O que é um Transistor – Parte 2 (Teoria e Prática)

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Como citar esse artigo: VERTULO, Rodrigo Cesar. O que é um Transistor – Parte 2 (Teoria e Prática). Disponível em: <http://labdeeletronica.com.br/desvendando-os-transistores-parte-2/>. Acessado em: 14/10/2024.

No artigo “Desvendando os Transistores – Parte 1” falamos sobre a utilização dos transistores na configuração “Emissor Comum”. Foi apresentada uma introdução sobre este componente e foi dito que ele é capaz de amplificar uma corrente aplicada em sua base, apresentando a mesma em seu coletor multiplicada por um fator chamado “Hfe”. Da forma como foi apresentado pode-se ter a impressão que independentemente do valor da corrente de base (Ib), sempre teremos uma corrente de coletor (Ic) correspondente a Hfe x Ib. Contudo, esse raciocínio não é totalmente verdadeiro. Devemos nos lembrar que a malha do coletor é alimentada por uma fonte V2 e que o resistor Rc é ligado à mesma. Desse modo, existe uma limitação para o maior valor de corrente permitido no coletor. Quando nosso circuito gera um valor de corrente de coletor maior do que esse limite, dizemos que o transistor esta saturado. No circuito abaixo podemos notar a malha do coletor em destaque, alimentada pela fonte V2 e com o resistor Rc.

Figura 1 – Circuito com transistor destacando a malha do coletor.

Quando obtemos a máxima corrente Ic a tensão entre o coletor e emissor, chamada Vce, cai para aproximadamente zero; com isso, o valor máximo de Ic pode ser obtido a partir da expressão:

Ic = V2/Rc

Isso significa que mesmo que o valor Hfe do transistor seja enorme, quando o mesmo é multiplicado pela corrente de base Ic obteremos no coletor uma corrente cujo valor máximo é limitado pela expressão apresentada, já que ao atingir esse valor o transistor passará a ficar saturado. Por outro lado, quando interrompemos a alimentação na base fazemos com que a corrente Ib passe a valer zero. Como a corrente de coletor Ic depende do valor de Ib, a mesma também passa a valer zero e o transistor entra em corte, fazendo com que a tensão entre o coletor e emissor (Vce) assuma o valor da fonte V2. Toda essa explicação é referente a um tipo de aplicação muito comum nos circuitos transistorizados, que é o seu uso como “chave”. Quando o mesmo esta saturado ele se comporta como uma chave fechada e ao entrar em corte como uma chave aberta. Muito utilizado em circuitos digitais, o transistor como chave nos permite ativar ou desativar uma carga ligada ao seu coletor de modo que possamos controlar exatamente o valor da corrente Ic quando o mesmo estiver saturado ou em corte, isolando o circuito de controle ligado à base. Para exemplificar, suponha o circuito abaixo:

Figura 2 – Exemplo de circuito com transistor como chave.

Suponha que o Circuito de controle seja um oscilador que gere pulsos quadrados com uma frequência de 1Hz. Desse modo, espera-se que a cada 1 segundo a Base do transistor seja acionada acendendo o conjunto de Leds que formam a figura de um coração. Quando a base do transistor estiver com nível lógico zero os Leds se apagarão. Este circuito, portanto, é um pisca-pisca em forma de coração. Suponha também que o Circuito de controle seja capaz de fornecer no máximo 50 mA de corrente e 5V de tensão em sua saída e que cada Led precisa de 15mA para apresentar um bom brilho. Como temos 12 Leds, o consumo total do circuito será de 180mA, um valor muito maior do que aquele que pode ser fornecido pelo Circuito de controle, inviabilizando a ligação dos Leds direto no mesmo, sob risco de queimá-lo. Neste caso, ligamos todos os Leds na malha do coletor de modo que possamos determinar o valor do resistor Rc e de V2 para que possamos fornecer para cada Led os 15mA de que precisa para acender. Por exemplo, suponha que a fonte de alimentação V2 seja igual a 12V e que nosso transistor tenha um Hfe de 25. Para que tenhamos 180mA passando pelo resistor Rc utilizamos o seguinte raciocínio:

Ic = Hfe x Ib

180mA = 25 * Ib

Ib = 180mA / 25

Ib = 7,2mA

ou seja, precisamos de uma corrente de 7,2mA na base do transistor para que a corrente de coletor seja de aproximadamente 180mA. Como 7,2mA é inferior ao máximo permitido pelo Circuito de controle (50mA), não correremos o risco de destruí-lo. Para que tenhamos os 7,2mA na base do transistor precisamos determinar o valor do resistor Rb. Já vimos como fazer isso no artigo anterior. Como a tensão fornecida pelo Circuito de controle é 5V e a tensão Vbe do transistor utilizado é 0,7V, temos:

Ib = (5 – 0,7)/Rb

7,2mA = 4,3/Rb

Rb = 4,3/7,2mA

Rb = 597 Ohms (adotaremos 600 Ohms)

Agora que já temos o valor da tensão e do resistor de base, precisamos determinar o valor do resistor Rc. Sabemos que precisamos de uma corrente de aproximadamente 180mA no coletor para que seja possível fornecer 15mA para cada um dos Leds. Também sabemos que a fonte V2 é de 12V e que a queda de tensão nos Leds ligados em paralelo é de 2V. Sendo assim, pela lei de Ohm temos:

Ic = (12-2)/Rc

180mA = 10/Rc

Rc = 10/180mA

Rc = 55,56 Ohms (adotaremos 56 Ohms)

Ou seja, se alimentarmos a malha do coletor com 12V e o resistor Rc for de 56 Ohms, teremos aproximadamente os 180mA necessários para alimentar os Leds. Contudo, é preciso verificar se a potência dissipada no transistor não excederá seu valor máximo permitido. Para determinar o valor da potência no transistor fazemos o seguinte:

P = V2 x Ic

P = 12 x 180mA

P = 2,16W

Precisamos procurar no Datasheet do transistor se esse valor de potência esta abaixo do valor máximo permitido pelo mesmo. Se o valor estiver abaixo, terminaremos com o seguinte circuito:

Figura 3 – Circuito com transistor como chave de um pisca pisca de coração.

Para quem deseja montar um circuito funcional, o Circuito de controle pode ser projetado com um CI 555 configurado como astável com uma frequência de 1Hz e o transistor utilizado neste circuito foi o TIP31. É importante que o resistor Rc seja capaz de suportar a potência calculada (2,16W). Nesse caso, um resistor de 3W é suficiente.

Abaixo apresento um protótipo do circuito montado em protoboard em funcionamento.

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