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O que é um Transistor – Parte 1


Quando eu comecei a me envolver com eletrônica, muitos anos atrás, sempre tinha um certo “medo” de projetos envolvendo a utilização de transistores. Aqueles misteriosos três terminais com diferentes correntes e tensões me assustavam. Com o passar do tempo desmistifiquei esse importante componente da eletrônica e pretendo passar um pouco deste conhecimento para os leitores do “Laboratório de Eletrônica”. Este artigo é a parte 1 de uma série que criarei abordando diversos aspectos sobre a utilização dos transistores e o enfoque aqui será predominantemente prático, de modo que teorias relacionadas a estrutura da matéria, semicondutores e outras serão tratadas de forma superficial e suficiente quando se fizer necessário.

Vamos começar explicando de forma bastante simples o que é um transistor. Trata-se de um componente eletrônico de três terminais, denominados Base, Coletor e Emissor capaz de apresentar no terminal Coletor uma amplificação de uma determinada corrente aplicada no terminal Base. A figura abaixo apresenta o aspecto do componente físico a sua representação em esquemas elétricos:

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Figura 1 – Símbolo utilizado em esquemas elétricos para o transistor e componente físico.

Ao pesquisar sobre transistores você notará que existem basicamente dois tipos, os NPN e PNP. A explicação sobre o significado e diferenças entre os dois tipos foge do escopo deste artigo, contudo, como os do tipo NPN são os mais utilizados, tudo o que for dito aqui aplica-se ao mesmo. Contudo, as mesmas regras aplicam-se aos do tipo PNP, bastando respeitar os sentidos das correntes aplicadas aos terminais do mesmo (talvez eu trate sobre os do tipo PNP em artigos futuros). Vale citar que o “círculo” existente no símbolo do transistor é opcional.

Na figura 1 é possível verificar os três terminais do componente, tanto em sua simbologia, quanto no componente real. Apesar dos terminais estarem apresentados na ordem acima, vale ressaltar que para cada modelo de transistor a posição dos terminais pode se alterar, sendo preciso verificar no Datasheet do mesmo qual é a posição real de cada um.

Agora que já temos uma visão geral sobre o que é um transistor, vamos começar a entender o seu funcionamento. Primeiramente é importante dizer que existem diversas “configurações” possíveis de serem feitas para trabalhar com este componente. Neste artigo falaremos sobre uma delas e em artigos posteriores nos aprofundaremos em outras. No “vocabulário técnico”, estas configurações são conhecidas como “polarização do transistor”. Entre as diversas formas de polarização uma bastante utilizada é a “Polarização com Emissor Comum”. Um circuito com transistor utilizando este tipo de polarização é mostrado a seguir:

 

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Figura 2 – Circuito com transistor polarizado com “Emissor Comum”.

Neste circuito podemos notar que o terminal Emissor esta conectado tanto ao terra da fonte V1, quanto ao terra da fonte V2. Por esse motivo esta polarização é chamada de “Emissor Comum”. Para entendermos o funcionamento do circuito primeiramente vamos identificar todas as correntes que circulam pelo mesmo. A figura abaixo destaca cada uma delas:

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Figura 3 – Correntes que circulam pelo transistor.

Na figura 3 notamos a presença de três correntes. Uma que circula pelo terminal Base do transistor, chamada de Ib, outra que passa pelo terminal Coletor chamada Ic e mais uma que circula pelo terminal Emissor chamada Ie. Resolver este circuito significa determinarmos as expressões numéricas para cada uma das correntes, de modo que possamos, posteriormente, atribuir valores para os resistores e fontes de alimentação do circuito para obtermos os valores numéricos das correntes.

Vamos começar identificando a expressão para a corrente de base Ib. Internamente um transistor funciona como se fosse dois diodos, sendo a junção entre o terminal Base e o Emissor um desses diodos e a junção entre o terminal Base e Coletor outro. A corrente que entra pela Base (Ib)  junta-se à corrente de Coletor (Ic) gerando a corrente de Emissor (Ie). Deste modo, a partir da fonte V1, a corrente Ib passa pelo resistor R1, depois pelo transistor e sai pelo terminal Emissor, retornando à fonte V1 pelo terra. No meio deste caminho, ocorre uma queda de tensão de aproximadamente 0,7V na junção Base/Emissor, pois ela funciona como se fosse um diodo (nesse caso um diodo de silício). A tensão na junção Base/Emissor é chamada de Vbe. Considerando este percurso como sendo um circuito isolado teremos algo semelhante à figura abaixo:


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Figura 4 – Circuito equivalente da malha da Base do transistor.

Resolver um circuito como esse é bastante simples, de modo que a corrente de Base (Ib) pode ser obtida a partir da seguinte expressão:  Ib = (V1 – Vbe) / R1

No início deste artigo foi dito que um transistor é capaz de amplificar uma corrente aplicada em sua Base, de modo que a corrente presente no Coletor seja uma versão amplificada de Ib. Para que isto seja possível, todo transistor possui um parâmetro que é o seu “fator de amplificação”. Na maioria dos Datasheets esse parâmetro é chamado de Hfe. Trata-se de um valor numérico que indica a quantidade de vezes que uma corrente aplicada na Base do transistor é amplificada. Para exemplificar, suponha um transistor com Hfe igual a 100. Isso significa que qualquer corrente aplicada na Base do transistor será multiplicada por 100 e a mesma aparecerá amplificada no Coletor do componente. Sendo assim, calcular a corrente Ic no circuito de “Polarização com Emissor Comum” exige que se conheça o Hfe do componente.

 

A expressão de Ic é a seguinte: Ic = Hfe x Ib

 

A corrente no Emissor é a soma de Ib com Ic, ou seja: Ie = Ic + Ib. Contudo, como a corrente de Base é muito menor que a corrente de Coletor podemos considerar que Ie é aproximadamente igual a Ic.

 

A expressão para Ie é a seguinte: Ie = Ic

 

Em alguns circuitos pode ser necessário conhecermos a tensão existente entre os terminais Coletor e Emissor, chamada de Vce. Como a malha por onde passa a corrente Ic está alimentada pela tensão V2 e já temos calculada a corrente Ic torna-se simples obtermos Vce. Primeiro devemos identificar qual é a queda de tensão no resistor R2 (Vr2).

 

Pela lei de Ohm sabemos que: Vr2 = R2 x Ic

 

Pela lei das tensões de Kirchhoff sabemos que a soma de todas as tensões da malha do coletor deve ser igual a zero; sendo assim:

 

V2 + Vr2 + Vce = 0

 

Isolando Vce chegamos à expressão que nos fornece seu valor: Vce = V2 – Vr2 ou Vce = V2 – (Ic x R2)

 

Após toda essa análise obtemos o circuito abaixo com todas as suas expressões deduzidas:

 


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Figura 4 – Circuito com as expressões para as correntes e tensões deduzidas.

Espero que você tenha gostado do artigo e fique de olho em nosso site, pois em breve novos artigos abordando outras formas de polarização do transistor serão publicados.

 

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