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O que é um Transistor – Parte 3


Nos artigos anteriores desta série (parte 1 e parte 2) pudemos compreender o que são transistores e aprender a utilizá-los em uma de suas “configurações” mais comuns, que é com a “Polarização com Emissor Comum”. Apesar desta configuração funcionar muito bem em diversas situações, ela sofre de um problema sério. A “Polarização com Emissor Comum” faz uso do ganho do transistor (Hfe) para que a corrente de coletor (IC) possa ser determinada. Isso não seria problema se os fabricantes pudessem garantir que todos os transistores de um determinado modelo que são fabricados possuíssem o mesmo ganho. Contudo, isso não é possível! O parâmetro de ganho Hfe é um valor compreendido entre uma faixa de valores possíveis; por exemplo, encontramos nos Datasheets o valor típico de ganho, valor máximo e valor mínimo para diversas tensões. Contudo, estes valores são esperados e não garantidos. Mas por que isso acontece? Durante a fabricação dos transistores podem ocorrer pequenas variações de processo que acabam fazendo com que não seja possível tornar todos os transistores exatamente iguais, nem fixar um valor de Hfe imutável. Além disso, os semicondutores (e os transistores são componentes fabricados com elementos semicondutores) podem sofrer variações em suas características de acordo com a temperatura. No caso dos transistores, o ganho pode ser alterado de acordo com sua temperatura de operação. Tendo em vista todos esses fatores, é necessária a utilização de uma outra configuração de polarização para que o parâmetro Hfe e suas variações não interfiram no funcionamento de um circuito. Para isso existe a “Polarização por Divisor de Tensão”.

Antes de prosseguir com a leitura deste artigo é preciso que você saiba o que é e como funciona um divisor de tensão. Se você ainda não conhece este circuito recomendo a leitura do artigo “Entendendo os Divisores de Tensão” disponível aqui no “Laboratório de Eletrônica”.

 

Para começarmos a análise da “Polarização por Divisor de Tensão” vamos considerar o circuito a seguir:

 

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Figura 1 – Polarização por Divisor de Tensão.

O circuito da Figura 1 mostra a configuração típica da “Polarização por Divisor de Tensão”. Neste circuito, os resistores R1 e R2 formam um divisor de tensão, de modo que a base do transistor tem sua tensão determinada pela queda de tensão em R2. O valor da tensão aplicada na base do transistor é dada por:

VB = V x (R2 / (R1+R2))

Devemos nos lembrar que a junção Base/Emissor de um transistor funciona como se fosse um diodo (isso foi explicado na parte 1 desta série), deste modo, a tensão aplicada no resistor RE é dada por:

VE = VB – 0,7 (considerando que a queda de tensão VBE seja igual a 0,7V – este valor pode ser encontrado no Datasheet do componente)

Agora que temos a tensão VE aplicada no resistor RE, podemos aplicar a lei de Ohm para sabermos a corrente que passar por ele:

IE = VE / RE

Mas lembremos que a corrente do emissor IE é aproximadamente igual à corrente do coletor IC (também analisamos isso na parte 1 desta série), portanto:

IC = IE

Além disso, tendo a corrente IC, podemos calcular a tensão aplicada no resistor RC. Mais uma vez, pela lei de Ohm:

VRC = IC x V (note que o coletor do circuito esta sendo alimentado pela fonte V)

Depois de termos extraído todas as expressões anteriores, podemos facilmente determinar a expressão da junção VCE utilizando a lei das tensões de Kirchhoff:

VCE = V – VE – VRC

Com isso, temos o circuito resolvido conforme mostrado a seguir:

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Figura 2 – Circuito de Polarização por Divisor de Tensão resolvido.

Podemos notar pelas analises realizadas que em nenhum momento o ganho Hfe do transistor foi utilizado. Deste modo, todo o dimensionamento dos componentes do circuito pode ser feito sem que fosse necessário nos preocupar com as variações inerentes a esse parâmetro.

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