Ficha prática n.º 34 práticas de eletricidade: introdução à eletrónica

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formação

ficha prĂĄtica n.Âş 34 prĂĄticas de eletricidade INTRODUĂ‡ĂƒO Ă€ ELETRĂ“NICA Manuel Teixeira e Paulo Peixoto ATEC – Academia de Formação

Os transístores de junção bipolar são um dos componentes mais importantes da eletrónica analógica.

Poderemos encontrå-los em vårias aplicaçþes como os amplificadores de sinais, amplificadores diferenciais ou drives de potência.

Nesta edição iremos analisar a constituição e as caraterísticas fundamentais dos transístores de junção bipolar.

11.2. Princípio de funcionamento Considerando a Figura 88 os eletrþes livres na região N difundem-se atravÊs da junção e recombinam-se com as lacunas da região P. O resultado destas recombinaçþes corresponde a duas barreiras de potencial, como se pode observar na Figura 88. O potencial da barreira de potencial Ê aproximadamente igual a 0,7 V a 25º C num transístor de silício (0,3 V a 25º C num transístor de germânio).

N

CAMADA DE DEPLEĂ‡ĂƒO P

11. Caraterísticas dos Transístores junção bipolar (BJT)

CAMADA DE DEPLEĂ‡ĂƒO

11.1. Constituição

N

Como vimos, um transĂ­stor possui trĂŞs regiĂľes como ilustra a Figura 87. A regiĂŁo Ă esquerda chama-se emissor, a do meio designa-se por base e a da direita diz-se coletor. O transĂ­stor ilustrado ĂŠ um dispositivo NPN, porque existe uma regiĂŁo P entre duas regiĂľes N. Recorde-se que os portadores maioritĂĄrios sĂŁo os eletrĂľes livres no material tipo N e as lacunas no material tipo P. N

P

N

EMISSOR

BASE

COLETOR

Figura 88 Camadas de depleção ou barreiras de potencial.

Passamos de seguida a polarizar o transístor. A Figura 89 ilustra um transístor polarizado. A junção BE estå polarizada diretamente e a junção BC estå polarizada inversamente.

emissor fortemente dopado exerce a seguinte função: emitir os seus eletrþes livres na base

passar eletrĂľes emitidos do emissor para o coletor.

Denomina-se coletor porque recolhe ou junta a maioria dos eletrĂľes a partir da base.

+

Figura 87 TransĂ­stor NPN.

RC

N

Os transĂ­stores tambĂŠm sĂŁo fabricados como dispositivos PNP. Um transĂ­stor PNP possui uma regiĂŁo N entre duas regiĂľes P. Como foi referido anteriormente, o emissor ĂŠ muito dopado, pelo contrĂĄrio, a base encontra-se pouco dopada. O nĂ­vel de dopagem do coletor ĂŠ intermĂŠdio, entre a forte dopagem do emissor e a fraca dopagem da

Ăľes.

O transístor exibe duas junçþes: uma entre o emissor e a base – Junção BE, e outra entre o coletor e a base – Junção BC. O transístor Ê constituído como dois díodos refletidos entre si. www.oelectricista.pt o electricista 44

+

RB P

+

UCC –

+ UBB

UCE

UBE

N

– –

–

Figura 89 Polarização do transístor.

No instante em que se aplica a polarização direta à junção BE, os eletrþes no emissor ainda não entraram na região da base. Se a ten-

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prĂĄticas de eletricidade IE = IB + I C A corrente de base ĂŠ muito pequena quando comparada com as correntes de emissor e coletor, podemos inferir: >

IB << IC

IC E

As tensĂľes, alĂŠm do sĂ­mbolo U, tĂŞm dois Ă­ndices: o primeiro ĂŠ o do terminal sobre o qual a tensĂŁo ĂŠ medida e o segundo ĂŠ o terminal de referĂŞncia. Assim teremos: \ UCE â&#x20AC;&#x201C; tensĂŁo coletor â&#x20AC;&#x201C; emissor \ UCB â&#x20AC;&#x201C; tensĂŁo coletor â&#x20AC;&#x201C; base \ UBE â&#x20AC;&#x201C; tensĂŁo base â&#x20AC;&#x201C; emissor

Figura 94 Extrato da folha de dados do transístor BC 548 (NPN) onde se realça o ! " !FE).

Podemos ainda observar a seguinte igualdade:

Teste de conhecimentos n.Âş 11

UCE = UCB + UBE As tensþes contínuas de alimentação são indicadas por repetição do índice: UBB, UCC e UEE. No transístor NPN as tensþes e as correntes arbitradas são positivas. No transístor PNP as tensþes e as correntes convencionais são contrårias às arbitradas.

UCB

IC

UCB

IB

" ; <&=

2

" ; <& =

3

" ; <& =

4

" ; &'&>1?=

5

" ; >1'?

IB UCE

UBE

IE

1

P2 Qual a polarização correta para que um transístor opere na região #$ @ G H

zona de operação.

IC

UCE UBE

P1 Sabendo que a corrente de base de um transĂ­stor bipolar de jun#$ % &'*

/1 '

! "

6 o valor de:

IE

1

IE ; " JB=

2

IE ; " JB + IB=

3

IE ; JB - IC=

4

IE ; JB/IC=

5

IE ; JB/UC.

P3 W H

1& X ' Y

a corrente do emissor Ê de 2 mA. Calcular os valores da corrente do coletor e do parâmetro _.

Figura 93 Sentidos convencionais das correntes e das tensĂľes.

11.4. Alfa ( _ ) e Beta ( ` ) O alfa - _ - representa a parte de corrente do emissor que chega ao

G ]$

^

^

H

a Corrente ContĂ­nua de emissor. Como a corrente de coletor ĂŠ quase igual Ă corrente de emissor, o valor de alfa em Corrente ContĂ­nua ĂŠ ligeiramente menor que 1. Por exemplo num transĂ­stor de baixa potĂŞncia o alfa ĂŠ tipicamente de 0,99. Num transĂ­stor de grande potĂŞncia, o valor tĂ­pico do alfa ĂŠ maior que 0,95. _=

P1 Resolução A måxima corrente direta que o semicondutor pode suportar em condiçþes de funcionamento normal Ê de 1 A (temperatura atÊ 75º C). Este valor encontra-se representado na folha de dados do componente.

IC IE

O alfa não tem unidades, uma vez que Ê dado pela divisão de duas grandezas com a mesma unidade S.I. O beta em Corrente Contínua ou tambÊm chamado de hFE (em anålise dos parâmetros h) då-nos o ganho em corrente do transístor, uma vez que uma pequena corrente de base då origem a uma corrente de coletor muito maior. O ganho de corrente constitui a principal vantagem de um transístor, tendo conduzido a inúmeros tipos de aplicaçþes. A relação da corrente de base e da corrente de coletor Ê

IC B que nos indica que a corrente de coletor ĂŠ igual Ă corrente de base multiplicada pelo ganho em corrente do transĂ­stor. Nos transĂ­stores de baixa potĂŞncia (abaixo de 1 W) o ganho em corrente ĂŠ tipicamente entre 100 e 300, podendo contudo variar para valores de 100 a 800. Os transĂ­stores de grande potĂŞncia (acima de 1 W) geralmente possuem ganhos de corrente de 20 a 100. www.oelectricista.pt o electricista 44

Solução do teste anterior (n.º 10)

P2 Resolução [ Y H

$ #$

de polarizar a junção BE diretamente, e inversamente a junção BC. Desta forma se aumentarmos a corrente que flui pela base (emissor-base) haverå um aumento na corrente que flui pelo coletor. Ou seja, podemos controlar a corrente vinda do emissor para o coletor agindo sobre a corrente da base. Como a corrente da base Ê muito pequena, basta aplicarmos uma pequena variação na corrente da base para obtermos uma grande variação na corrente do coletor.

Bibliografia do artigo Malvino (2000). Princípios de Eletrónica (Vol. 1 e 2). McGraw-Hill (Sexta edição).