eletrônica geral ii
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MEC/SETEC
IFSUL – Campus Pelotas
Curso Técnico de Eletrônica
4º Semestre
Eletrônica Geral II
Luciano Braatz
Índice
1. Transistor de Junção Bipolar ..................................................................................... 3
1.1. Estrutura e Funcionamento .................................................................................... 3
1.1.1. Estrutura Interna do Transistor Bipolar ................................................................ 4
1.1.2. Procedimento para Testes de Transistores de Junção Bipolares ......................... 5
1.1.3. Funcionamento do Transistor ............................................................................... 6
1.1.4. Relações de Tensões e Correntes em Transistores .............................................. 7
1.2. Especificações do Transistor ................................................................................... 8
1.3. Encapsulamentos .................................................................................................... 9
2. Configurações .......................................................................................................... 12
2.1. Base Comum ......................................................................................................... 12
2.2. Emissor Comum .................................................................................................... 14
2.3. Coletor Comum ..................................................................................................... 13
2.4. Relação entre os ganhos de corrente das diferentes configurações .................... 16
3. Regiões de Operação ............................................................................................... 16
3.1. Operação como Chave .......................................................................................... 18
3.1.1. Relé ..................................................................................................................... 20
3.2. Operação como Amplificador ............................................................................... 24
4. Polarização do Transistor de Junção Bipolar ........................................................... 24
4.1. Polarização por Base Fixa ...................................................................................... 24
4.2. Realimentação de Corrente .................................................................................. 25
4.3. Realimentação de Tensão ..................................................................................... 26
4.4. Realimentação de Tensão e Corrente ................................................................... 27
4.5. Divisor de Tensão .................................................................................................. 28
4.6. Análise Gráfica....................................................................................................... 30
4.7. Limites de Operação ............................................................................................. 32
4.8. Procedimentos de Projeto .................................................................................... 33
5. Transistores Especiais .............................................................................................. 39
5.1. Transistor Darlington ............................................................................................ 39
5.2. Foto Transistor ...................................................................................................... 40
5.3. Optoacoplador ...................................................................................................... 42
6. Bibliografia ............................................................................................................... 45
Apêndice I – Respostas ................................................................................................... 46
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
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1. Transistor de Junção Bipolar
O transistor de junção bipolar (TJB) é um dos componentes mais importan-
tes e desafiadores do campo da eletrônica.
Criado em 1947, por pesquisadores do Bell Labs, proporcionou o desenvol-
vimento de circuitos muito menores e, portanto, a redução no tamanho dos produtos.
Antes da criação do transistor, os circuitos eram produzidos utilizando válvulas termo-
dinâmicas, que têm os inconvenientes de tamanho, consumo de energia e a necessi-
dade de aquecimento de seus filamentos para que o circuito comece a funcionar. O
transistor resolveu estes problemas, além de aumentar a velocidade de chaveamento
e a resposta em frequência dos circuitos. A minimização dos circuitos, proporcionada
pelo uso do transistor, permitiu o desenvolvimento de circuitos integrados (CIs).
O transistor de junção bipolar foi descoberto acidentalmente durante os
estudos de superfície de um diodo de ponto de contato. Embora tivesse características
semelhantes ao transistor de junção bipolar, o dispositivo original se tratava de um
transistor de ponto de contato. Devido a problemas de custo e confiabilidade, o tran-
sistor de ponto de contato foi descartado, mas reorientou as ideias de Schocley, o teo-
rista responsável pelas pesquisas em semicondutores do Bells Labs, e levou ao desen-
volvimento da teoria do transistor de junção. O nome transistor foi derivado de suas
propriedades intrínsecas (TRANsfer reSISTOR, ou “resistor de transferência”). Em julho
de 1951, a Bell anunciou a criação do transistor de junção bipolar e, em setembro do
mesmo ano, promoveu um simpósio e se dispôs a licenciar a tecnologia de ambos os
transistores a qualquer empresa que pagasse US$ 25.000,00. Este foi o início da indus-
trialização do transistor.
1.1. Estrutura e Funcionamento
Como o transistor de junção bipolar surgiu do avanço de estudos realizados
em cima de diodos, em algumas situações, os conceitos desenvolvidos para diodos
serão utilizados no estudo dos transistores. As principais similaridades entre diodos e
transistores são:
Transistores e diodos são formados por junções PN que podem ser po-
larizadas direta ou inversamente.
Quando polarizada diretamente, a junção PN apresenta baixa resistên-
cia. Nessa situação, existe fluxo de corrente em função da diminuição
da região de depleção. Tipicamente, a queda de tensão na junção PN,
para o silício, varia entre 0,6V e 0,8V.
Quando polarizada inversamente, a junção PN apresenta alta resistên-
cia, devido ao aumento da região de depleção. Assim, a corrente que
circula pela junção é extremamente baixa (corrente de fuga).
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1.1.1. Estrutura Interna do Transistor Bipolar
O transistor bipolar é montado numa estrutura de cristais semicondutores,
formado por duas camadas de cristais de mesmo tipo, intercalada por uma camada do
tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre as duas primeiras.
CB
E
NP
N
Cada camada recebe um nome, conforme seu papel no funcionamento do
transistor. Uma das extremidades recebe o nome de emissor, por injetar portadores
majoritários no dispositivo, a outra extremidade é o coletor, que coleta os portadores
majoritários do dispositivo, e a camada central, chamada base, controla a corrente que
circula entre os dois terminais. A simbologia e estrutura simplificada dos dois tipos de
transistores são:
N
P
N
E
B
C
B
C
E
Transistor NPN
P
N
P
E
B
C
B
C
E
Transistor PNP
A seta presente no símbolo do transistor identifica o terminal de emissor e
sua direção determina o tipo do transistor: no transistor NPN, a seta aponta para o
emissor, enquanto que no PNP, aponta para a base. Ou seja, a seta sempre aponta
para um cristal tipo N.
O cristal da base tem a menor espessura e menor nível de dopagem, en-
quanto que o do coletor tem uma dopagem média e apresenta o maior volume dentre
os três cristais e o do emissor tem o maior nível de dopagem. O transistor de junção
bipolar possui duas junções PN: a junção base-emissor (JBE) e a junção base-coletor
(JBC). Assim, para propósito de testes, os transistores de junção bipolares podem ser
considerados como dois diodos encapsulados em um dispositivo, conforme a figura
abaixo.
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Transistor NPN Transistor PNP
C
B
E C
B
E
1.1.2. Procedimento para Testes de Transistores de Junção Bipolares
Com um multiteste digital, na escala de diodo da função ohmímetro, o
transistor de junção bipolar deve conduzir somente em duas das seis combinações
possíveis, conforme a tabela:
Ponteira Transistor NPN Transistor PNP
Vermelha Preta JBE JBC Medição JBE JBC Medição
B C - Direta 0,7- - Reversa 1./-OL-
B E Direta - 0,7+ Reversa - 1./-OL-
C B - Reversa 1./-OL- - Direta 0,7-
E B Reversa - 1./-OL- Direta - 0,7+
C E Direta Reversa 1./-OL- Reversa Direta 1./-OL-
E C Reversa Direta 1./-OL- Direta Reversa 1./-OL-
As indicações 0,7- e 0,7+ representam valores próximos a 0,7V, sendo que
o valor medido em 0,7+ sempre será maior que o medido em 0,7-.
Portanto, ao testar um transistor de junção bipolar, sem conhecimento
prévio de seu tipo e disposição dos terminais, o terminal da base é identificado pelo
terminal que conduz para os outros dois quando em contato com uma determinada
ponteira. A cor da ponteira identifica o tipo do transistor: a ponteira vermelha na base
determina que o transistor seja NPN, enquanto que a preta identifica um transistor
PNP. Das medições realizadas, o coletor é identificado pela medição de menor valor
para a base.
Exemplo:
Ponteira Medição
A partir da tabela, percebe-se que quando a ponteira preta está no terminal 2, o transistor conduz para os dois terminais, portanto o terminal 2 é a base. Como a base está na ponteira preta, o transistor é PNP.
Verm Preta
1 2 0,635
1 3 -OL-
2 1 -OL-
2 3 -OL-
3 1 -OL-
3 2 0,639
Das leituras realizadas, o terminal 1 apresenta menor medição para a base, indicando o
terminal de coletor. Assim, o transistor testado é um transistor PNP, com disposição de termi-
nais: Coletor, Base e Emissor.
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1.1.3. Funcionamento do Transistor
O funcionamento do transistor será analisado com base na estrutura sim-
plificada do transistor NPN. A análise do transistor PNP é similar, considerando que os
só mudam os portadores majoritários de elétrons livres, no transistor NPN, para lacu-
nas móveis, no PNP. Assim, as tensões e correntes do transistor PNP são invertidas em
relação ao NPN.
As correntes de difusão nas junções do transistor produzem duas camadas
de depleção. Cada camada apresenta uma barreira de potencial com valor em torno de
0,7V, para cristais de silício, a 25°C. Devido aos diferentes níveis de dopagem de cada
cristal, as camadas de depleção têm larguras diferentes. Quanto menor a dopagem,
maior a largura da camada de depleção. Portanto, a camada é mais estreita no emis-
sor, mais larga na base e de largura intermediária no coletor.
NPN
EBC Para que o transistor funcione, deve ser polarizado corretamente. A junção
base-emissor – JBE – deve ser polarizada diretamente, enquanto que a base-coletor –
JBC – deve ser polarizada inversamente, com tensão superior à tensão aplicada na jun-
ção base-emissor.
Analisando cada junção isoladamente, a junção base-emissor polarizada di-
retamente gera um grande fluxo de portadores majoritários do emissor para a base. Já
a junção base-coletor, polarizada inversamente, tem sua zona de depleção aumentada,
impedindo a circulação de portadores majoritários, entretanto os portadores minoritá-
rios atravessam a barreira com facilidade, gerando uma corrente reversa de baixo va-
lor.
Com as duas junções polarizadas simultaneamente, foi constatado que o
fluxo de portadores majoritários (que circulavam de emissor para base), se dirige para
o coletor, quase que na totalidade, devido a dois fatores:
O campo elétrico formado pela tensão entre coletor e base, atrai os
portadores majoritários provenientes do emissor para o coletor.
Com o aumento da zona de depleção da junção base-coletor, a resis-
tência elétrica da base se eleva.
EBCNPN
EBCNPN
EBCNPN
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A corrente de base controla a tensão sobre a junção base-emissor, que al-
tera a largura da camada de depleção da junção base-coletor, controlando assim o
fluxo de portadores majoritários entre emissor e coletor. A relação entre a corrente de
coletor e de base é praticamente constante, para um transistor operando em condi-
ções normais.
1.1.4. Relações de Tensões e Correntes em Transistores
VCB
VCE
VBE
IE
IC
IB
VEB
VEC
VCE
IC
IE
IB
Pensando no transistor como um nó e utilizando a Lei das Correntes de Kir-
chhoff, tem-se:
Esta equação elementar vale tanto para transistores NPN quanto para PNP.
Em um transistor, a corrente de emissor ( ) sempre será a maior corrente, a corrente
de base ( ) sempre será menor e a corrente de coletor ( ) tem um valor intermediá-
rio, tal que .
Pela Lei das Tensões de Kirchhoff, temos as relações fundamentais das ten-
sões:
, para transistores NPN
, para transistores PNP.
Além disso, vale lembrar que:
Exemplo:
Determina os valores das tensões e correntes para os transistores abaixo:
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1.2. Especificações do Transistor
Nos catálogos dos transistores, fornecidos por fabricantes, um dos primei-
ros grupos de informações que devem ser levados em consideração são os Valores
Máximos (MAXIMUM RATINGS) do dispositivo.
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Os mais importantes a considerar são:
- Tensão máxima entre coletor e emissor, sem corrente de base;
– Tensão máxima entre coletor e base, sem corrente de emissor;
- Corrente máxima de coletor;
– Potência dissipada total máxima, determinada por .
Alguns catálogos são mais completos e provêm dados extras na forma de
tabelas e gráficos. Os gráficos são úteis para a identificação de alguma característica
que varia em função de algum parâmetro (temperatura, corrente de coletor, tensão
entre coletor e emissor, etc...).
1.3. Encapsulamentos
Os encapsulamentos mais comuns para transistores são: TO-126, TO-18,
TO-220, TO-3 e TO-92.
TO-18 TO-92 TO-126 TO-220 TO-3
O encapsulamento tem relação direta com a capacidade de dissipação de
potência do transistor.
Os transistores com encapsulamento TO-92 e TO-18 são para aplicações de
baixa potência.
Os encapsulamentos TO-126 e TO-220 são utilizados por transistores de
média potência e permitem a instalação do transistor em dissipador de calor (fixação
por parafuso pelo furo). Este furo passa por um suporte metálico que dissipa o calor
gerado nos cristais do transistor. Este suporte metálico, quando acessível externamen-
te tem ligação com o coletor do transistor.
O encapsulamento TO-3, desenvolvido para montagem direta em dissipa-
dor, apresenta somente dois terminais, pois sua carcaça metálica externa é o terminal
de coletor. Os transistores com encapsulamento TO-3 tem grande capacidade de dissi-
pação de potência.
Os encapsulamentos descritos acima são de tecnologia thru-hole (através
do furo), ou seja, os transistores são montados em furos da placa de circuito impresso
e soldados em sua outra face. A outra tecnologia, muito comum hoje em dia, é a SMD
(Surface Mounted Device, ou seja: dispositivos montados em superfície) em que o
componente é montado do mesmo lado da soldagem na placa de circuito impresso,
não havendo a necessidade de furar a placa. Os dois encapsulamentos mais comuns de
transistores SMD são o SOT-23 e WDFN-3.
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Exercícios:
1.1 – Para os TJBs abaixo, determina as tensões e para cada
transistor:
1.2 – Determina e para os circuitos abaixo:
1.3 – Para os circuitos abaixo, complete as tabelas com as informações solicitadas:
Para o circuito A:
Transistor VBE VCB VCE VB VC VE
Q1
Q2
Q3
Q4
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Para o circuito B:
Transistor VBE VCB VCE VB VC VE
Q1
Q2
Q3
Q4
1.4 – Baseado nos exercícios já realizados é possível que, em um transistor NPN, a ten-
são VC seja igual à tensão VCE ? Justifica.
1.5 – Nos circuitos do exercício 1.1, como estão polarizadas as junções JBE e JBC de
cada transistor? Considera tensões diretas abaixo de 0,4V como sendo polarização
reversa.
1.6 – Nos TJBs do exercício 1.2, como estão polarizadas as junções JBE e JBC? Conside-
ra tensões diretas abaixo de 0,4V como sendo polarização reversa.
1.7 – Qual é a relação fundamental das correntes em um transistor válida tanto para
TJBs NPN quanto para PNP?
1.8 – Qual é a relação fundamental das tensões em um transistor NPN?
1.9 – Escreve a relação fundamental das tensões em um transistor PNP.
1.10 – De acordo com a estrutura cristalina, quais são os dois tipos de TBJ?
1.11 – Desenha a estrutura e o símbolo de transistores NPN e PNP, identificando cada
uma de suas regiões.
1.12 – Como é possível a circulação de corrente entre coletor e emissor?
1.13 – Como a corrente de base controla a corrente de coletor de um transistor?
1.14 – Identifica os terminais e tipo dos transistores baseados nas medições abaixo.
Vermelha Preta Transistor 1 Transistor 2 Transistor 3 Transistor 4 Transistor 5
1 2 0,720 0,639 - - -
1 3 0,725 - - - 0,494
2 1 - - 0,423 0,693 -
2 3 - - 0,425 - 0,495
3 1 - - - 0,702 -
3 2 - 0,642 - - -
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1.15 – Identifica os encapsulamentos dos transistores na figura.
2. Configurações
Para que um transistor opere com amplificador, deveria ter 4 terminais: 2
para a entrada e 2 para a saída. Por possuir 3 terminais, um deles é comum à entrada e
à saída.
Configuração Transistor NPN Transistor PNP
Base Comum
Coletor Comum
Emissor Comum
Observa que, indiferente da configuração utilizada, a base sempre está li-
gado à entrada e o coletor à saída.
2.1. Base Comum
Nessa configuração, os terminais base e emissor são utilizados na entrada
do circuito e as saídas são os terminais de coletor e base.
O ganho de corrente em qualquer circuito é a relação entre a corrente de
saída e a corrente de entrada, para uma tensão de saída constante. Na configuração
Base Comum, o ganho de corrente em base comum, chamado (alfa) ou hFB, é dado
por:
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IE IC
RE RC
VCCVEE
VCBVEB
Base Comum NPN
IE IC
RE RC
VCCVEE
VCBVEB
Base Comum PNP
Como , o ganho é sempre inferior a 1. O valor típico para
transistores comerciais varia de 0,9 a 0,998.
Assim como o ganho de corrente, o ganho de tensão é a relação da tensão
de saída e a de entrada, para uma corrente de saída constante.
Como uma pequena variação de para causar uma grande variação de
, o ganho de tensão em base comum será muito alto.
O transistor pode ser utilizado como amplificador. Na configuração base
comum, o circuito é mostrado abaixo, juntamente com as tensões e correntes de en-
trada e saída.
vi
RE RC
VEE VCC
VEB VCB
ICIE
VEB
IE
IC
VCB
2.2. Coletor Comum
Na configuração coletor comum, a base é o terminal de entrada, o emissor
o de saída e o coletor é comum a ambos.
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IB
IE
RB
RE
VEE
VBB
VEC
VBC
Coletor Comum PNP
IB
IE
RB
RE
VEE
VBB
VEC
VBC
Coletor Comum NPN
O ganho de corrente, (gama) ou hFC, é dado por:
Como é a relação entre a maior corrente ( ) e a menor ( ), o ganho de
corrente na configuração coletor comum é o maior ganho que um transistor apresen-
ta.
O ganho de tensão é a relação da variação de em relação à de .
Como é igual à tensão de entrada menos a queda de tensão em JBE, o ganho de
tensão será sempre menor que 1. O ganho de tensão é dado por
Com a aplicação de sinal, o transistor se comporta conforme o circuito abaixo:
vi
RB RE
VBB VEE
VBC
IE
IB
VEC
VBC
IB
IC
VEC
2.3. Emissor Comum
Nesta configuração, os terminais de entrada são base e emissor e os de sa-
ída são coletor e emissor.
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IB
IC
RB
RC
VCC
VBB
VCE
VBE
Emissor Comum NPN
IB
IC
RB
RC
VCC
VBB
VCE
VBE
Emissor Comum PNP
O ganho de corrente, chamado (beta) ou hFE, é dado por:
O valor típico de se situa entre 20 e 1000. Um fator relevante na defini-
ção do é a espessura do cristal da base, tanto que os transistores de maior potência
têm um menor (20 a 100), porque nesses componentes as dimensões físicas dos
cristais são maiores. Assim, o cristal de base é mais espesso, o que aumenta a dificul-
dade dos portadores majoritários passem do emissor ao coletor.
O ganho de tensão para esta configuração também é alto, visto que uma
pequena variação em , gera uma grande variação em . O ganho é dado por:
Com a aplicação de sinal, o comportamento do transistor no circuito abaixo é:
vi
RB RE
VBB VCC
VBE
IC
IB
VCE
IB
IC
VCE
VBE
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2.4. Relação entre os ganhos de corrente das diferentes configurações
Relação entre e Relação entre e Relação entre e
3. Regiões de Operação
Na descrição de funcionamento do transistor, foi mencionado que JBE deve
ser polarizada diretamente e JBC inversamente. Isto é verdade para a operação como
amplificador. Entretanto, o transistor pode ser polarizado de outras formas que permi-
tem sua utilização em outras aplicações.
JBC Reversa Direta
A tabela ao lado mostra as combinações possíveis para a polarização das junções do tran-sistor, que geram quatro regiões de operação.
JBE
Direta Ativo Saturação
Reversa Corte Ativo Reverso
Região Ativa
A região ativa é caracterizada pela polarização direta de JBE e reversa de
JBC.
Transistor NPN
Transistor PNP
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Quando o transistor está na região ativa, a relação entre a corrente de co-
letor e a de base (ganho de corrente ) é praticamente linear e constante. A principal
aplicação do transistor na região ativa é como amplificador de pequenos sinais.
Região de Saturação
Para que o transistor opere na região de saturação, as duas junções devem
estar polarizadas diretamente.
Transistor NPN
Transistor PNP
Na região de saturação, o ganho de corrente não é mais linear. Isto ocor-
re porque a malha de saída não é capaz de suportar a corrente de coletor que o tran-
sistor é capaz de fornecer. Assim o ganho de corrente é reduzido pelo fator de satura-
ção ( ), dado por
Quando em saturação, as tensões e correntes no transistor costumam ser
acompanhadas pelo sufixo “sat”: . Em saturação, o tran-
sistor obedece às seguintes equações:
O transistor na região de saturação é utilizado como chave controlada ele-
tricamente, operando como chave fechada.
Região de Corte
A região de corte se caracteriza pela polarização reversa das duas junções,
ou seja, para transistores NPN, e , e para transistores PNP,
e ou e .
Como as junções estão polarizadas inversamente, o fluxo de corrente nas
junções é extremamente baixo (correntes de fuga). Idealmente, a corrente entre cole-
tor e emissor deveria ser nula.
A região de corte é utilizada para que o transistor funcione como chave a-
berta, complementando a região de saturação, para que o transistor opere como cha-
ve.
Exercícios:
3.1 – Determina a região de operação dos transistores do exercício 1.1.
3.2 – Determina a região de operação dos transistores dos circuitos do exercício 1.3.
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3.3 – O que é ?
3.4 – Como um transistor deve ser polarizado, para operar na região ativa?
3.5 – O que significa dizer que um transistor está operando na região de corte? Como
as junções devem estar polarizadas para que isso ocorra?
3.6 – Como se sabe que um transistor está operando na região de saturação? Em que
situação é desejável ter um transistor operando nessa região?
3.7 – Calcula Ib, Ic e Vc dos circuitos abaixo, para VBE=0,65V, e determina a região em
que o transistor está operando.
b=150
Rb470kW
Rc2,7kW
16V
Vc
(a)
b=150
Rb180kW
Rc2,4kW
12V
Vc
(b)
b=100
Rb510kW
R13,3kW
12V
(c)
3.8 – Dados , calcula o valor de VBB para:
a)
b)
c)
d) O transistor esteja em saturação ( ).
3.1. Operação como Chave
O transistor pode ser utilizado como uma chave de estado sólido, contro-
lando a circulação ou não de corrente em um dispositivo. Para isso, o transistor opera
na região de corte, quando atua como chave aberta, e na região de saturação, atuando
como chave fechada.
IB(sat)
IC(sat)
RB
RC
VCC VCC
VCE(sat)
RC
VCC
IC(sat)
IB=0A
IC=0A
RB
RC
VCC
VCC
RC
VCC
IC=0A
Chave Fechada Chave Aberta
Rc200kW
R11kW
12V
Vc
Vbb
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O transistor como chave é utilizada com frequência como driver de corren-
te, permitindo que circuitos digitais, que têm capacidade de corrente reduzida, acio-
nem cargas que exijam correntes maiores, por exemplo: LEDs, lâmpadas, relés, buz-
zers, etc...
Ao projetar um circuito que utiliza um transistor como chave digital, o ga-
nho de corrente deve ser dimensionado como 10% do ganho mínimo do transistor, ou
seja, . Caso não se tenha esta informação, a prática comum é considerar
. Esta condição é conhecida como saturação forte e é necessária para garantir
que o transistor se mantenha sempre em saturação, indiferente de eventuais variações
no ganho do transistor, devido a temperatura, desgaste, etc...
Exemplo:
Um circuito digital TTL deve acionar um LED, alimentado por 5V, quando
sua saída está em nível alto. Dados:
(tensão mínima em nível alto)
(corrente máxima em nível alto)
(tensão máxima em nível baixo)
(queda de tensão sobre o LED)
(corrente de polarização do LED)
(tensão entre coletor emissor com transistor saturado)
(tensão mínima necessária na JBE para operação do transistor)
(ganho mínimo do transistor)
Projeto do Resistor de Coletor:
Segundo a malha de saída
Para garantir a saturação, o fator de saturação é 10%, considerando o ga-
nho mínimo do transistor:
Portanto a corrente de base é data por
ATENÇÃO: Neste caso, a corrente de base é menor que a corrente máxima
disponível pelo circuito digital. Pode haver casos em que esta corrente seja maior, nes-
IB(sat)
IC(sat)
RB
RC
Vin
VCC
VCE(sat)
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Luciano Braatz 20
sa situação, outro transistor com maior ganho deve ser utilizado ou devem ser utiliza-
dos mais de um transistor.
Projeto do Resistor de Base:
Em alguns casos, a carga a ser acionada pelo transistor requer um nível de
corrente muito elevado, que pode exigir correntes de base que o circuito da base não
pode fornecer. Uma alternativa é a utilização de um relé.
3.1.1. Relé
O relé é um interruptor eletromecânico que permite ligar ou desligar dis-
positivos, em corrente contínua ou alternada, sendo acionado eletricamente. A fonte
de alimentação do circuito de acionamento pode ser isolada
eletricamente da alimentação da carga acionada pelo elétri-
co.
As partes que compõe um relé eletromecânico
são:
Bobina: Constituído por fio de cobre em torno de um
núcleo de ferro maciço que fornece um caminho de
baixa relutância para o fluxo magnético. A bobina se
comporta como um eletroímã.
Armadura fixa: Suporte mecânico para a bobina. Em
relés de um pólo, substitui o contato móvel.
Armadura móvel: Parte metálica que é atraída pela
bobina, comutando os contatos.
Conjunto de contatos: Se dividem em 3 tipos:
C – Comum: Contato fixado na armadura móvel.
NA – Normalmente Aberto: Com o relé em repouso este contato fica aber-
to.
NF – Normalmente Fechado: Com o relé em repouso, este contato fecha o
circuito com o contato comum.
Mola de Rearme: A mola afasta a armadura móvel da bobina, quando desenergi-
zada.
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Terminais: Fazem a interface externa com o circuito elétrico da carga e de co-
mando, podem ser tipo Faston (como o da figura), para conexão em Bases ou em
placas de circuito impresso.
Quando a bobina do relé é energizada, um campo magnético se forma,
transformando seu núcleo em um ímã, que atrai a armadura móvel. Assim os circuitos
externos ligados aos contatos NA são fechados através dos contatos C, enquanto que
os circuitos dos contatos NF são abertos.
No momento da aplicação ou retirada da corrente na bobina do relé, uma
tensão contra eletromotriz é gerada. Essa tensão pode danificar o transistor, portanto
um diodo polarizado inversamente deve ser conectado em paralelo com a bobina do
relé (diodo flywheel) para dissipar essa energia, protegendo o transistor.
3.1.1.1. Simbologias:
C
NANF
C C
NF NA
Bobinas Contatos
O relé mais simples contém somente um par de contatos (C e NA ou C e
NF), mas podem chegar a vários conjuntos de contatos comutadores (C, NA e NF). Em
diagramas esquemáticos, os contatos não ficam necessariamente próximos às respec-
tivas bobinas. Basta que a referência da bobina e contatos sejam a mesma ou que exis-
ta uma linha tracejada entre a bobina e os contatos.
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 22
CHRede
3.1.1.2. Especificações
As informações mais relevantes para a escolha de um relé são: tensão, re-
sistência e corrente na bobina e tensão e corrente máximas nos contatos. Abaixo são
listadas todas as especificações do relé A10-C10X.
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 23
Exercícios:
Calcula o que se pede para cada circuito e verifica em qual região o transis-
tor está operando.
3.9 – Dado e , determina e
3.10 – Determina , para
.
3.11 – Determina , dado .
3.12 – Se , calcula .
3.13 – Determina , onde a resistên-
cia do relé é de 400W e o transistor tem e
3.14 – Calcula , onde:
Relé: 12V e 300W, LEDs: 1,8V e 18mA cada. transistor Ts1: e tran-sisistor Ts2:
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Luciano Braatz 24
3.2. Operação como Amplificador
Para que o transistor funcione como amplificador, deve estar operando na
região ativa.
Embora seja suficiente que JBE esteja polarizada diretamente e que a ten-
são entre coletor e emissor seja maior que 0,2V, o ponto de operação do transistor
deve estar longe desses limites para que o transistor deve ser polarizado corretamen-
te.
4. Polarização do Transistor de Junção Bipolar
Seja qual for a região de operação do transistor, um ponto de operação de-
ve ser definido e o transistor deve ser polarizado, através da fonte de alimentação e
resistores dimensionados de forma a garantir que o transistor opere no ponto pré-
especificado (ponto quiescente, ou ponto Q). Os parâmetros de polarização do transis-
tor no ponto quiescente frequentemente são acompanhados do sufixo Q: , , ,
e .
Quando o transistor está operando como amplificador, o ponto de opera-
ção deve ser definido dentro da região ativa, mesmo com a aplicação do sinal a ampli-
ficar, que desloca o ponto de operação, para evitar distorções do sinal de saída.
A polarização do transistor tem um papel importante em garantir que e-
ventuais variações em parâmetros do transistor, mais especificamente o ganho b, não
alterem significativamente seu ponto de operação.
Cada transistor tem um valor de b específico, característico de sua fabrica-
ção, portanto na necessidade de substituição de um transistor, a mudança no ganho
pode afetar o ponto de operação, a menos que o circuito de polarização compense de
alguma forma essa variação de parâmetro.
Os circuitos de polarização mais comuns são:
4.1. Polarização por Base Fixa
O circuito mais simples, chamado de base fixa, é mostrado na figura.
RC
+VCC
IC
VCE
VBE
RB
IB
Corrente de Entrada ( )
Tensão de Saída ( )
O parâmetro b não está explícito em nenhuma das equações acima, entre-
tanto, se considerarmos sua definição: , a equação da malha de saída se torna
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Luciano Braatz 25
Como não depende de , mas depende, eventuais variações em
influenciam diretamente a saída, não alterando a entrada.
Exercício:
Dado o circuito abaixo, verifica as alterações em devido às variações de
, com .
RC
2,5kW
+10V
RB
235kW
20 39,79A 795,7A 8,01V
40 39,79A 1,59mA 6,02V
50 39,79A 1,99mA 5,02V
75 39,79A 2,98mA 2,54V
100 39,79A 3,98mA 0,05V
4.2. Realimentação de Corrente
O circuito de realimentação de corrente, também chamada de polarização
estável de emissor, é baseado na polarização de base fixa, com a adição de um resistor
de emissor.
RC
+VCC
IC
VCE
VBE
RB
IB
RE
IE
Corrente de Entrada( )
Tensão de Saída ( )
Nesta polarização, tanto a malha de entrada quanto a de saída dependem
do parâmetro b, onde a corrente de base é inversamente proporcional ao ganho. As-
sim, diminui com o aumento de b, que diminui a influência de b sobre .
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 26
Exercício:
Dado o circuito abaixo, verifica as alterações em devido às variações de
, com .
RC
1kW
+10V
RB
235kW
RE
1,5kW
20 35,27A 705,4A 8,18V
40 31,70A 1,27mA 6,78V
50 30,18A 1,51mA 6,18V
75 26,93A 2,02mA 4,91V
100 24,32A 2,43mA 3,88V
4.3. Realimentação de Tensão
O circuito da figura abaixo é o circuito de polarização por realimentação de
tensão. Também é baseado na polarização por base fixa, mas o resistor de base é co-
nectado ao coletor do transistor, em vez da fonte de alimentação.
Corrente de Entrada( )
Tensão de Saída (
A tensão de saída pode ser analisada de duas
formas, pela malha de saída e através da relação fun-
damental das tensões do transistor.
Nesta polarização, a compensação ocorre através da realimentação da ten-
são de saída, pois o aumento da corrente de base eleva as correntes de coletor e emis-
sor, que reduz a tensão de saída, reduzindo a tensão sobre o resistor de base e a cor-
rente de base.
Exercício:
RC
+VCC
IC
VCE
VBE
RB
IB
IE
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 27
Dado o circuito abaixo, verifica as alterações em devido às variações de
, com .
RC
2,5kW
+10V
RB
180kW
20 40,43A 808,6A 7,98V
40 33,27A 1,33mA 6,67V
50 30,57A 1,53mA 6,18V
75 25,41A 1,91mA 5,24V
100 21,73A 2,17mA 4,57V
4.4. Realimentação de Tensão e Corrente
Esta polarização é uma mescla das duas anteriores, on-
de o resistor de emissor faz a compensação da corrente e a tomada
da tensão para a base no coletor, a de tensão.
Corrente de Entrada( )
Tensão de Saída (
A tensão de saída pode ser analisada de duas formas, pela malha de saída e
através da relação fundamental das tensões do transistor.
Exercício:
Dado o circuito abaixo, verifica as alterações em devido às variações de
, com .
RC
1,5kW
+10V
RB
180kW
RE
1kW
20 40,43A 808,6A 7,88V
40 33,27A 1,33mA 6,59V
50 30,57A 1,53mA 6,10V
75 25,41A 1,91mA 5,17V
100 21,73A 2,17mA 4,51V
RC
+VCC
IC
VCE
VBE
RB
IB
RE
IE
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 28
4.5. Divisor de Tensão
O circuito da malha de entrada dessa polarização pode ser substituído pelo
seu equivalente Thèvenin.
Corrente de Entrada ( )
Tensão de Saída ( )
A equação mostra que a corrente de base depende de . Assim quanto
maior , maior a parcela e menor , portanto ocorre uma compensação
que evita que aumente com o aumento de .
Exercício:
Dado o circuito abaixo, verifica as alterações em devido às variações de
, com .
RC
1kW
+10V
R1
10kW
RE
1kW
R2
4,7kW
20 101,14A 2,02mA 5,85V
40 55,37A 2,21mA 5,51V
50 45,16A 2,26mA 5,44V
75 30,90A 2,32mA 5,33V
100 23,49A 2,39mA 5,28V
Comparação de VCE para variação de b entre as polarizações
Polarização Base Fixa 8,01V 6,02V 5,02V 2,54V 0,05V Realimentação de Corrente 8,18V 6,78V 6,18V 4,91V 3,88V Realimentação de Tensão 7,98V 6,67V 6,18V 5,24V 4,57V Realimentação de Tensão e Corrente 7,88V 6,59V 6,10V 5,17V 4,51V Divisor de Tensão 5,85V 5,51V 5,44V 5,33V 5,28V
VBE
RE
IE
RTH
VTH
IBRC
+VCC
IC
VCE
VBE
R1
IB
RE
IE
R2
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 29
Exercícios:
Quando não informado, considera ou .
4.1 – Determina
4.2 – Determina
4.3 – Determina
4.4 – Calcula
4.5 – Determina
4.6 – Determina
4.7 – Calcula .
4.8 – Calcula
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 30
4.9 – Determina a faixa de valores de , considerando os extremos do potenciômetro
de 1MW.
4.10 – Calcula
4.11 – Determina
4.12 – Calcula
4.6. Análise Gráfica
No projeto de um amplificador, a análise gráfica é uma ferramenta que po-
de auxiliar na escolha da melhor corrente de base e/ou coletor para polarizar o transis-
tor, além de facilitar o entendimento do transistor como amplificador. 100
80
60
40
20
00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
IB=50A
IB=100A
IB=150A
IB=200A
IB=250A
IB=300A
IB=350A
IB=400A
VCE - Tensão entre Coletor e Emissor (V)
A
B
Q
Curvas Características em Emissor Comum
Ponto A: Corte
RC
RE
VCE=VCC
VCC
IC=0A
Ponto B: Saturação
RC
RE
VCC
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 31
Um dos objetivos da análise gráfica é determinar a localização do ponto
quiescente, onde o transistor conseguirá apresentar uma excursão adequada para o
sinal a ser amplificado, em ambos os semiciclos. Para isso, uma reta deve ser sobrepos-
ta às curvas características do transistor. São necessários, pelo menos, dois pontos
para traçar esta reta.
Normalmente, o ponto Q deve ser posicionado na metade de , confor-
me a figura. O ponto Q define a tensão e as correntes e da polarização do
circuito.
A projeção do sinal de entrada rebatido para a saída é mostrado na figura
abaixo. Esta é uma forma de visualizar graficamente o conceito de amplificação reali-
zada pelo transistor.
A
B
QIBQ
Corrente
do Sinal
de Entrada
Tensão de Saída
Corrente
de Saída
A figura abaixo mostra a influência da escolha da corrente de base em um
determinado circuito.
A
B
Q2
IBQ2
Q1
IBQ1
Q3
IBQ3
Dos pontos de operação, o mais apro-
priado seria Q2, por estar próximo ao centro da reta e a distância entre as duas curvas de corrente de base acima e abaixo do ponto de operação são praticamente iguais.
O ponto Q1 está muito próximo ao ponto de corte, enquanto Q3, ao de satura-ção. Nos dois casos, existe uma assimetria entre as distâncias das curvas de corrente de base e as mais próximas acima e abaixo.
A escolha de e também influencia na qualidade do ponto Q, para
uma mesma corrente de base.
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 32
VCC
VCC
(RC+RE)1
Q1
VCC
(RC+RE)3
VCC
(RC+RE)2
Q2Q3 IBQ
IBQ+IB
IBQ-IB
Devido a não linearidade das curvas de corrente de base, ao comparar a distância de a e de a se
percebe que o ponto é mais linear. O ponto ficou em um ponto tão próximo a saturação que faria com que o pico do semi-ciclo positivo ( ) desloca o ponto de
operação 2,5 vezes menos que o pico do semiciclo negativo ( ).
Os gráficos acima consideram um circuito com transistor NPN emissor co-
mum polarizado por divisor de tensão. As outras configurações e polarizações têm
funcionamento semelhante. Para o transistor PNP, a tensão utilizada no eixo das orde-
nadas é em vez de e a corrente é considerada positiva saindo do transistor,
enquanto que era positiva entrando no transistor NPN.
Nos casos da polarização por base fixa ou por realimentação de tensão,
onde não existe resistor de emissor, a equação do ponto de saturação é um caso espe-
cial da equação do ponto B, onde :
Para as configurações, o que muda são os parâmetros utilizados, mas o
formato do gráfico é semelhante:
Configuração Corrente de Entrada Corrente de Saída Tensão de Saída
Emissor Comum Coletor Comum Base Comum
4.7. Limites de Operação
Os valores máximos suportados
pelo transistor devem ser levados em consi-
deração na escolha de um transistor e na
escolha da localização do ponto Q, através da
análise gráfica de um circuito. Além disso, as
regiões onde e são,
respectivamente, as regiões de corte e satu-
ração. Para garantir o funcionamento na re-
gião linear, o transistor não pode operar nes-
sas regiões.
IC
VCEVCEo
ICmax
IB=0A
VCE(sat)
PD
Corte
Ativa
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 33
A curva de dissipação de potência (área em verde) é determinada através
do cálculo da corrente no transistor, para alguns valores de através da expressão
Exemplo:
O transistor BC546 apresenta , e
IC
VCE5 10 15 20 25 30 4035 45 50 55 60 65
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 62,50
20 31,25
30 20,83
40 15,13
50 12,50
60 10,42
65 9,61
4.8. Procedimentos de Projeto
O projeto de circuitos de polarização com transistores consiste em dimen-
sionar os valores dos resistores a partir de parâmetros conhecidos, como tensões e
correntes desejadas e o do transistor. Entretanto, o projeto pode iniciar a partir de
informações mais especificas, como potência máxima a dissipar no transistor ou ganho
de tensão mínimo. Nesse caso, deve ser escolhido um transistor com capacidade de
dissipação da potência especificada e escolher o ponto de operação em que o produto
de e não ultrapasse essa potência. Podem ser utilizadas as técnicas de análise
gráfica e limites de operação para auxiliar na determinação do ponto de operação.
Para atingir determinado ganho de tensão, a tensão de alimentação deve ser dimensi-
onada levando em consideração que o ganho de tensão máximo em um circuito está
limitado a 20 vezes o valor da tensão de alimentação ( ).
Existem alguns fatores que estão fora do controle do projetista, como a a-
proximação dos valores dos componentes aos valores comerciais, a variabilidade dos
valores em função das tolerâncias (1%, 2%, 5%, 10%, etc..) e as condições ambientais.
Assim, muitas vezes, os valores pré-definidos de tensão e correntes podem se diferen-
ciar do previamente estipulado.
Existem algumas considerações que podem ser adotados nos cálculos da
polarização que amenizam os fatores citados acima:
1) Adotar uma tensão de aproximada da metade da tensão de alimen-
tação.
2) Definir a tensão de emissor entre 20% e 30% da tensão de alimentação.
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 34
3) Assumir que , na polarização por divisor de tensão.
Exemplos
Projeta um circuito amplificador por divisor de tensão com ganho de ten-
são mínimo de 200, com corrente de coletor de 40mA, utilizando um transistor BC546
(considerando e ).
A partir das informações, o primeiro procedimento deve ser a definição
da tensão de alimentação do circuito, baseado no ganho de tensão:
Portanto, a tensão de alimentação mínima é de . É recomendado uti-
lizar uma tensão maior que a calculada, pois esta tensão possibilita um ganho má-
ximo de 200. Então, foi utilizada uma tensão de alimentação de , por garantia.
Para determinar os valores de e , se utiliza a apro-
ximação , já que é muito maior que .
Dentre as combinações dos valores comerciais, a mais adequada é:
Agora, considerando a corrente de base:
Assim as tensões de emissor e coletor ficam:
RC
RE
VCC
IC
IE
VCE
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 35
A tensão entre coletor e emissor fica:
Considerando as correntes que passam pelos resistores do divisor de
tensão e a corrente de base, temos:
A equação tem 2 variáveis, então se atribui um dos
valores e se calcula o outro. Neste caso, foi atribuído
.
Os valores comerciais mais próximo são 6,8kW e 8,2kW. O valor escolhi-
do foi de 6,8kW.
É prática comum, fazer a análise do circuito
completo, para verificar as diferenças dos valores pré-
determinados.
R1
R2
VCC
IR1
IR2
IB
VB
RC
82W
RE
68W
12V
IC
IE
VCE
R1
6,8kW
R2
3,3kW
12V
IR1
IR2
IB
VB
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 36
Os valores calculados do circuito projetado são levemente diferentes
dos valores pré-determinados, devido ao valor de R1 não ser exatamente igual ao
calculado. Como a diferença de valores é pequena, o projeto pode ser considerado
concluído. Se fosse grande, seria necessário atribuir outro valor para R2 ou R1 e
recalcular o circuito até chegar a diferenças aceitáveis.
Utilizando a análise gráfica, projeta um circuito polarizado por realimenta-
ção de tensão, com , e .
Conforme solicitado no enuncia-
do, as curvas características do transis-
tor devem ser utilizadas para determi-
nar o ponto de operação do circuito. O
enunciado também fornece alimenta-
ção e corrente de base.
Assim o ponto A – ponto de corte
– é a tensão de alimentação ( e
).
O ponto B – ponto de operação –
deve estar sobre a curva e,
conforme a consideração 1, deve ter
um de metade de :
100
80
60
40
20
00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
IB=50A
IB=100A
IB=150A
IB=200A
IB=250A
IB=300A
IB=350A
IB=400A
VCE - Tensão entre Coletor e Emissor (V)
B
A
C
9
26,2
52,97
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 37
A corrente no ponto B é determinada graficamente: .
O ponto C – ponto de saturação – é necessário, para auxiliar no cálculo
do resistor de coletor, visto que a polarização por realimentação de tensão não
utiliza resistor de emissor. Este ponto é determinado graficamente, através da pro-
jeção da reta que passa pelos pontos A e B até o eixo da corrente de coletor. A cor-
rente de saturação é determinada graficamente: .
A corrente no ponto C é dada, genericamente, por
Neste caso, , e a corrente é , então
O valor comercial mais próximo para é .
Através da malha de entrada, pode ser determinado:
O valor comercial mais próximo para é .
Verificando a polarização:
O valor de não foi informado, mas pode ser deduzi-
do:
RC
18V
IC
IE
VCE
RB
IB
RC
330W
18V
RB
86kW
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 38
As tensões e correntes calculadas na análise são bem próximas dos va-
lores esperados pelo projeto, então o projeto do circuito está concluído.
Exercícios
Para os exercícios abaixo, considera as seguintes curvas características,
quando necessário:
Transistor BC548 Transistor BC369
100
80
60
40
20
00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
IB=50A
IB=100A
IB=150A
IB=200A
IB=250A
IB=300A
IB=350A
IB=400A
VCE - Tensão entre Coletor e Emissor (V)
22 24 26 28 30
IC(mA)
1000
800
600
200
400
0VCE(V)0 2016 1814121082 4 6
Ib=4,0mA
Ib=3,6mA
Ib=3,2mA
Ib=2,8mA
Ib=2,4mA
Ib=2,0mA
Ib=1,6mA
Ib=1,2mA
Ib=0,8mA
Ib=0,4mA
4.13 – Projeta um circuito amplificador polarizado por realimentação de corrente
com ganho de tensão mínimo de 750, onde o transistor tem as seguintes
características: , ,
, e
.
4.14 – Projeta um amplificador polarizado por divisor de tensão, utilizando o
transistor BC369, com ganho mínimo de tensão de 125.
4.15 – Projeta um amplificador polarizado por realimentação de tensão e corren-
te, alimentado por , onde o transistor apresenta e
, com corrente de coletor de .
4.16 – Analisa o circuito ao lado e determina se a utilização do
transistor BC548 é adequada à aplicação. Caso contrário,
reprojeta o circuito para que se adeque ao transistor.
4.17 – A troca do transistor no circuito anterior pelo BC369 é
adequada, em relação aos limites de operação? Qual o
novo ponto de operação?
RC
300W
30V
RB
150kW
30V
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 39
5. Transistores Especiais
5.1. Transistor Darlington
O transistor Darlington é uma combinação de dois transistores de junção
bipolares operando como um transistor com um “superbeta”. A característica principal
do transistor Darlington é que a composição do transistor atua como uma unidade
única, com um ganho de corrente que é o produto dos ganhos dos transistores indivi-
duais. Esse transistor é disponível comercialmente, mas pode ser montado com tran-
sistores discretos.
Simbologia:
Sendo e os ganhos dos transistores que compõem o Darlington, o
ganho de corrente total é
Se os dois transistores são iguais, com ganho , o ganho total é
Exemplo:
Qual o ganho de corrente fornecido por dois transistores ligados em Dar-
lington, um com ganho de corrente de 300 e outro de 180?
Esse tipo de transistor, costuma ser usado em aplicações de alta potência e
apresenta valores típicos diferentes do transistor bipolar comum. Por exemplo, o tran-
sistor TIP132, apresenta ganho da ordem de 500 para correntes de 1A e entre 1000 e
15000 , para correntes de até 4A. A tensão entre base e emissor é em torno de 2,5V e
a tensão entre coletor e emissor em saturação é de até 4V.
O transistor Darlington costuma ter duas utilidades principais:
Acionamento de cargas de alta potência (chave)
Neste circuito, o projeto é feito exatamente como no transistor como cha-
ve estudado anteriormente, só os parâmetros , e que mudam de um
circuito para outro:
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 40
RB
Carga
Vcc
Vin
Amplificador de corrente na saída de amplificadores transistorizados:
Este circuito utiliza o circuito na configuração coletor co-
mum. Devido a grande diferença entre a corrente de coletor e a de ba-
se, a aproximação é feita. Assim a corrente de base do circuito é
determinada por:
Exemplo: Determina as tensões e correntes de polarização do circuito abai-
xo:
5.2. Foto Transistor
O foto transistor tem a estrutura cristalina idêntica ao do transistor de jun-
ção bipolar, diferindo no encapsulamento, que permite a incidência de luz sobre a jun-
ção base-coletor. A energia proveniente da luz libera portadores minoritários em JBC,
fazendo com que circule corrente entre coletor e emissor.
Dentre as aplicações do foto transistor, se destacam: leitores de cartões
perfurados, circuitos lógicos em computadores, controle de iluminação (em estradas),
indicação de nível, relés, sistemas de contagem, etc...
O símbolo do foto transistor, mostrado abaixo, é semelhante
ao transistor, exceto pelas setas apontando para a junção base-coletor,
que identifica a incidência de luz.
A figura abaixo representa a característica de saída de um fototransistor
comercial em função da densidade de fluxo luminoso irradiado H.
RB
RE
Vcc
b=8000VBE=1,6V
RB
3,3MW
RE
390W
18V
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 41
Os foto transistores são apresentados tipicamente com encapsulamento
semelhante aos dos LEDS, quando somente os terminais coletor e emissor estão dis-
poníveis.
Existem versões com 3 terminais (base, coletor e emissor), onde é possível
conectar um resistor em paralelo com a junção base-emissor, que controla a sensibili-
dade do foto transistor. Quanto menor o valor do resistor, maior o fluxo luminoso de-
ve ser aplicado para que o foto transistor emita determinada corrente.
Os circuitos abaixo são exemplos de aplicações de foto transistores. No cir-
cuito da esquerda, a incidência de luz faz com que o foto transistor conduza, fazendo
com que a tensão vo baixe, enquanto que a ausência de luz faz o transistor entrar em
corte, fazendo com que vo fique igual a Vcc. No circuito do meio, a incidência de luz faz
com que a tensão vo suba, enquanto que sua ausência faz com que vo fique igual ao
potencial de terra. O circuito da direita tem funciona igual ao do circuito da direita. A
diferença está na presença de RBE conectado na base, alterando a sensibilidade do foto
transistor à luz.
Curso de Eletrônica Eletrônica Geral II
Luciano Braatz 42
Vcc
Rc
Vcc
Rc
Vcc
Rc
RBE
vo
vo
vo
Os circuitos acima são usados frequentemente como sensores para circui-
tos digitais, portanto operam como chave, nas regiões de saturação ou corte, indican-
do a presença ou ausência de luz, respectivamente. Entretanto, o foto transistor fun-
ciona também como medidor de intensidade luminosa, em determinadas faixas de
intensidade, já que a corrente de coletor é função do fluxo luminoso incidente. Nesse
caso, o transistor opera na região ativa.
O que diferencia a região de operação do foto transistor para determinado
nível de fluxo luminoso é a escolha de RC.
região de saturação
região ativa
Exemplo: O foto transistor da curva característica mostrada anteriormente
é alimentado por 5V e é submetido a um fluxo luminoso de 3mW/cm2, qual o valor de
RC adequado para que o transistor sature com esse fluxo.
Baseado nas curvas, a corrente de coletor para tal fluxo é de 3mA, portanto
para o foto transistor saturar
5.3. Optoacoplador
O optoacoplador é um dispositivo que une, em um mesmo encapsulamen-
to, um LED infravermelho e um fotodetector, que pode ser um diodo, transistor, tran-
sistor Darlington, entre outros dispositivos semicondutores.
O encapsulamento típico é o de um circuito integrado, com vista em corte
conforme a figura abaixo. Os terminais do LED infravermelho ficam próximos à superfí-
cie superior do encapsulamento epóxi, enquanto que os do foto sensor ficam próximos
à superfície inferior. Entre os dois cristais semicondutores, existe um material isolante,
que permite a passagem de luz, como ar, plástico transparente ou vidro. Dessa forma o
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optoacoplador permite a transmissão de
uma informação de um circuito a outro sem
que haja contato elétrico entre eles, como
um transformador, mas com a vantagem de
transmitir sinais contínuos.
As conexões internas e encapsu-
lamento disponíveis para a família TIL11x é
mostrada abaixo.
Este optoacoplador apresenta as seguintes características, em modo de
operação normal:
Emissor (LED Infravermelho) Receptor (Foto Darlington)
VLED 1,2V VCE Max 60V
ILED 10mA IC Max 50mA
Tempo de subida: 50s, Tempo de descida: 100s
O tempo de subida e descida depende do fotodetector, sendo que o foto-
diodo tem resposta mais rápida, mas permite passagem de pequena corrente, o foto-
transistor tem tempo de resposta intermediário e corrente média e o foto Darlington
apresenta alta corrente de saída, mas com resposta mais lenta.
Os optoacopladores são utilizados para transmissão de informações digitais
entre duas partes de um circuito que não devem ter contato elétrico entre si. A isola-
ção entre a entrada e a saída de um optoacoplador varia de 1kV a 10kV. Exemplo de
aplicações de optoacopladores são: sensor de cruzamento por zero da rede elétrica,
sensor e atuador de placas de centrais PABX que fazem a interface com linhas telefôni-
cas, transmissão da leitura do nível de tensão de saída de uma fonte chaveada para o
circuito de controle no lado de alta tensão de fontes chaveadas.
Isolante (Ar, Plástico, Vidro)
LED Infravermelho
Fotodetector
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Exercícios
5.1 O que é um transistor Darlington? Quais suas as principais aplicações?
5.2 Qual o ganho de um conjunto Darlington se os ganhos dos transistores são
500 e 350?
5.3 O circuito ao lado utiliza um transistor Darlington co-
mo chave. Dados
, e , qual o valor
de ?
5.4 Qual o ganho mínimo necessário para que o transistor
da figura ao lado esteja saturado se ,
, e
? Qual a potência dissipada pelo transistor em saturação?
5.5 Como a corrente circula entre coletor e emissor de um foto transistor com
2 terminais? Como ela é controlada?
5.6 Qual a função do terminal de base em um foto transistor?
Usa as curvas acima para os exercícios 5.7 e 5.8.
5.7 Projeta um circuito, alimentado por 5V, que gere uma tensão de 2,5V para
um fluxo luminoso de 4mW/cm2 e que a tensão cresça com o aumento do
RB
RL
VCC
Vin
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fluxo. Determina a tensão para cada um dos fluxos luminosos presentes no
gráfico. O foto transistor satura para algum dos fluxos, se VCE(sat)=0,3V?
Quais?
5.8 Qual o valor do resistor que faz com que um foto transistor sature com um
fluxo de 3mW/cm2, se alimentado por 12V?
5.9 O optoacoplador do circuito abaixo fornece uma corrente de coletor de
7mA, para uma corrente de 16mA no LED, com tensão de 1,2V. Determina
os valores dos resistores, para que ele sature ( ) quando a
tensão de entrada for de 3V.
5.10 O circuito abaixo é um detector de passagem da tensão por zero. O circuito
composto B1, RZ e Z1, acondiciona a tensão da rede para tensão máxima de
forma que a tensão fique na faixa de 0 a 12V. Determina RLED e RC, dados:
.
220Vac 12V/1W
RZ
3,3kW RLED
RC
5V
6. Bibliografia
BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 10
ed. Rio de Janeiro: Pearson Prentice Hall, 2004.
SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. 5 ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2007.
TOOLEY, M. Circuitos eletrônicos: Fundamentos e aplicações. 3 ed. Rio de Janei-
ro: Elsevier, 2007.
MALVINO, A. P.. Eletrônica. 1 ed. Vol. 1 São Paulo: McGraw-Hill, 1987a.
MALVINO, A. P.. Eletrônica no laboratório. 1 ed. Vol. 1 São Paulo: McGraw-Hill,
1987b.
R1
R2
5V
vo
0V/3V
1
2 4
56
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Apêndice I – Respostas
1.1.a)
1.1.b)
1.1.c)
1.1.d)
1.1.e)
1.1.f)
1.1.g)
1.1.h)
1.2.a)
1.2.b)
1.3.a)
Transistor VBE VCB VCE VB VC VE
Q1 0,7V -0,5V 0,2V 0,7V 0,2V 0,0V
Q2 0,0V 13,6V 13,6V 0,2V 13,8V 0,2V
Q3 0,2V 12,2V 12,4V 0,2V 12,4V 0,0V
Q4 0,7V -0,5V 0,2V 13,8V 13,3V 13,1V
1.3.b)
Transistor VBE VCB VCE VB VC VE
Q1 0,0V -12,6V -12,6V 14,0V 1,4V 14,0V
Q2 0,7V -0,5V 0,2V 1,4V 0,9V 0,7V
Q3 0,7V -0,5V 0,2V 0,7V 0,2V 0,0V
Q4 0,0V 13,1V 13,1V 14,0V 0,9V 0,9V
1.5)
A B C D E F G H
JBE Direta Direta Inversa Inversa Direta Direta Direta Direta
JBC Inversa Inversa Inversa Direta Direta Direta Inversa Inversa
1.6)
A B
JBE Direta Direta
JBC Inversa Inversa
1.14) Transistor 1: NPN, Base(1), Coletor(2) e Emissor(3)
Transistor 2: PNP, Base(2), Coletor(1) e Emissor(3)
Transistor 3: NPN, Base(2), Coletor(1) e Emissor(3)
Transistor 4: PNP, Base(1), Coletor(2) e Emissor(3)
Transistor 5: PNP, Base(3), Coletor(1) e Emissor(2)