas próximas da ambiente o valor desta corrente duplica para cada 8°c de aumento na temperatura da junção.
exemplo:
suponhamos que numa junção com a temperatura de 55°c foi percebida uma corrente de fuga de 10ua . esta corrente passará a ter um valor de 20 ua quando a temperatura da junção atingir 63°c.

como foi visto no estudo sobre diodos, quando se tem uma junção np com polarização inversa, há sempre uma pequena corrente que flui através da junção. nos transistores esta corrente é chamada de corrente de saturação ou corrente de fuga (ico). pode –se afirmar que esta corrente é a menor que se obtém no coletor quando se aplica uma tensão de polarização inversa entre base e coletor.
o valor máximo da corrente de fuga a uma temperatura ambiente é característica importante do transistor e é especificada pelo fabricante.
para um transistor de germânio de baixa potência, por exemplo cerca de 50mw, o valor da corrente de fuga é geralmente menor de 10 micro ampere a uma temperatura ambiente de 25°c.

transistor : polarização direta  

eletrônica

 o emissor e a base possuem polarização direta, quando o potencial negativo da bateria chega ao emissor que tem um numero maior de elétrons ocorrendo uma repulsão e estabelecendo-se um forte fluxo de corrente entre emissor e base. a base é propositalmente de construção frágil e como as lacunas da base são poucas, os elétrons atravessam a estrutura desta e são atraídos pelo grande potencial de coletor. a corrente da bases é apenas de 10% em relação a corrente emissor-coletor.

 no circuito mostrado acima não houve ganho de corrente, porém, conseguimos fazer circular por uma resistência alta no diodo polarizado inversamente, praticamente a mesma corrente. sabendo-se que a queda de tensão é dada por e = r x i , a queda de tensão do circuito de saída com uma resistência elevada será muito maior do que a queda de tensão do circuito de entrada que apresenta uma resistência baixa. como as correntes de entrada e saída são praticamente as mesmas e a resistência do circuito de saída é 1000 vezes maior que a resistência do circuito de entrada, temos um transistor amplificador de potência.

metodo de polarização  

eletrônica

 ie = corrente de emissor (corrente total do circuito)
ib = corrente de base (corrente parcial do circuito)
ic = corrente de coletor (corrente parcial maximo do circuito) 
ico = corrente de fuga, coletor/base
pdrc = potência dissipada rc (resistor/coletor)

ie = ic + ib

no transistor, a polarização depende do material o qual é fabricado, pois a tensão entre base e emissor será utilizada para seu calculo. se o material for germânio, a vbe será de 0,3v; se tivermos silício será de 0,6v. os resistores que circundam os transistores desempenham importante papel no que se refere à polarização. para termos valores exatos de resistores, iremos calcular conforme o esquema ao lado:
 

npn = silício
vbe = 0,6v
vcb = tensão entre base e coletor.
vbe = tensão entre base e emissor.
vce = tensão entre coletor e emissor.
+b = tensão de alimentação 12v 

pdre = potência dissipada re (resistor/emissor)
pcmax = potência máxima dissipada do transistor

metodo de polarização: cálculo 1  

eletrônica

a corrente de emissor (ic=2ma) quando multiplicada pela resistência de emissor (re) deverá ser 10 vezes maior que a tensão entre base e emissor (vbe), portanto: 

ie x re = 10 x vbe

daí tiramos o valor do resistor de emissor: 

a corrente de emissor é praticamente a mesma do coletor, ou seja, 2ma (0,002a); então:
 

a tensão em re será:
 

vre = re x ie => 3.000 x 0,002 = 6v

na tensão de coletor, para evitar o corte do sinal por corte ou saturação, adotamos que vc = 0,5 x 12 v. então, para o calculo de rc teremos:

12 — vc 12 — (0,5x12)
rc = = = 3.000 Ω
ic 0,002
 

a tensão em rc será:

vrc = rc x ic

vrc = 3.000 x 0,002 = 6v

metodo de polarização: cálculo 2 

eletrônica

para o calculo de r2 utilizamos a tensão de base e adotamos a corrente de polarização, ao passar por r1 e r2 como sendo 10% da corrente de coletor.
a tensão de base é igual a tensão de emissor mais a tensão base-emissor: 

vb = ve + vbe => 6 + 0,6 = 6,6 v

então r2 será: 

vb vb 6,6
r2 = = = = 33.000Ω
ip 0,1xic 0,0002
 

a tensão em r2 será:

vr2 = r2 x ip => 33.000 x 0,0002 = 6,6v

para o cálculo de r1 teremos:

12 – vb 12 – 6,6 5,4
r1 = = = = 27.000Ω
ip 0,1xic 0,0002
 

a tensão em r1 será: 

vr1 = r1 x ip => 27.000 x 0,0002 = 5,6v