Curso: Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina: Electricidade e Electrónica

Módulo 6: Semicondutores

FT1: Semicondutores- 8 páginas
– Introdução;
– Semicondutor Intrínseco e Extrínseco;
– Junção PN
. Polarizada Directamente
. Polarizada Inversamente;
– Questionário (23 questões teóricas).

Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Electricidade e Electrónica
Módulo 7 – Transístores (11º Ano)
Ficha de Trabalho Nº 2: “O Transístor Bipolar (cont.)”

TRANSÍSTORES BIPOLARES (II)

4. A Ligação em EC

Há 3 formas úteis de ligar um transístor:
. Emissor Comum (EC)
. Colector Comum (CC)
. Base Comum (BC)

A primeira é a mais utilizada. Vamos estudá-la

O nome da montagem vem do facto de a massa de cada fonte de alimentação estar ligada ao emissor, como se pode ver pela figura acima.

Funcionamento:

Na malha esquerda, chamada de malha de base, a fonte VBB polariza directamente o díodo emissor, sendo RB uma resistência limitadora de corrente. Variando o valor de VBB e/ou RB conseguimos controlar a corrente de base que, por sua vez, como veremos adiante, controla a corrente de colector. Isto é, uma pequena corrente (de base) controla uma grande corrente (de colector).
Na malha direita, ou malha de colector, a fonte VCC polariza inversamente o díodo colector através de RC. Essa polarização deve ser inversa, isto é, o colector deve ser positivo, para poder recolher a maioria dos electrões livres injectados na base pelo emissor.

Notação

Índices dobrados indicam fontes de tensão. Ex: VBB, VCC, VEE, …
Por outro lado, índices não dobrados têm o significado que podemos deduzir dos seguintes exemplos:
VCE = VC – VE
VCB = VC – VB
VBE = VB – VE

5. Curva Característica de Entrada

É um gráfico que explica o funcionamento da montagem EC, do lado da malha de entrada.
Assim, dá-nos a curva de IB em função de VBE.
Mas isso não será como um díodo?
Na realidade, como podemos ver pela figura, assim é:

Matematicamente, aplicando a lei das malhas à malha de entrada, temos:
VBB – VBE
IB = ——————-
RB

Exemplo 1.

Calcule a corrente de base na figura dada.
Qual é a tensão na resistência de base?
E a corrente de colector, se ßDC=200?
Solução:
A tensão da fonte da base, de 2 V, polariza directamente o díodo emissor através de uma resistência limitadora de corrente de 100 kohm. como o díodo emissor tem uma queda de tensão de 0,7 V, a tensão na resistência de base é:
VB = VBB – VBE = 2V – 0,7V = 1,3 V
A corrente através da resistência de base será então:
VBB – VBE 1,3V
IB = ———————— = ———- = 13 µA
RB 100kohm

Com um ganho de corrente de 200, a corrente de colector será:

IC = ßDC . IB = 200 . 13 = 2,6 mA

6. Curva Característica de Saída

Temos de fazer agora o estudo da malha de colector (direita).
Aqui a coisa é mais complicada pois a malha de saída depende da entrada. Assim, para cada polarização que fizermos na entrada, vamos ter uma curva na saída.
Normalmente, esta característica de saída que estamos a estudar, não é uma curva, mas sim uma família de curvas, cada uma respeitando a uma determinada polarização da entrada. Como não podemos representar todas as situações, naquelas que não estão representadas, teremos de fazer interpolações/aproximações.

Vejamos pois um exemplo. Suponha-se que variámos VBB para que IB desse 10µA. Então poderíamos depois ir variando VCC e ir medidndo os valores de IC e VCE correspondentes, obtendo-se a curva representada:

Quando VCE é zero, o díodo colector ainda não está polarizado inversamente, pelo que a corrente de colector é zero, como já dissémos atrás.
Quando VCE cresce, IC cresce logo rapidamente também, até 1mA, o que corresponde à situação “normal” de o díodo colector estar polarizado inversamente e recolher todos os electrões injectados pelo emissor na base.
O número de electrões livres injectados depende só da corrente de base, razão pela qual, mesmo aumentado VCE a corrente de colector se mantém.
A uma tensão elevada, no nosso caso cerca de 40V, dá-se a ruptura e o transístor deixa de trabalhar como deve, queimando-se, pelo que é de evitar.

Tensão e Potência de Colector

Define-se
VCE = VCC – IC . RC aplicando a lei das malhas
Quanto à potência do transístor ela é quase toda dissipada na malha de saída pelo que se costuma utilizar
PD = VCE . IC
como potência do emissor

Zonas de funcionamento

Como vimos no ponto anterior, o transístor pode trabalhar em três zonas:
Zona Activa – é a zona central, em que VCE pode estar entre 1 e 40V. É a zona mais importante e que representa o funcionamento normal do transístor.
Zona de Ruptura – é a zona da direita e o transístor nunca deve trabalhar nela pois corre o risco de destruição
Zona de Saturação – é a zona da esquerda em que VCE está entre zero e poucas décimas de volt. Nesta zona o díodo de colector tem uma tensão insuficiente para recolher todos os electrões livres injectados pelo emissor na base.
Zona de corte – ver à frente

Mais Curvas

Como dissemos atrás a característica de saída é normalmente representada por uma família de curvas, cada uma correspondente a uma determinada corrente de base. É o que podemos ver na figura seguinte como exemplo:

Zona de Corte – é a zona correspondente à curva inferior do gráfico anterior. Nela a corrente de base é zero, havendo apenas uma pequena corrente (inversa) de colector, da ordem dos nA.

Os transístores funcionam na zona activa se os queremos como amplificadores.
No caso de circuitos digitais funcionarão na zona de corte e saturação (0 e 1 lógicos)

Exemplos:

1. O transístor da figura seguinte tem um ßDC = 300.
Calcule IB, IC, VCE e PD.

Solução:

VBB – VBE 10 – 0,7
IB = —————– = ———— = 9,3 µA
RB 1 . 106

IC = ßDC . IB = 300 . 9,3 µA = 2,79 mA

VCE = VCC – IC . RC = 10 V – (2,79.10-3 . 2.103) = 4,42 V

PD = VCE.IC = 4,42 . 2,79.10-3 = 12,3 mW

2. A figura seguinte mostra um circuito de transístor desenhado no EWB. Calcule o ganho de corrente do 2N4424

Solução:

Primeiro calculamos a corrente de base
10 – 0,7
IB = ————– = 28,2 . 10-6 A = 28,2 µA
330.103

Depois temos de calcular IC. Como o voltímetro indica uma tensão de colector-emissor de 5,45 V, podemos tirar a tensão na resistência de colector:

V = 10 – 5,45 = 4,55 V

Como a corrente de colector é igual à que atravessa essa resistência, basta aplicar a lei de ohm:

4,55
IC = ——— = 9,68 mA
470

Finalmente calculamos o ganho de corrente:
9,68.10-3
ßDC = ————— = 343
28,2.10-6

Questões:

1. Ao aumentar a tensão da fonte de polarização de colector aumentará:
a) A corrente de base
b) A corrente de colector
c) A corrente de emissor
d) Nenhuma das anteriores

2. O facto de haver só umas quantas lacunas na zona de base significa que a base
a) Está ligeiramente dopada
b) Está fortemente dopada
c) Não está dopada
d) Nenhuma das anteriores

3. Num transístor npn polarizado normalmente, os electrões do emissor têm energia suficiente para passar a barreira de potencial da
a) União base-emissor
b) União base-colector
c) União colector-base
d) A trajectória de recombinação

4. Qual é o aspecto mais importante da corrente de colector?
a) Mede-se em miliampéres
b) É igual à corrente de base dividida pelo ganho de corrente
c) É pequena
d) É aproximadamente igual à corrente de emissor

5. Se o ganho de corrente é de 200 e a corrente de colector é de 100 mA, a corrente de base é igual a
a) 0,5 mA
b) 2 mA
c) 2 A
d) 20 A

6. A tensão base-emissor é normalmente
a) Menor que a tensão da fonte de polarização da base
b) Igual à tensão da fonte de polarização da base
c) Maior que a tensão da fonte de polarização da base
d) Nada se pode afirmar

7. A tensão colector-emissor normalmente é:
a) Menor que a tensão da fonte de polarização do colector
b) Igual à tensão da fonte de polarização do colector
c) Maior que a tensão da fonte de polarização do colector
d) Nada se pode afirmar

8. A potência dissipada por um transístor é aproximadamente igual à corrente de colector multiplicada por:
a) A tensão base-emissor
b) A tensão colector-emissor
c) A tensão da fonte da base
d) 0,7 V

9. A pequena corrente de colector que está presente quando a corrente de base é zero, provém da corrente de fugas
a) Do díodo de emissor
b) Do díodo do colector
c) Do díodo de base
d) Do transístor

10. Se a corrente de base é de 100 mA e o ganho de corrente é de 30, a corrente de colector vale:
a) 300 mA
b) 3 A
c) 3,33 A
d) 10 A

11. Na zona activa, a corrente de colector não é afectada significativamente por:
a) A fonte de tensão de polarização da base
b) A corrente de base
c) O ganho de corrente
d) A resistência de colector

12. Se a resistência de base está em aberto, que valor tem a corrente de colector?
a) 0
b) 1 mA
c) 2 mA
d) 10 mA

Problemas:

1. Considere o circuito da figura:

a) Qual o valor da corrente de base?

b) Se o ganho de corrente diminuir de 200 para 100 na figura anterior, quanto valerá então a corrente de base?

c) Se a resistência de 330 kohm tiver uma tolerância de 5%, qual é o valor máximo da corrente de base?

2. Um circuito de um transístor, semelhante ao do problema anterior, tem uma fonte de polarização de colector de 20 V, uma resistência de colector de 1,5 kohm e uma corrente de colector de 5 mA.
Calcule o valor da tensão de colector-emissor.

3. Se num transístor a corrente de colector é de 100 mA e a tensão colector-emissor é 3,5 V, que potência dissipa esse transístor nessa situação?