Unidade 2: Transistores Bipolares de Junção

23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 126 Autoria Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues Revisão técnica Anderson Marcolino Pereira de Oliveira Eletrônica analógica UNIDADE 2 TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 226 Os transistores bipolares de junção TBJs estão presentes em diversas aplicações e distintos equipamentos independentemente de serem eletrônicos ou não Foram inventados à princípio para serem dispositivos menores em substituição às válvulas termoiônicas mas permitiram muito além disso Dessa forma é importante destacarmos que foi o surgimento de dispositivos como os transistores bipolares de junção que permitiram o surgimento do computador por exemplo Ao longo desta unidade estudaremos as principais considerações tanto do funcionamento quanto da utilização dos transistores bipolares de junção Em um primeiro momento analisaremos o dispositivo de modo mais geral entendendo aspectos construtivos quanto à respeito de sua operação básica Além disso também entenderemos os principais tipos de ganhos de potência corrente e tensão bem como as diferenças básicas entre os dispositivos do tipo NPN e PNP dependendo da disposição dos semicondutores utilizados Em seguida seremos apresentados às formas de operação desse tipo de transistor com considerações acerca das diferentes regiões de operação saturação corte e linear Por último conheceremos as principais premissas da análise CC visualizando os circuitos de polarização e efeitos pretendidos e alcançados na prática Bons estudos Introdução 21 Visão geral sobre o transistor bipolar de junção A palavra transistor deriva do inglês transference resistor ou seja resistor de transferência A demanda pelo desenvolvimento desse dispositivo possui relação direta com as antigas válvulas termoiônicas até então utilizadas No entanto diferentemente das válvulas os transistores são muito menores e possuem outras vantagens como a possibilidade de se dispensar uma corrente adicional para aquecimento do dispositivo a fim de funcionar BRAGA 2016 Você o conhece 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 326 Dessa maneira inicialmente conheceremos aspectos básicos da construção e operação do transistor bipolar de junção popularmente conhecido como TBJ Ao longo deste tópico serão estudados as principais particularidades do funcionamento desses importantes dispositivos os primeiros transistores inventados e alguns exemplos Acompanhe o conteúdo 211 Construção e operação do TBJ O TBJ recebe tal nomenclatura por ter sido desenvolvido a partir do uso de três camadas de material semicondutor tipo e tipo de modo que se obtém dois tipos principais devido às duas possibilidades de empilhamento dos materiais transistores NPN e PNP Cada região é responsável por um terminal distinto do dispositivo base B emissor E e coletor C Além disso da forma como é desenvolvido o dispositivo tornase evidente que devido às junções o TBJ se comporta como um diodo em cada uma das regiões fazendo com que os diodos estejam em condução por exemplo Assim a forma de polarização deverá contemplar de modo conveniente que os diodos permitam o chaveamento do circuito ao qual o transistor está aplicado Na figura a seguir podemos identificar um painel com os dois tipos diferentes de TBJs NPN e PNP respectivamente além dos símbolos destes em circuito o qual é usado indicando o sentido de condução da corrente O surgimento do transistor bipolar de junção se deve ao que fora proposto por John Ambrose Fleming engenheiro eletricista responsável pela invenção do primeiro transistor Na ocasião John se baseou no desenvolvimento de um dispositivo à base do semicondutor germânio para substituição das válvulas termoiônicas de enorme dimensão e que inviabilizavam uma série de circuitos e aplicações além de questões de operação desta com relação à temperatura Ademais o engenheiro foi responsável pelo desenvolvimento de circuitos sintonizados geradores de ruído branco entre outros Para entender na prática de forma simples e rápida como um transistor bipolar de junção funciona assista ao vídeo Como Testar Transistores Bipolares na Prática a fim de compreender como determinar quais são cada um dos terminais do dispositivo se é um transistor do tipo NPN ou PNP a partir de um multímetro por exemplo utilizando dispositivos comerciais O vídeo pode ser assistido na íntegra clicando no botão abaixo Vale a pena Acesse httpswwwyoutubecomwatch vv42SZ4GHQt3s Você quer ver 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 426 PraCegoVer na figura do lado esquerdo temse o transistor NPN no qual o coletor e o emissor são os semicondutores tipo e a base do tipo Do mesmo lado encontramos ainda a representação em circuito do NPN demonstrando um traço na base com sentido da corrente do coletor para o emissor Já do lado direito temos o TBJ PNP sendo o coletor e emissor dos materiais do tipo e a base do tipo Do mesmo lado está a representação do PNP no circuito demonstrando que nesse caso a corrente flui do emissor para o coletor Considerando que as junções são como diodos tendo como exemplo um transistor PNP quando em polarização direta do transistor temse uma diminuição da região de depleção Ela é obtida devido ao arranjo dos materiais semicondutores ligandose o negativo de uma fonte de tensão CC corrente contínua na base e o positivo no emissor Para polarização reversa o PNP operará com a mesma fonte a qual deverá ser ligada com o positivo na base e o negativo no coletor Assim perceba que enquanto uma junção estará polarizada diretamente nesses casos a outra estará polarizada de forma reversa Com isso a forma como devemos ligar o TBJ deverá contemplar as duas junções Imagine então que há uma fonte CC para o mesmo PNP com o negativo na base e o positivo no emissor bem como outra fonte CC ligada com seu positivo na base e o negativo no coletor Ao aplicar a Lei de Kirchhoff das correntes ao transistor levando em conta como um nó único temos que a corrente no emissor é dada em função da base e do coletor tal que Além disso a corrente no coletor também pode ser expressa em função dos portadores majoritários e minoritários na condução conforme estabelecido com relação ao funcionamento da junção em que majoritário minoritário Para estabelecer o funcionamento correto do dispositivo utilizamos as configurações a serem analisadas no próximo item Continue os estudos 212 Configurações básicas de polarização Dependendo do objetivo final para o uso no circuito o TBJ poderá ser utilizado na configuração base comum que recebe esse nome por conta do arranjo terminal comum da base com as duas fontes como pode ser observado na figura a seguir tomando como exemplo o transistor NPN Figura 1 Transistores NPN e PNP Fonte BRAGA 2016 p 74 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 526 PraCegoVer na figura na parte superior temse o circuito o qual utiliza duas fontes CC no emissor e no coletor Assim está com o negativo conectado ao emissor e o positivo à base enquanto está com o negativo conectado à base e o positivo no coletor O ponto em comum das fontes com o terminal da base está aterrado Na parte de baixo da figura temse um esquema representando o sentido das correntes com entrando no sentido base emissor e subindo Note que na figura anterior a seta do símbolo gráfico apresenta qual será o sentido da corrente no emissor que faz parte do fluxo convencional da corrente pelo dispositivo Para analisar de forma completa utilizamse duas curvas ponto de acionamento entrada e saída do dispositivo Nesse caso de acordo com Boylestad e Nashelsky 2013 temos corrente de entrada com tensão de entrada baseemissor e corrente de saída com tensão de saída coletorbase respectivamente O painel a seguir traz as duas curvas como exemplo prático real da configuração Note que para diferentes valores da tensão de saída encontramos comportamentos distintos de entrada e viceversa Além disso distinguemse três regiões de operação do dispositivo ativa de corte e de saturação Figura 2 Configuração base comum para o transistor NPN Fonte Elaborada pela autora baseada em BOYLESTAD NASHELSKY 2013 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 626 PraCegoVer na figura na parte de cima temse a curva de entrada de em função de demonstrando o comportamento para tensões coletorbase menores e maiores Tanto a tensão quanto a corrente se mantêm aproximadamente lineares Para aumentos de tensão a corrente permanece praticamente constante até que em dado ponto em torno de 06 V a tensão passa a ser praticamente a mesma e há uma variação abrupta exponencial na corrente Para de 1 V por exemplo o aumento na corrente é um pouco menor em função de aumento de Já para de 10 V e 20 V as curvas se tornam cada vez mais acentuadas Na parte de baixo da figura temse a curva de saída da tensão coletorbase em função da corrente no coletor demonstrando a formação das regiões de saturação ativa e de corte Para diferentes valores da corrente no emissor há distintas regiões de saturação A região de corte está compreendida Figura 3 Curvas de entrada e saída na configuração base comum Fonte Elaborada pela autora baseada em BOYLESTAD NASHELSKY 2013 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 726 na parte de baixo do gráfico Já a de saturação está antes do dispositivo entrar para a região ativa que é praticamente linear em toda a sua extensão com exceção do final em que tende a manter a tensão de saída No caso quem varia mais é a corrente no coletor Note ainda que a região ativa da junção formada por base e emissor estará polarizada diretamente enquanto a basecoletor estará polarizada reversamente Com isso a corrente no emissor é aproximadamente a mesma no coletor Já na região de corte as junções estarão polarizadas de modo reverso sendo a corrente no coletor nula Por fim na região de saturação há um aumento exponencial da corrente no coletor conforme a tensão basecoletor aumenta em direção a 0 V As junções baseemissor e basecoletor estarão polarizadas diretamente BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Devido às junções quando o transistor está ligado a tensão baseemissor é de aproximadamente 07 V Ademais assim como no caso do diodo temse que a curva de entrada pode ter um joelho e comportamento aproximado estabelecidos considerando qualquer valor de ou de forma ainda mais aproximada caso a análise permita Na prática normalmente os valores de em CA e CC são bastante próximos o que permite igualálos Em suma considerando a polarização percebese que na região ativa a corrente na base será nula ou aproximadamente nula enquanto as correntes e também podem ser aproximadamente iguais Definese a região de ruptura do dispositivo conforme a tensão coletorbase aumenta chegando ao efeito de avalanche em dado ponto algo semelhante ao que ocorre com um diodo BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Avaliando a configuração base comum no estabelecese o parâmetro alfa em função dos valores das correntes no coletor e emissor no ponto de operação sendo que na prática geralmente encontramos alfa muito próximo de 1 098 por exemplo BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Assim de forma mais exata é possível calcular a corrente no coletor como modo CC Já no temse a seguinte relação sendo que alfa nesse caso é denominado como basecomum curto circuito ou fator de amplificação modo CA Modo CC Modo CA 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 826 Na configuração emissor comum o terminal é o ponto comum tal como apresentado no exemplo a seguir utilizando novamente um transistor NPN PraCegoVer na figura na parte superior há o circuito com a fonte CC da base ligada no terminal positivo à base e no negativo ao emissor A fonte CC do coletor tem seu positivo no coletor e o negativo no emissor O emissor está aterrado Na parte de baixo da figura encontramos o sentido da corrente apresentado no esquema do circuito para NPN A corrente da base entra no dispositivo assim como a do coletor e é estabelecido para fora Nesse caso para análise tomamos na entrada a tensão baseemissor tensão de entrada com a corrente de base entrada em função da tensão de saída do coletoremissor Já para a saída considerase a corrente no coletor saída com em função da corrente na base Malvino e Bates 2016 nos trazem que analisando tais respostas avaliase que na região ativa a junção basecoletor estará polarizada de forma reversa enquanto a baseemissor estará polarizada de forma direta Por outro lado na região de corte não observamos um comportamento tão bem definido quando comparado com a configuração anterior Analisando assim para nula obtémse a seguinte relação Dessa maneira é possível concluir que em um amplificador linear com mínima distorção a região de corte será definida por o que denota a orientação de evitar a operação em regiões abaixo de Figura 4 Configuração emissor comum para o transistor NPN Fonte Elaborada pela autora baseada em BOYLESTAD NASHELSKY 2013 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 926 BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Mais ainda o valor de é normalmente baixo para dispositivos feitos de silício denotandose a condição de chaveamento Ademais quando o transistor está ligado região ativa temse que o valor de 07 V é atribuído à tensão baseemissor Analisando agora o modo CC na configuração emissor comum observamos a relação para correlacionar as correntes no coletor e na base em um ponto específico de operação em que temos Normalmente varia entre 50 e 400 na prática Na folha de dados do dispositivo também referida pelo termo em inglês data sheet vem expressa pelo parâmetro BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Similarmente à configuração base comum na análise do modo CA temse expresso em função das variações tal que expressará o fator de amplificação de corrente direta na configuração emissor comum em que temos Ainda há o fato de que e são próximos na prática mas não necessariamente iguais Eles podem ser determinados a partir do ponto de operação Q e da curva característica de entrada A figura na sequência apresenta exemplos típicos das curvas de entrada e saída na configuração emissor comum 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1026 PraCegoVer na figura na parte de cima temse a curva de entrada da tensão baseemissor com relação à corrente de entrada da base sendo tal relação em função da tensão de saída Quanto menor o valor de menor será a variação na tensão baseemissor em função de uma grande variação da corrente na base O comportamento é bem semelhante ao visto na configuração base comum sendo que até aproximadamente 06 V a corrente é praticamente nula e se mantém constante ao aumento da tensão de entrada Depois de 06 V a tensão não muda e o aumento na corrente de entrada é quase exponencial Na parte de baixo temse a curva característica de saída da tensão coletoremissor com a corrente no coletor demonstrando como diferentes valores de corrente na base proporcionam comportamentos distintos modificando as relações das regiões de saturação ativa e corte Similarmente ao visto Figura 5 Curvas de entrada e de saída na configuração emissor comum Fonte Elaborada pela autora baseada em BOYLESTAD NASHELSKY 2013 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1126 na configuração base comum temse a região de saturação na parte mais próxima de e valores de tensão muito baixos assim como diversos valores de corrente até que aumenta um pouco a tensão de saída e a região ativa é relativamente linear com pequenos aumentos de corrente no coletor para maiores elevações na tensão de saída A região de corte é definida para toda a faixa da tensão de saída e um valor bem próximo de zero da corrente no coletor Por outro lado aproximandose os ganhos em CA e CC como iguais assim como os ganhos é possível obter as seguintes relações para cálculos e tanto o valor da corrente no coletor em função de com quanto a no emissor com Ademais com relação à região de ruptura do dispositivo no caso da configuração emissor comum há a região de resistência negativa devido à avaliação de que um aumento na corrente poderá ocasionar queda de tensão Na terceira e última configuração prédeterminada para a polarização de um TBJ a configuração coletor comum traz um circuito utilizado em aplicações como o casamento de impedâncias devido ao fato de fornecer alta impedância de entrada e baixa de saída ao contrário das demais configurações vistas Ressaltase que essa configuração pode ser projetada a partir da configuração emissor comum e na prática tem as mesmas curvas características denotando que a corrente de entrada também é a mesma BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Veja um modelo com a figura a seguir Figura 6 Configuração coletor comum para um TBJ do tipo NPN Fonte Elaborada pela autora baseada em BOYLESTAD NASHELSKY 2013 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1226 PraCegoVer na figura do lado esquerdo na parte superior temos o circuito com uma fonte CC para a base ligada no positivo com a base e no negativo com o coletor A fonte CC para o emissor está ligada com seu positivo no coletor e seu negativo no emissor O coletor está aterrado Na parte de baixo do lado esquerdo há os sentidos das correntes no dispositivo sendo que a corrente da base entra a corrente no coletor flui pela baseemissor e a corrente no emissor é o total dessas duas Entendido a respeito do assunto podemos realizar uma atividade para fixar os conteúdos estudados até aqui Pensando nisso preparamos uma questão sobre a polarização do TBJ para que você se prepare para os exercícios que deverão ser feitos mais à frente da disciplina Vamos tentar No próximo item você estudará algumas observações importantes sobre o limite de operação e orientações técnicas para o uso da folha de dados Confira 213 Limitações de operação e uso da folha de dados Como você pode imaginar para cada transistor existe uma região de operação Com isso também temos curvas características que garantem quais e quanto vale os limites para o dispositivo Estes não devem ser excedidos para não levar à ruptura do dispositivo e danos maiores bem como a distorções na saída por exemplo BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Entre esses limites é possível mencionar a corrente máxima no coletor que na folha de dados do dispositivo é especificada como corrente de coletor contínua tensão máxima coletor emissor ou e tensão mínima definida a partir da saturação como Além disso é possível determinar o valor máximo de dissipação de potência pela relação Teste seus conhecimentos Atividade não pontuada O transistor comercial TO92 ou 2N4123 da Farchild é um exemplo de transistor de uso geral de amplificação do tipo NPN Para saber mais detalhes sobre seus requisitos e parâmetros de operação como os mencionados ao longo do conteúdo e diversos outros acesse a folha de dados do transistor clicando no botão abaixo Vale conferir Acesse httpsalltransistorscomtransistorphp transistor3943 Você sabia 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1326 Com relação às limitações de regiões especificamente é importante ressaltar que devem ser definidas as regiões lineares nas quais não há distorção ou esta é mínima de corte e de saturação dos dispositivos No próximo tópico entenderemos alguns aspectos importantes quanto às regiões de operação e a operação como chave Antes no entanto vamos praticar o que estudamos até o momento colocando a mão na massa O entendimento geral do funcionamento de um transistor bipolar de junção está sem dúvidas ligado ao entendimento da teoria acerca desses importantes dispositivos com os aspectos técnicos fornecidos pelo fabricante que poderão ser consultados pela folha de dados Assim no projeto de qualquer circuito transistorizado será de enorme importância ter conhecimento dos parâmetros térmicos elétricos e possíveis comportamentos apresentados pelo transistor em diferentes circunstâncias Com base nisso busque mais detalhes acerca do TBJ do tipo PNP BD 136 Depois apresente um breve resumo sobre aplicações e aspectos técnicos desse dispositivo Vamos Praticar 22 Questões sobre ganho de corrente saturação e operação como chave Para compreendermos melhor certas questões operacionais do TBJ devemos lembrar que assim como no caso do diodo o dispositivo poderá ser aproximado de forma ideal ou o mais próxima do real como mostram os circuitos adiante comparandose com o dispositivo normal 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1426 PraCegoVer na figura no topo temos um transistor NPN normal mostrandose a tensão baseemissor e a tensão emissorcoletor Em seguida no centro da figura há a aproximação ideal utilizando um diodo associado à que para simplificação é zero Há uma fonte de corrente dada sua intensidade Por último embaixo temos a aproximação mais próxima do real considerandose a queda de 07 V e demais detalhes idem à anterior As três aproximações estão dispostas no centro na figura uma embaixo da outra Note que dependendo da exatidão da modelagem poderá ser necessário uma ou outra forma de aproximação Isso para que sejam consideradas todas as possíveis características do dispositivo ou uma representação mais simplificada que já atenda às necessidades de modelagem do circuito Figura 7 Aproximações para o TBJ Fonte MALVINO BATES 2016 p 204 O entendimento da relação explicitada pela resistência de corpo do TBJ é importante especialmente em aplicações de maior potência nas quais a corrente que circulará pelo Você sabia 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1526 Considerando como exemplo outro dispositivo real o 2N3904 temse as seguintes relações de ganho mínimo e máximo como podemos observar na tabela a seguir dado um valor de corrente no coletor PraCegoVer na tabela temos três colunas e seis linhas Há diferentes valores da corrente no coletor em miliamperes bem como os valores de ganhos mínimos e máximos na outra coluna Para 01 mA temse 40 de mínimo sem valor máximo Para 1 mA temse 70 de mínimo sem valor máximo Já para 10 mA temse 100 de mínimo e 300 de máximo Para 50 mA e 100 mA temse de mínimo de 60 e 30 respectivamente No caso a relação não é linear até por questões como a própria temperatura e o comportamento dos materiais Para entender a operação como chave é necessário analisar as relações entre os diferentes pontos de operação bem como as regiões também a depender do ganho Considere que você é o engenheiro responsável pelo desenvolvimento de um novo material semicondutor para uso em dispositivos como transistores e diodos Para tanto considerase especificamente a aplicação como transistor Dadas as exigências para esse tipo de dispositivo foi necessário dispositivo também será alta Um exemplo prático é que o valor de nessas circunstâncias poderá ser maior do que 1 V Tabela 1 Ganhos no 2N3904 em função da corrente no coletor Fonte MALVINO BATES 2016 p 211 Caso 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1626 compreender as variações vistas no ganho de corrente Assim quais são as principais premissas a serem consideradas Você se recorda É fundamental lembrar que o ganho de corrente depende de três fatores o próprio transistor material especificações técnicas intrínsecas a corrente que é estabelecida no coletor e a temperatura Dessa forma uma análise completa deverá contemplar as três condições com base em um pior possível caso e um melhor caso dado o cenário Além disso com relação à temperatura é possível avaliar o comportamento da corrente no coletor frente a diferentes valores de para distintos valores de temperatura por exemplo Finalizado o assunto a partir do próximo tópico estudaremos as principais considerações acerca da análise de circuitos com TBJs distinguindose em um primeiro momento a análise em corrente contínua Contudo antes de passar para esse assunto vamos colocar nossos conhecimentos em prática A definição do modo de operação de um transistor bipolar de junção como amplificador ou em corte por exemplo está diretamente ligada ao entendimento das características básicas tanto desses tipos de dispositivos de junção quanto de aspectos técnicos informados pelos fabricantes que dirão respeito a dado dispositivo ou à sua família principal de componentes Pensando nisso escolha um dispositivo comercial destinado à operação em circuitos de potência e traga aspectos relevantes sobre suas condições de operação considerando o que a escolha demandaria em um circuito real Uma dica é consultar as folhas de dados de TBJs de potência e optar por um dos modelos em específico a fim de explorar e dissertar a respeito Vamos Praticar 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1726 23 Análise CC Antes de começarmos nossa análise e o entendimento dos passos básicos e das possíveis operações do transistor é fundamental compreender que qualquer aumento de tensão corrente ou potência CA será resultado de uma transferência de energia das fontes CC aplicadas BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 144 Ademais devemos relembrar três relações básicas e Começando com o ponto de operação este é o parâmetro relacionado aos valores de tensão e corrente CC nas curvas características para a definição da região de amplificação De acordo com Boylestad e Nashelsky 2013 por ser um ponto fixo na curva também é chamado de ponto Q quiescente A figura a seguir nos traz como exemplo os possíveis pontos de operação para um dado dispositivo Acompanhe os detalhes PraCegoVer na figura temos um gráfico de curvas características da tensão coletoremissor com relação à corrente no coletor em função da corrente na base Para diferentes valores de corrente de base há pontos de operação distintos e curvas características juntamente com as regiões formadas de saturação de corte e ativa linear Está representada também a curva referente à potência máxima dissipada curva que parte do valor máximo de até valores mais baixos Figura 8 Possíveis pontos de operação dentro das limitações do TBJ Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 146 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1826 Importante salientar que dado circuito de polarização poderá ser desenvolvido para o TBJ de modo que sua operação ocorra em qualquer um dos pontos ou dentro de outros pontos definidos na região ativa linear Tomando como exemplo essa região temse que normalmente será possível fazer a seleção de áreas distintas de operação ou pelo menos de um conjunto de pontos distintos Assim como no caso dos diodos devese prever em projeto as variações observadas mediante às alterações na temperatura o que faz com que na prática seja estabelecido um fator de estabilidade S Tomando a figura anterior como exemplo de estratégias para a polarização começamos nossa análise pelo ponto A Como se sabe é necessário polarizar o dispositivo para que ele responda de forma adequada ao sinal de entrada Nesse sentido o ponto A não é adequado para ser ponto de operação Por outro lado analisando o ponto B percebemos que este já permite possivelmente a amplificação mediante dada entrada Sendo esse sinal de entrada escolhido de forma adequada tensão e corrente sofrerão variações ao longo da amplificação mas o dispositivo não passará a operar em corte ou na região de saturação Mais ainda ao analisarmos o ponto C percebemos que se permite pouca variação de tensão e corrente devido à proximidade dos pontos e algo que poderá fazer com que o circuito passe a operar em regiões não lineares Por último mas não menos importante o ponto D está próximo de pontos máximos de tensão e corrente levando a restrições semelhantes às vistas no ponto C Dessa forma podemos concluir que por oferecer uma região de espaçamento mais linear e com isso maior excursão tanto de tensão quanto de corrente o ponto B é a melhor opção nesse caso De forma sucinta Boylestad e Nashelsky 2013 mencionam que para a polarização do TBJ na região ativa duas situações deverão ocorrer na prática Clique nos recursos a seguir para descobrir Já a operação na região de corte demandará que tanto a junção baseemissor quanto a base coletor estejam polarizadas de forma reversa ao contrário da operação na região de saturação em que ambas deverão estar polarizadas de forma direta Isso ficará mais claro ao longo de nossos estudos 231 Circuito de polarização fixa Um circuito de polarização fixa representa uma das principais possibilidades para se implementar a polarização CC de um TBJ Para entender como isso ocorre consideraremos como exemplo o uso de um transistor NPN como mostra o circuito de exemplo na próxima figura A junção baseemissor deverá estar polarizada de forma direta com tensão de 06 até 07 V A junção basecoletor deverá estar polarizada de forma reversa com tensão reversa dentro das limitações do dispositivo Situação 1 Situação 2 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 1926 PraCegoVer na figura temos um desenho de um circuito de polarização fixa O sinal de entrada CA está ligado ao circuito por um capacitor de entrada que possui seu outro terminal ligado à base do TBJ NPN nesse caso e um resistor de base com o outro terminal associado à uma fonte para o coletor A fonte ainda está ligada à dada resistência para o coletor que está associado ao coletor e a um capacitor de saída O terminal emissor está aterrado O sinal de saída é CA No circuito equivalente CC os capacitores se comportam de forma aproximada como circuitos abertos Vamos então iniciar pela análise da polarização da junção baseemissor lembrando que o circuito deve fornecer a polarização direta Conforme Malvino e Bates 2016 pela Lei das Tensões de Kirchhoff obtémse a seguinte equação para o cálculo da corrente na base Avaliando a malha formada por coletoremissor para o cálculo da corrente no coletor temos que Já para o cálculo da tensão coletoremissor temos a expressão Contudo sendo a tensão no emissor nula temse a seguinte equação para a tensão coletoremissor Já para a baseemissor temos que Ainda considerando o circuito anterior suponha que se deseja que um circuito opere na região de saturação Nesse caso a corrente deverá ser dado valor máximo especificado em projeto com o ponto de operação definido a partir da premissa de operação na região MALVINO BATES 2016 Matematicamente obtémse a seguinte relação de projeto Outra possibilidade de determinar esses parâmetros é pela análise da reta de carga semelhante ao que é feito no caso de diodos mas considerando o circuito de polarização fixa Essa análise pode ser sintetizada pela figura a seguir Figura 9 Circuito de polarização fixa Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 147 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2026 PraCegoVer na figura temos um gráfico com diferentes curvas características em função de para distintos valores de corrente na base demonstrando o uso da reta de carga com um exemplo na terceira curva de ponto Q A reta de carga é traçada do ponto correspondente à até Por cima das curvas temse os pontos nos quais é nula sendo estes no início das regiões das curvas lado esquerdo Também se apontam os locais de nula na parte de baixo do gráfico Nesse caso utilizase como base a seguinte relação para a tensão coletoremissor Já para a corrente no coletor a recíproca se dá por Malvino e Bates 2016 nos explicam que para melhorar a estabilidade da polarização fixa é possível utilizar a configuração de polarização do emissor Para tanto inserese um resistor associado ao terminal e analisando a malha baseemissor como anteriormente obtémse a seguinte corrente de base Para o cálculo auxiliar do resistor emissor temos que Já analisando a malha coletoremissor temse que e Por último temos na base Com relação à saturação temos a relação expressa por adicionandose Além disso assim como no caso anterior é possível analisar pela reta de carga considerando a adição de em e mantendo a relação 232 Circuito de polarização por divisor de tensão Figura 10 Análise pela reta de carga na polarização fixa Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 151 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2126 Com base na fragilidade frente à temperatura é possível definir outro tipo de circuito de modo que a polarização ocorra de forma menos dependente do ganho ou completamente independente deste MALVINO BATES 2016 Estamos nos referindo ao circuito de polarização por divisor de tensão Com isso uma possibilidade é o circuito adiante PraCegoVer na figura temos o desenho de um circuito de polarização por divisor de tensão A entrada CA é dada por com capacitor de entrada ligado aos resistores das entradas e que possuem o ponto em comum No coletor temse a fonte contínua com o resistor e o resistor do coletor que está ligado a ele e ao capacitor de saída O resistor tem o outro terminal aterrado junto com o resistor ligado ao terminal do emissor e ao terra representa a saída Na análise exata iniciamos pelo equivalente de Thévenin lembrando que o circuito deve ser redesenhado como feito anteriormente na polarização fixa Assim com e em paralelo definese também a tensão de Thévenin que será pelo divisor de tensão A corrente na base será dada por A tensão coletoremissor é a mesma expressa por Já na análise aproximada nesse caso estabelecese o valor da tensão na base inicialmente com Considerando que temse a seguinte condição para a tomada de decisão se é viável ou não utilizar o método A corrente no coletor é dada pela relação enquanto a tensão coletoremissor é dada da mesma forma que anteriormente tal que Idem ao analisado para o circuito de polarização fixa temse a mesma condição para saturação considerando ainda o resistor do emissor e assim igual ao circuito de polarização fixa com recurso para o terminal emissor O mesmo é válido para a análise pela reta de carga Figura 11 Circuito de polarização por divisor de tensão Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 158 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2226 No próximo item analisaremos outra possibilidade para que se obtenha no projeto uma melhoria na estabilidade do funcionamento do amplificador bem como do resultado final Confira o conteúdo com atenção 233 Circuito com realimentação no coletor Outra possível configuração para melhoria na estabilidade é vista no circuito a seguir a partir do uso da realimentação de tensão conhecido como circuito com realimentação no coletor PraCegoVer na figura temos um desenho do circuito com realimentação no coletor A tensão representa a entrada CA o capacitor está na entrada e nesse caso é ligado ao resistor de feedback resistor de realimentação A outra extremidade do resistor está ligada ao ponto comum entre o resistor do coletor e o capacitor de saída Utilizase a fonte Ao emissor associase o resistor Iniciando a análise pela junção baseemissor temse para o cálculo da corrente de base uma relação muito semelhante à mas no lugar da resistência de Thévenin encontramos o resistor da realimentação Já no lugar da tensão de Thévenin temos a tensão aplicada ao coletor Analisando a malha coletoremissor há a mesma relação para a tensão coletoremissor assim como as mesmas colocações do circuito anterior são válidas tanto para a operação na região de saturação quanto para a análise pela reta de carga 234 Circuito seguidor de emissor O circuito seguidor de emissor também chamado de coletor comum é utilizado para implementar outra possibilidade na qual a tensão de saída será retirada do terminal do emissor BOYLESTAD NASHELSKY 2013 Figura 12 Circuito com realimentação no coletor Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 163 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2326 Um exemplo pode ser visto na figura a seguir Observe PraCegoVer na figura temos um desenho do circuito seguidor de emissor A entrada é dada por e está junto ao capacitor de entrada associado à resistência da base O coletor está aterrado No emissor temse a fonte CC com o resistor e o capacitor de saída A corrente na base nesse caso será como expresso em porém no lugar da tensão de Thévenin temse A tensão coletoremissor é dada por A seguir veremos um último exemplo para polarização CC a configuração base comum Vamos em frente 235 Circuito base comum Figura 13 Circuito seguidor de emissor Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 167 O artigo Transmissor FM Empregando Transistor de Junção Bipolar escrito por Vinícius Macedo Pereira Fabiano Tondello Castoldi Deividi Longaretti e Renan Trindade Paim tem como principal objetivo fornecer uma opção para o desenvolvimento de um circuito eletrônico transmissor FM de modulação de frequência por meo do uso de TBJs Leia o documento na íntegra clicando no botão abaixo Vale a leitura Acesse http200132146161indexphpsiepearticleview1 4834 Você quer ler 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2426 No caso do circuito base comum temse uma configuração largamente utilizada devido ao fato de que no domínio CA tal circuito possuirá baixa impedância de entrada alta impedância de saída e um bom ganho PraCegoVer na figura temos um desenho de um circuito base comum A entrada está associada ao capacitor de entrada que também está ligado ao resistor do emissor Ambos estão conectados ao emissor A fonte está associada ao emissor por mas é aterrada em seu terminal positivo na base com o negativo da fonte do coletor Este é conectado ao resistor do coletor que é conectado tanto ao coletor quanto ao capacitor de saída A corrente no emissor é dada por Já a tensão coletoremissor é Por fim temos a tensão coletorbase dada pela expressão Por fim ressaltase que há ainda a possibilidade de estabelecer combinações de circuitos de polarização já prédefinidos como os vistos ao longo do tópico buscandose atender à maior parte das premissas de projeto Isso devido à possibilidade de atender de forma mútua a um ou mais parâmetros por exemplo Figura 14 Configuração base comum Fonte BOYLESTAD NASHELSKY 2013 p 168 Teste seus conhecimentos Atividade não pontuada Suponha que ao longo do projeto de um circuito de polarização para um transistor bipolar de junção desejase que este opere na região de saturação Para tanto escolheuse entre o que se tinha à disposição uma resistência da base que será capaz de sempre produzir um ganho de corrente saturado igual a 10 Vamos Praticar 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2526 Nesse sentido explique na prática como é estabelecido esse fenômeno e dê um exemplo no qual o ganho poderia ter sido retirado Depois compartilhe suas conclusões e debate com seus colegas sobre o assunto Chegamos ao final de mais uma unidade de estudos Aqui pudemos compreender a importância dos transistores bipolares de junção na eletrônica em geral um importante passo para a substituição de dispositivos enormes como as válvulas termoiônicas e o desenvolvimento de equipamentos de alta complexidade como os computadores posteriormente Nesta unidade você teve a oportunidade de Conclusão aprender mais detalhes sobre o transistor bipolar de junção no geral tratando de características e orientações sobre esse tipo de dispositivo e seus circuitos de polarização aprender a analisar a folha de dados de transistores bipolares de junção comerciais entender como funciona a análise CC de circuitos com tais dispositivos desenvolver circuitos simples de polarização dos TBJs para aplicações práticas 2N4123 datasheet equivalent cross reference search All Transistors s l s d Disponível em httpsalltransistorscomtransistorphptransistor3943 httpsalltransistorscomtransistorphptransistor3943 Acesso em 28 nov 2020 BOYLESTAD R L NASHELSKY L Dispositivos eletrônicos e Teoria de Circuitos São Paulo PrenticeHall 2013 Referências 23082023 1133 Eletrônica analógica httpscodelyfmucontents3amazonawscomMoodleEADConteudoENGELETAN21unidade2ebookindexhtml 2626 BRAGA N C Eletrônica analógica S l Newton C Braga 2016 COMO testar transistores bipolares na prática S l 24 jul 2018 1 vídeo 22 min Publicado pelo canal Telredes Cursos Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvv42SZ4GHQt3s httpswwwyoutubecomwatchvv42SZ4GHQt3s Acesso em 28 nov 2020 MALVINO A P BATES D J Eletrônica Porto Alegre AMGH 2016 v 1 PEREIRA V M et al Transmissor FM empregando transistor de junção bipolar Revista Anais do Salão Internacional de Ensino Pesquisa e Extensão s l v 7 n 1 2015 Disponível em http200132146161indexphpsiepearticleview14834 http200132146161indexphpsiepearticleview14834 Acesso em 26 nov 2020