Um elemento passivo muito importante na eletrônica é o indutor.…
Componentes Ativos – Transistor – Parte 1
O transistor foi inventado na década de 1950 para substituir as válvulas eletrônicas. Naquela época procuravam uma alternativa que fosse mais barata, pequena e que consumisse menos energia, logo, criaram o transistor que atendia a todos estes requisitos. Mesmo passado vários anos desde a sua criação, o transistor está em constante mudança, se tornando cada vez menor e mais eficiente, seguindo a Lei de Moore.
Gordon Earle Moore, profetizou que a quantidade de transistores que poderiam ser colocados em uma mesma área dobraria a cada 18 meses mantendo-se o mesmo custo de fabricação. Atualmente a IBM fabrica transistores que chegam a 5nm, para se ter uma ideia, é possível colocar cerca de 30 bilhões de transistores em um único chip.
O transistor é um componente eletrônico ativo com varias funções. Dentre elas, as mais comuns são as de amplificar o sinal (tensão) e de comutador de circuitos (chave). Hoje existem diferentes tipos, sendo o transistor bipolar (BJT) o mais comum. Há também os transistores de efeito de campo, ou FET, como é conhecido. Entre eles temos o JFET (Junction Field Effect Transistor), o mosfet (Metal Oxid Semiconductor Function Effect Transistor ), o Nmosfet (tipo n) e o Pmosfet (tipo p). Há outros transistores que são separados em um grupo especializado próprio, como exemplo, os fototransistor, que reage a quantidade de luz que brilha sobre ele para produzir fluxo de corrente e que comumente é utilizado nos chips 4N25 (fotoacoplador / optoacoplador).
O transistor bipolar foi primeiro tipo fabricado e o mesmo é constituído por duas junções PN ligadas entre si, podendo obter-se duas configurações diferentes: o transistor NPN (NP + PN) e o transistor PNP (PN + NP). Destas junções resultam três zonas de condução, as quais foram dados os nomes de coletor (C), base (B) e emissor (E). A base é a região intermédia e é o principal responsável pela ativação do transistor, o coletor é a perna positiva e o emissor a perna negativa. Na imagem abaixo temos a construção dos transistores bipolar e seu respectivo símbolo.
No post anterior, vimos a construção do diodo, e como podemos observar, ele é bem semelhante ao transistor, acrescentando apenas outra camada dopada do tipo N ou P. Podemos ver também seus 3 terminais e a identificação deles no símbolo, onde a base sempre vai estar no centro, coletor acima e emissor abaixo (junto com a seta que indica o sentido da corrente).
O transistor possui três áreas de funcionamento:
Área de corte, acontece quando a corrente de base é zero ou muito próxima a zero, com isso o transistor não deixa passar corrente entre o coletor e o emissor, atuando como se fosse uma chave aberta.
Área ativa ou linear, é quando o transistor começa a funcionar como amplificador, onde o valor da corrente de base será amplificada beta vezes (β) no coletor (Ic), também chamada de ganho ou hfe. Quanto mais se aumenta a corrente de base, maior será a corrente de coletor.
Área de saturação, acontece quando o limite de condução do transistor é atingido e mesmo se a corrente de base for aumentada, não haverá aumento de corrente no coletor, pois o valor máximo de corrente que ele pode conduzir já foi atingido e o mesmo atua como se fosse uma chave fechada.
Uma outra forma de sabermos como funciona um transistor é ver sua curva característica. Na imagem abaixo temos um exemplo da uma curva de um transistor BJT:
Em muitos cálculos, é necessário saber todas as medidas presentes em um transistor, seja de tensão ou de corrente. Na imagem abaixo temos a identificação de todas as medidas possíveis:
Sendo que:
Vbe = tensão entre base e emissor, onde tipicamente este valor está entre 0,6 e 0,7V, já que entre estas duas partes se encontram uma junção do tipo PN, e esta tensão é necessária para ultrapassar a camada de depleção, conforme vimos no post anterior sobre o diodo.
Vcb = tensão entre a base e coletor.
Vce = tensão entre coletor e emissor, que é a soma de Vbe e Vbc seguindo a Lei de Kirchhoff.
Ic = corrente de coletor.
Ib = corrente de base.
Ie = corrente de emissor, que é a soma de Ib e Ic.
Utilizando o transistor como chave
O transistor pode ser utilizado como uma chave liga / desliga a partir do uso da área de corte (desliga) ou da área de saturação (liga).
Na imagem abaixo temos um exemplo de circuito, onde ao pressionar o botão B01, o transistor vai entrar na sua área de saturação e o LED deverá acender. Quando B01 não estiver pressionado, o transistor vai estar na sua área de corte e o LED deverá permanecer apagado.
O LED utilizado no circuito acima funciona com 2V e 20mA. No datasheet do transistor, a tensão de saturação entre coletor-emissor é de 0,3V e o ganho (hfe) é de no máximo 800 e de no mínimo 90. Com estes dados nós já podemos calcular todos os resistores do circuito para que ele funcione perfeitamente.
Em posse dos dados, vamos começar a calcular o valor de R2. Para isso, temos que saber a queda de tensão nos componentes do circuito. O datasheet do transistor diz que Vce(sat) é de 0,3V e sabemos que a tensão do LED é de 2V, portanto, falta saber a tensão sobre o resistor R2. Aplicando a Lei de Kirchhoff, podemos calcular da seguinte forma:
VR2 = 5V – 0,3V – 2V
VR2=2,7V
Logo, a tensão sobre R2 será de 2,7V.
Para o LED funcionar, é necessário uma corrente de 20mA. Aplicando a Lei de Ohm, podemos calcular o valor do resistor R2:
R2 = 2,7/0,020
R2 = 135 ohm
Logo, o valor de R2 é de 135 ohm. O valor comercial mais próximo é de 130 ohm. Para garantia de saturação, devemos escolher um valor de ganho 5 vezes menor que o pior caso, ou seja, o pior hfe. De acordo com o datasheet, no caso desse transistor o menor hfe é 90, então temos:
hfe= 90/5
hfe=18
Agora vamos calcular a corrente de base do transistor para fornecer os 20mA no coletor:
20mA / 18 = 1,1mA
Neste caso, a corrente de base deverá ser de 1,1mA para que o transistor fique saturado e conduza 20mA no seu coletor. Para que todo tipo de transistor funcione, é necessário uma tensão maior que 0,7V entre a base e o emissor, já que neste ponto temos um diodo simples e esta tensão é necessária para ultrapassar a camada de depleção. Como a fonte é de 5V, a queda de tensão em cima de R1 deverá ser de no mínimo 4,3V (5V – 0,7V = 4,3V).
Com isso podemos calcular o valor de R1 usando a Lei de Ohm:
R1 = V/I
R1 =4,3 / 0,0011
R1 = 3.909 ohm
Logo, podemos usar o resistor de valor comercial mais próximo, ou seja 3,9K
No próximo post, vamos usar o transistor na sua área linear, ou seja, como amplificador de corrente.
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Sou técnico em eletrônica. Atuo na indústria, em manutenção de máquinas, sou desenvolvedor de projetos e integrador de tecnologias. É a primeira vez que visito o site e fiquei muito bem impressionado com a qualidade dos conteúdos. Parabéns.
Olá Gimenes.
Agradeço pelo comentário e reconhecimento!
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Show, muito bom seu site, venho aqui para poder completar meu aprendizado, bons assuntos sobre eletrônica. Parabens pelo conteúdo.
Olá Samuel.
Agradeço pelo comentário!
Fico satisfeito em saber que as postagens estão te ajudando.
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