Transistor Bipolar.

Apresentação em tema: "Transistor Bipolar."— Transcrição da apresentação:

1 Transistor Bipolar

2 Introdução Entre 1904 (inversão da válvula) e 1947 (inversão do transistor), a válvula era sem dúvida o dispositivo eletrônico de maior interesse da indústria de eletrônica. Porém em 23 de dezembro de 1947, nos Laboratórios da Beel Telephone, Jonh Bardeen e Walter H. Brattain, apresentavam um dispositivo de estado sólido de três terminais o transistor de junção. Suas vantagens sobre a válvula eram inegáveis. Em setembro de 1951, a Bell anuncia a criação do transistor. A partir daí começava uma indústria bilionária dos semicondutores. Mais do que substituir as válvulas eletrônicas, o transistor foi e é uma das ferramentas mais importantes já criadas pelo homem. O primeiro Transistor

3 Modo de funcionamento diodo Polarização direta: Polarização reversa:
Relembrando Diodo Diodo Modo de funcionamento diodo Polarização direta: Polarização reversa: Lâmpada acessa Corrente (A) flui do ânodo para cátodo Diodo se comporta como chave fechada ou BAIXA resistência elétrica Lâmpada apagada Corrente (A) flui do cátodo para ânodo *** Diodo se comporta como chave aberta ou ALTA resistência elétrica *** Na prática consideramos que não há circulação de corrente elétrica, já que essa corrente é em torno de nanoamperes.

4 Então o que um transistor?
É um componente semicondutor eletrônico de 3 regiões condutoras. O transistor de junção bipolar é um dispositivo semicondutor como o diodo, porém possui de três terminais, sendo duas camadas de material tipo "N" e uma de tipo "P" ou de duas de material tipo "P" e uma de tipo "N". N P PNP P N NPN EMISSOR COLETOR BASE EMISSOR COLETOR BASE Transistor consiste em duas junções PN colocadas em oposição N – Material semicondutor com excesso de elétrons livres P – Material semicondutor com excesso de lacunas

5 Aplicações: O transistor bipolar pode ser utilizado como:
Chave eletrônica (botão): Transistor é a base para construção dos Circuitos Integrados (CIs) para eletrônica digital. Exemplo: Você pode chavear um motor de alta potência com um sinal de um microcontrolador. Amplificação: Você pode amplificar um sinal. Exemplo: O sinal de televisão que chega na sua casa é fraco, ele precisa ser amplificado para que possa ser exibido. Osciladores: Criar circuitos que ficam oscilando. Exemplo: pisca pisca, contador de tempo, entre outros.

6 Princípios de funcionamento do transistor
Transistor = transfer + Resistor Portanto o transistor também pode ser chamado de resistor de transferência. Ou seja, é possível mudar (transferir) o valor da resistência do transistor através da corrente elétrica. Relembrando do diodo ... Polarização direta: tem BAIXA resistência no diodo, ou seja, há circulação de corrente Polarização reversa: tem ALTA resistência no diodo, ou seja, NÃO há circulação de corrente Controle da resistência entre os terminais

7 Alta corrente na base = Resistência entre Coletor / Emissor é baixa
Então corrente que passa pelos terminais Coletor / Emissor é alta. Baixa corrente na base = Resistência entre coletor / Emissor é alta Então corrente que passa pelos terminais Coletor / Emissor é baixa. Pense numa torneira ...

8 Portanto a corrente que passa pelo Coletor / Emissor é proporcional a corrente da base
Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transistor conduz e pode amplificar a corrente que passa do emissor para o colector Uma pequena corrente entre a base e o emissor… …origina uma grande corrente entre o emissor e o colector

9 Simulação: Simulação no site http://www.falstad.com/circuit/e-npn.html

10 Simbologia do transistor bipolar de junção
NPN PNP Olhe para o sentido da seta. Ela determina o sentido da corrente !!!

11 Correntes de um transistor
PNP NPN Ib Corrente de base IC Corrente de coletor IE Corrente de Emissor

12 Correntes de um transistor
1ª Lei de Kirchhoff (Lei das Correntes) Em um nó, a soma das correntes elétricas que entram é igual à soma das correntes que saem NPN PNP Ib Corrente de base IC Corrente de coletor IE Corrente de Emissor Ib + IC = IE IE = Ib + IC

13 NPN β (letra grega chamada “beta”) Ganho β do transistor
Então com baixo corrente na base (IB) é possível fazer o controle de uma alta corrente no coletor (IC). A razão entre a corrente que circula no IC e a corrente que circula em IB é chamado de GANHO DO TRANSISTOR. O ganho do transistor pode ser representado por: β (letra grega chamada “beta”) ou hFE (geralmente encontrado no datasheet) NPN DC Current Gain (inglês) Ganho de corrente DC Exemplo da nomenclatura de um datasheet (BC547)

14 O ganho de corrente é a principal vantagem do transistor
Ganho β do transistor A fórmula que mostra a razão de IC por IB é dado por: O ganho de corrente é a principal vantagem do transistor Para transitores de: Baixa potência: menor que 1W o ganho varia em torno entre 100 e 300 vezes Alta potência: maior que 1W o ganho varia em torno de 20 e 100 vezes

15 IC IB IE Ganho β do transistor
Exemplo 01 – Calcule a corrente do coletor e a corrente do emissor sabendo que o transistor tem um hFE de 150 e IB vale 3µA. IC IB IE Dados: β = 150 IB = 3µA

16 Ganho α do transistor O ganho α (alfa) de um transistor, é o ganho de corrente entre Coletor e Emissor A fórmula que mostra a razão de IC por IE é dado por: Utilizando o mesmos dados do Exemplo 01, temos:

17 Exercício 01 – Um transistor tem uma corrente do coletor de 10 mA e uma corrente da base de 40 μA. Qual é o ganho de corrente do transistor? Exercício 02 – Um transistor tem um ganho de corrente de 100. Se IB for de 0,1 mA, qual será IC? Exercício 03 – Um transistor tem uma corrente do coletor de 10 mA e uma corrente da base de 50 μA. Qual é o ganho de corrente do transistor? Exercício 04 – Um transistor tem um ganho de corrente de 175. Se a corrente da base for de 0,1 mA, qual será a corrente do emissor? Exercício 05 – Um transistor tem IC de 10 mA. Se o ganho de corrente for de 135, qual será a corrente na base? Exercício 06 – Um transistor tem uma corrente do coletor de 2 mA. Se o ganho de corrente for de 135, qual será a corrente na base?

18 PNP NPN VEB VCB VEC VCE VBC VBE Tensões no transistor VCE = VBE + VCB
2ª Lei de Kirchhoff (Lei das tensões) É nulo o somatório das quedas de tensões e elevações de tensão ao longo de um caminho fechado de um circuito elétrico (malha). PNP NPN VEB VCB VEC VCE VBC VBE VCE = Queda de tensão entre coletor e emissor VBE = Queda de tensão entre base e emissor VCB = Queda de tensão entre coletor e base VCE = VBE + VCB VEC = VEB + VBC

19 Quando o subscrito é igual a (Vcc e VBB) estamos falando de uma fonte
Tensões no transistor Quando o subscrito é igual a (Vcc e VBB) estamos falando de uma fonte Quando o subscrito são letras diferentes (RB, RC), estamos falando da tensão entre dois pontos VEC = VC - VE VBC = VC - VB VBE = VB - VE

20 Polarização de um transistor
Por ser um componente ativo (formado por duas junções PN), o transistor precisa obrigatoriamente ser alimentado por fontes externas. Os circuitos de polarização de transistores mais comuns são formados por fontes de tensão e resistores para limitação da corrente.

21 Polarização de um transistor
A região do emissor é fortemente dopada A região de base é fracamente dopada A região de coletor apresenta uma dopagem mediana. A região de coletor é muito maior que as outras regiões pois nesta região se dissipa todo calor gerado durante o funcionamento do transistor. Emissor Coletor Base

22 Polarização de um transistor
Para o transistor bipolar poder ser utilizado com interruptor, como amplificador ou como oscilador tem que estar devidamente polarizado através de uma fonte DC. Para o transistor estar corretamente polarizado a junção PN: Base – Emissor: deve ser polarizada diretamente Base – coletor deve ser polarizada inversamente. Regra prática: O emissor é polarizado com a mesma polaridade que o semicondutor que o constitui. A base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a constitui. O coletor é polarizado com polaridade contrária à do semicondutor que o constitui. RB – Resistência de polarização de base RC – Resistência de colector ou resistência de carga

23 Se a base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a constitui, podemos desenhar a curva da base (que é a mesma curva do diodo). Portanto quando VBE estiver polarizado diretamente, seu valor será de 0,7V

24 Curva da base Exemplo 02 – Calcule: Corrente da base.
Qual valor de tensão para resistor da base? Qual valor de corrente do coletor se βcc = 200? Solução: A corrente no resistor da base é: Tensão no resistor da base: Corrente no coletor:

25 Três regiões de operação do transistor:
Curva do coletor e regiões de operação Curva do coletor Três regiões de operação do transistor: Região de Saturação Região Ativa Região de Corte Região de corte Fazendo a malha do lado do coletor / emissor temos: Potência dissipada no transistor:

26 Folha de dados técnicos (Datasheet)
Quando consultar um datasheet, comece procurando os valores nominais máximo especificados pelo fabricante: IC É a máxima corrente de coletor que o transistor pode suportar. Se este parâmetro for excedido o componente poderá queimar VCEO Tensão máxima coletor – emissor com a base aberta VCBO Tensão máxima coletor – base com o emissor aberto VEBO Tensão máxima emissor – base com o coletor aberto hFE ou β Ganho ou fator de amplificação do transistor. Pd Potência máxima de dissipação

27 Exemplo de Datasheet do 2N3904

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29 Trazer os seguintes datasheets impressos
BC548.

30 Exercícios Exercício 01– Um transistor tem uma corrente de emissor de 10mA e a corrente do coletor é de 9,95mA. Qual é a corrente da base? Exercício 02– A corrente do coletor é de 10mA e a corrente da base é de 0,1mA. Qual o ganho de corrente? Exercício 03– Um transistor tem um ganho de corrente de 150 e uma corrente de base de 30µA. Qual é a corrente no coletor? Exercício 04– Se a corrente no coletor for de 100mA e o ganho de corrente for de 65, qual é a corrente no emissor?

31 Exercícios Exercício 05 – Qual é o valor da corrente de base e do coletor? Dados: Vbb = 10V Vcc = 10V Rb = 500kΩ Rc = 820Ω βcc = 200

32 Exercício 06 – Calcule os valores abaixo para
β = 200 b) β = 375