Malvino Vol 1 - 07 - Fundamentos De Transistores

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Capítulo 7 + FUNDAMENTOS DETRANSISTORES o circuito EC discutido no Capítulo 6 é chamado polarizaçãoda baseporque ele é projetado para um valor fixo específico de corrente da base. Embora seja muito usado em circuitos digitais e chaveamentos, ele tem um defeito que impede seu uso difundido como amplificador. Que defeito é esse? É o ganho de corrente! Seu funcionamento depende muito do ganho de corrente do transistor que, por sua vez, varia com a corrente do coletor, com a temperatura e mesmo com a substituição de outro transistor. A natureza desse problema e sua solução são os objetivos deste capítulo. Após o estudo deste capítulo, você deverá ser capaz de: 244 ~ Explicar ~ Identificar o ponto de saturação e o ponto de corte para um dado circuito com polarização da base. ~ Calcular o ponto Q para um dado circuito com polarização da base. ~ Desenhar um circuito com polarização do emissor e explicar por que ele funciona bem em circuitos amplificadores. ~ Demonstrar como montar e testar circuitos com transistores. por que a polarização da base não funciona bem nos circuitos de amplificação. ...~ I Capo7 7.1 (1- Fundamentos de transistores 245 ASVARIAÇÕES NOGANHODECORRENTE Por causa das tolerâncias de fabricação, o ganho de um transistor pode variar numa faixa de até 3:1 quando você troca de um transistor para outro do mesmo tipo. Por exemplo, a folha de dados do 2N3904 fornece um hFEmínimo de 100 e um máximo de 300 quando a corrente no coletor é de 10 mA. Se você produzir um circuito em massa (milhares de circuitos do mesmo tipo) com o 2N3904, observará que alguns dos transistores têm um ganho de corrente tão baixo quanto 100, enquanto outros têm um ganho de corrente tão alto quanto 300. Existem dois outros fatores que afetam o ganho de corrente do transistor. A Figura 7.1 mostra o gráfico do ganho de corrente mínimo de um 2N3904. Observe que o ganho de corrente depende do valor da corrente no coletor e da temperatura na junção. Conforme você pode ver, o ganho de corrente varia demasiadamente. hFE 200 t - 125°C 25°C 100 70 -55"C 50 30 20 10 Figura7.1 0,1 1,0 o ganho de corrente. 10 100 200 Ic (mA) 246 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 Exemplo7;~ de 3:1 deste palavras, t:rans~stor. Tenha 7.2 A RETADECARGA Uma reta de carga é uma linha que corta as curvas características do coletar para mostrar cada um dos possíveis pontos de operação de um transistor. Por exemplo, a Figura 7.2 mostra um circuito com polarização da base com uma tensão de coletor de 15 V e uma resistência de coletor de 3 kQ. À direita do diagrama do circuito está o gráfico das curvas do coletor. A reta de carga é a linha desenhada entre os pontos de 5 mA no eixo vertical e de 15 V no eixo horizontal. Cap.7 247 Fundamentos de transistores Por que usamos essa reta de carga? Porque ela contém todos os pontos possíveis de operação desse circuito. Dito de forma diferente, quando a resistência na base varia de zero a infinito, a corrente no coletor e a tensão coletor-emissor variam. Se você plotar cada par de valores Ic e V CE'obterá uma seqüência de pontos de operação que repousam sobre a reta de carga. Portanto, a reta de carga é um recurso visual dos possíveis pontos de operação do transistor. Ic I mA 7 .... 3kQ 6 5 4 3 - - -- 2 1 15 V Figura7.2 A reta VCE de carga. l oPontode Saturação o pontode saturação é o ponto onde a reta de carga intercepta a região de saturação das curvas do coletor. Como a tensão de saturação coletor-emissor é muito pequena, o ponto de saturação é quase idêntico ao ponto superior da reta de carga. Daqui em diante, consideraremos o ponto de saturação como sendo o ponto superior da reta de carga, tendo sempre em mente que existe um ligeiro erro. O ponto de saturação diz qual é a máxima corrente do coletor possível para esse circuito. Por exemplo, a máxima corrente do coletor possível na Figura 7.2 é de cerca de 5 mA. Se trocarmos a tensão de alimentação do coletor ou a resistência do coletor, obteremos um ponto de saturação diferente. Existe um modo fácil de calcular o ponto de saturação da corrente. Visualize um curto-circuito entre o coletor e o emissor da Figura 7.2. V CEcai a zero. Toda a tensão de 15V da fonte do coletor aparecerá no resistor de 3 kQ. Logo, a corrente no resistor do coletor é de 248 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 15 V = 5 mA Ic = 3 kQ Você pode aplicar esse método para qualquer circuito com polarização da base. Visualize um curto entre os terminais coletor-emissor do transistor. Depois, calcule a corrente do coletor que existe com essa condição. Aqui está a fórmula para circuitos com polarização da base: Vs (7.1) Iqsat) = Rc Ela diz que o valor saturado da corrente do coletor é igual à tensão de alimentação do coletor dividida pela resistência do coletor. Lembre-se de que essa fórmula é aplicada apenas para circuito com polarização na base mostrado na Figura 7.2. o Ponto de Corte o ponto de corte é o ponto onde a reta de carga intercepta a região de corte das curvas do coletor. Como a corrente do coletor no corte é muito pequena, o ponto de corte é quase idêntico ao ponto inferior da reta de carga. De agora em diante, consideraremos o ponto de corte como sendo o ponto inferior da reta de carga. O ponto de corte diz qual é a tensão coletor-emissor máxima possível para o circuito. Na Figura 7.2, a tensão coletor-emissor máxima possível é de aproximadamente 15 V,o valor da fonte de alimentação do coletor. Se mudarmos a tensão de alimentação do coletor na Figura 7.2, obteremos um ponto de corte diferente. Existe um modo simples de encontrar a tensão de corte. Visualize na Figura 7.2 o transistor aberto internamente entre o coletor e o emissor. Como não há corrente no resistor do coletor por causa dessa condição de aberto, toda a tensão de 15 V da alimentação do coletor aparecerá no terminal do coletor. Logo, a tensão entre o coletor e o terra será igual a 15 V.Como o emissor está aterrado, a tensão coletor-emissor tem o mesmo valor da tensão coletor-terra: V CE = 15 V Aqui está a fórmula para a tensão de corte da Figura 7.2: V CE(corte) = V CC (7.2) Capo 7 Fundamentos de transistores 249 Exemplo7.3 que Solução colet viSUé coletor.Uma nova reta de 7.4, Exemplo Suponha kQ. O que Solução 7.3 o PONTODE OPERAÇÃO Todo circuito com transistor tem uma reta de carga. Dado um circuito qualquer, você determina a corrente de saturação e a tensão de corte. Esses valores são plotados nos eixos vertical e horizontal. Depois, você desenha uma reta passando por esses dois pontos para obter a reta de carga. 250 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Plotando OPonto Cap.7 a A Figura 7.3 mostra um circuito com polarização da base com uma resistência de 500 kQ. Obtemos a corrente de saturação e a tensão de corte pelo processo dado anteriormente. Primeiro, visualize um curto entre os terminais do coletor e do emissor. Então, toda a tensão de alimentação do coletor aparece no resistor do coletor, o que significa que a corrente de saturação é de 5 mA. Segundo, visualize os terminais entre o coletor e o emissor abertos. Não há corrente e toda a tensão de alimentação aparece nos terminais coletor-emissor, o que significa que a tensão de corte é de 15 V. Se plotarmos a corrente de saturação e a tensão de corte podemos desenhar a reta de carga mostrada na Figura 7.3. Ic mA 7 3kQ 6 5 4,5 3 - - 115V - 42 1,5 1 1,5 V Figura7.3 6V 10,5 V 15 V VCE Plotando o ponto Q. Vamos dar um tratamento simples por enquanto, supondo que o transistor seja ideal. Isso significa que toda a tensão de alimentação da base aparecerá no resistor da base. Logo, a corrente na base será de IB = 300 15 kQ V = 30 !-tA Não podemos continuar a não ser que tenhamos o valor do ganho de corrente. Suponha que o ganho de corrente do transistor seja de 100. Então, a corrente no coletor é de IC = 100(30 !-tA)= 3 mA Capo7 Fundamentosde transistores 251 Essa corrente circulando pelo resistor de 3 kQ produz uma queda de tensão de 9 V no resistor do coletor. Quando você subtrair esse valor da tensão de alimentação do coletor, obterá a tensão nos terminais do transistor. Aqui estão os cálculos: VCE = 15V - (3mA)(3kQ) = 6V Plotando o ponto de 3 mA e de 6 V (a corrente e a tensão do coletor), obtemos o ponto de operação mostrado na reta de carga da Figura 7.3. O ponto de operação é denominado ponto Q porque ele é sempre chamado ponto quiescente.l PorQueo Pontoa Varia Havíamos suposto que o ganho de corrente era de 100.O que aconteceria se o ganho de corrente fosse de 50? E se fosse de 150?Para começar, a corrente da base seria a mesma, porque o ganho de COrrente não tem efeito sobre a corrente da base. ldealmente, a corrente da base seria de 35 !tA. Quando o ganho for de 50, IC = 50(30 !tA) = 1,5 mA a tensão coletor-emissor será V CE = 15 V - (1,5 mA)(3 kQ) = 10,5V Plotando os valores obtemos o ponto de baixo, QI/ mostrado na Figura 7.3. Se o ganho de corrente fosse de 150, então IC = 150(30 !tA) = 4,5 mA e a tensão coletor-emissor seria VCE = 15 V - (4,5 mA)(3 kQ) = 1,5 V Plotando esses valores, obtemos o ponto de cima QHmostrado na Figura 7.3. 1 Quiescente significa quieto, estável ou em repouso. 252 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Capo 7 As Fórmulas As fórmulas para o cálculo do ponto Q são dadas a seguir: VBB IB = - (7.3) VBE RB (7.4) IC = ~ccIB VCE = Vcc - Ic Rc (7.5) 7.5 Exemplo Suponha que a resistência da basenaFigUra~.3aumente com a tensão coletor-emissor se ~ccfor de 100? para 1 MO. O que acontece Solução ldealmente, a corre;J;1tena base.d~Í;J;1Wria para 15. !-tA,a corrente no coletar diminuiria para 1,5 mA e a tensão coletor-emissor aumentaria para VCE...,15 ',...(1,5 mA)'(3 }(Q)... 10,5V Numa segunda aproxiJ:ngção, acon;en~ napage dimi;J;1uiriapara 14,3 !-tAe a corrente no coletar diminuiria para T4,3tnA. AtenSão coletor-emissot aumentaria para VCE"'" 1~ -(1,43mA,(3kO) 7.4 A PROVADA = 10,7 V RETA DE CARGA Você deve estar querendo saber de onde vem a reta de carga e por que devemos usá-Ia. Especificamente, você deve estar querendo saber por que a reta de carga representa todos os pontos de operação possíveis. I J Cap.7 Fundamentos de transistores 253 A ProvaExperimental Se você quer uma prova experimental da reta de carga, monte o circuito da Figura 7.4. Depois, varie a resistência da base de zero ao infinito. À medida que faz isso, meça a corrente no coletor e a tensão coletor-emissor. Se você plotar cada ponto de operação, obterá uma linha reta passando por estes dois pontos: IC = 5mA e V CE = O V IC = O e V CE = 15 V e Ic mA 7 3kQ 6 5 3 - - - 2 1 15 V VCE Figura7.4 A reta de carga. Em outras palavras, a reta de carga é um fato experimental. Quando você plota cada valor da corrente do coletor e da tensão coletor-emissor, obtém sempre um ponto que repousa sobre a linha reta que chamamos de reta de carga. A ProvaMatemática A prova matemática de que a reta de carga baseia-se no conceito de uma equação linear é seu gráfico. Qualquer equação da forma Ay + Bx = C 254 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.7 é chamada equaçãolinear.Podemos provar que o gráfico de uma equação linear é uma linha reta, como mostra a Figura 7.5. Se você estiver interessado em mais detalhes, veja os "Tópicos Opcionais". y c A x Figura7.5 7.5 Os interceptos vertical e horizontal. IDENTIFICANDO A SATURAÇÃO Quando você vê um circuito com transistor, geralmente não pode dizer de imediato se ele está operando na região ativa ou de saturação. Esta seção discute dois métodos para identificar a saturação. Reduçãoao Absurdo Aqui está um método para analisar um novo circuito. Suponha que o transistor esteja operando na região ativa e observe se há alguma contradição. Os técnicos em manutenção e os projetistas usam essa técnica, conhecida como reduçãoaoabsurdo,porque ela mostra rapidamente o ponto de operação do transistor. Aqui está o processo: - 1. Suponha que o circuito opera na região ativa. 2. Faça seus cálculos. 3. Se aparecer algum valor absurdo nos seus cálculos, a suposição é falsa. Cap.7 Por Fundamentos de transistores 255 exemplo, a Figura 7.6 mostra um circuito com polarização da base. Suponha que você queira saber qual é a tensão coletor-emissor. Então, proceda como segue: a corrente na base é idealmente de 0,1 mA. O ganho de corrente de 50 aplica-se apenas à região ativa. Supondo que o transistor esteja operando na região ativa, a corrente no coletor é IC = 50(0,1 mA) = 5 mA e a tensão coletor-emissor é VCE = 20 V - (5 mA)(10 kQ) = -30 V Essa resposta é impossível. A tensão coletor-emissor não pode ser negativa quando o transistor opera na região ativa. Obtemos um resultado absurdo porque havíamos suposto uma operação na região ativa. Na realidade, o transistor está na saturação. 10 Q =50 /3cc \. Figura7.6 - + -=-20V r- Identificando a saturação. OutroMétodo Comece calculando a corrente de saturação do coletor da Figura 7.6: 20V = 2mA IC(sat)= 10 kQ Esse é o máximo valor possível, porque ele ocorre no ponto de cima da reta de carga. Além desse ponto, o transistor entra em saturação. t I I A corrente da base é idealmente de 0,1 mA, já calculado anteriormente. Supondo um ganho de corrente de 50, conforme mostrado, a corrente no coletor é -- 256 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.7 IC = 50(0,1 mA) = 5 mA Mas isso é maior do que o valor da corrente de saturação de 2 mA. Logo, o transistor deve estar saturado. o Ganhode Correntena Regiãode SaturaçãoÉMenor Quando você está obtendo o ganho de corrente, ele é geralmente para a região ativa. Por exemplo, o ganho de corrente na Figura 7.6 aparece mostrado como sendo de 50, Isso significa que a corrente do coletor será 50 vezes a corrente da base, considerandose que o transistor esteja operando na região de saturação. Quando um transistor está saturado, o ganho de corrente é menor do que o ganho de corrente na região ativa. Você pode calcular o ganho de corrente saturado conforme segue: IC(sat) I3cc(sat) (7.6) =~ Na Figura 7.6, o ganho de corrente saturado é 2 mA = 20 I3cc(sat)= 0,1 mA A SaturaçãoForte Quando um transistor está saturado, o ponto Q está próximo do ponto superior da reta de carga (veja a Figura 7.7). Nesse ponto de operação, a corrente do coletor é máxima. Nada que você faça pode aumentar a corrente do coletor. Por exemplo, você pode aumentar a corrente da base, mas a corrente do coletor permanecer em IC(sat)'A única coisa que muda com o aumento na corrente da base é o ganho de corrente: ele diminui quando a corrente da base aumenta. Por exemplo, o ganho de corrente saturado da Figura 7.6 é 20, já calculado anteriormente. Suponha que mudemos a resistência da base para 50 kQ. Então, a corrente da base aumenta para 0,2 mA e o ganho de corrente saturado diminui para 2 mA = 10 I3cc(sat)= 0,2 mA Cap.7 Um Fundamentos de transistores 257 projetista que deseje que um transistor opere na região de saturação escolhe sempre uma resistência da base que produza um ganho de corrente saturado de 10. Isso é chamado saturaçãoforte, porque existe corrente da base mais do que suficiente para saturar o transistor. Para o transistor da Figura 7.6, ele usa apenas mA = 0,04 mA IB = 2 50 para saturar o transistor. Logo, a corrente da base de 0,2 mA aciona o transistor com uma forte saturação. Por que um projetista usa a saturação forte? Lembre-se de que o ganho de corrente altera-se com a corrente do coletor, variação na temperatura e substituição do transistor. Para ter certeza de que o transistor não sairá da região de saturação com baixas correntes do coletor, baixas temperatura etc., o projetista usa a saturação forte para garantir a saturação do transistor sob qualquer condição de operação. De agora em diante, saturaçãoforte se referirá a qualquer projeto que faça com que o ganho de corrente saturado seja de aproximadamente 10. Já a saturaçãoleve se referirá a qualquer projeto que faça com que o transistor seja levemente satura do, isto é, no qual o ganho de corrente saturado é apenas um pouco menor do que o ganho de corrente na região ativa. Ic r IC(sat) VCE Figura7.7 A reta de carga obtida pelos pontos extremos. 258 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 Identificandoa SaturaçãoFortede Imediato Aqui está como você pode dizer rapidamente se o transistor está na região forte. Na maioria das vezes, a tensão de alimentação da base e a tensão de alimentação do coletor são iguais: V BB = Vcc. Quando for esse o caso, o projetista usa uma regra de 10:1,que diz que a resistência da base é aproximadamente 10vezes maior que a resistência do coletor. A Figura 7.8 foi projetada usando-se a regra de 10:1. Logo, se você vir um circuito com uma razão de 10:1(RBpara Rd, pode supor que ele está saturado. Ysaída lOkQ 10 V -==- ~Figura1.8 - A saturação forte. Exemplo 7.6 Suponha que a resiStência da"ase continua saturado? da FigDí1'a aumente para 1 MO. O transistor Solução Suponha que o transistor esteja opetando na região ativa e observe se há alguma contradição. Idealmente, a corrente na base é 10V dividido por 1 MO, ou seja, 10!tA. A corrente no coletor é 50 vezes 10 ""A,ou seja, 0,5 mA. Essa corrente produz uma queda de .5V no re~torid~ co~~tor.~~btr.do\~.dos:ZO V,obtemos V CE = 15 V Não há contradição aqui. Se o b:'ansistore§tive~esaturado, obteríamos um número negativo no cá.lcuIÔiOu. ~sm(!ji.K!)V:~~môi~bti~osjm5 V,sabemos que o transistor está operando na região ativa. --- Capo 7 Fundamentos de transistores 259 SoluçAo Suponha contrai vamos Com~e curto kO. J:.corrente na corrente.no Ex,iste mA porquE!, ponto é o corrente l não pode ser maior que 4 que pode mudar esse ~dEltU mA, mas o ganho de tem dois ganhos de O segundo é igualou ! 7.6 o TRANSISTORCOMOCHAVE A polarização da base é útil em circuitosdigitaisporque esses circuitos geralmente são projetados para operar na região de saturação e no corte. Por isso, eles têm uma tensão de saída baixa ou uma tensão de saída alta. Em outras palavras, nenhum dos pontos Q é usado, saturação ou corte. Por essa razão, as variações no ponto Q não são importantes, pois o transistor permanece na saturação ou no corte quando o ganho de corrente varia. Aqui está um exemplo do uso de um circuito com polarização da base para chavear entre a saturação e o corte. A Figura 7.8 mostra um exemplo de um transistor com uma saturação forte. Portanto, a tensão de saída é de aproximadamente OV. Isso significa que o ponto Q está no ponto superior da reta de carga. 260 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Capo7 Quando a chave abre, a corrente da base cai a zero. Por isso, a corrente do coletor cai a zero. Sem corrente no resistor de 1 kQ, toda a tensão de alimentação do coletor aparece entre os terminais coletor-emissor do transistor. Logo, a tensão de saída aumenta para +10 V. O circuito pode ter apenas duas tensões de saída: O ou +10 V. É a~im que identificamos um circuito digital. Ele tem apenas dois níveis de tensão de saída: baixo ou alto. Os valores exatos dos dois níveis de tensão não são importantes. Tudo o que importa é que você pode distinguir os níveis como baixo ou alto. Os circuitos digitais são sempre chamados circuitos dechaveamentoporque seu ponto Q fica restrito entre dois pontos da reta de carga. Na maioria dos projetos, os dois pontos são saturação e corte. Um outro nome também usado é circuito de dois estados, referindo-se aos dois níveis de tensão de saída, baixo e alto. de fuga do saturação do o coletor e o Cap.7 7.7 Fundamentos de transistores 261 A POLARIZAÇÃO DO EMISSOR Os circuitos digitais são os tipos de circuitos usados nos computadores. Nessa área, a polarização da base e os circuitos derivados da polarização da base são úteis. Mas na amplificação, precisamos de circuitos cujos pontos Q sejam imunes às variações do ganho de corrente. A Figura 7.9 mostra uma polarizaçãodo emissor.Como você pode ver, o resistor da base foi retirado e ligado no circuito emissor. Essa alteração modifica completamente o funcionamento do circuito. O ponto Q nesse novo circuito é agora estável. Quando o ganho de corrente muda de 50 para ISO,o ponto Q quase não se desloca ao longo da reta de carga. Rc + - Vcc + I RE y V"1 Figura7.9 ,;, - - A polarização do emissor. A IdéiaBásica A tensão de alimentação da base agora está aplicada diretamente na base. Portanto, um técnico em verificaçãode defeitos verá que VBB está aplicada entre a base e o terra. O emissor não está mais aterrado. Agora, o emissor está num potencial acima do terra e tem uma tensão dada por VE = VBB - VBE (7.7) Você pode usar qualquer uma das três aproximações aqui. Se V BB for maior que 20 vezes V BE' a aproximação ideal será precisa. Se V BB for menor que 20 vezes V BE' você pode usar a segunda aproximação. 262 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 1 kQ /3cc= 100 -- Figura7.10 + -=- 15V i..L 5V-=- 1 I t2'2 - I -- Exemplo de polarização do emissor. a Calculandoo ponto Vamos analisar o circuito de polarização do emissor da Figura 7.10. A tensão de polarização da base é de 5 V apenas, assim, usamos a segunda aproximação. A tensão entre a base e o terra é de 5 V.Daqui para a frente, vamos nos referir à tensão base-terra como tensão da base, ou VB.A tensão entre os terminais base-emissor é de 0,7 V.Vamos nos referir a essa tensão como tensão base-emissor, ou VBE' A tensão entre o emissor e o terra é chamada tensãodo emissor.Ela é igual a VE = 5V - O,7V = 4,3 V Essa tensão está aplicada no resistor do emissor, assim, podemos usar a lei de Ohm para calcular a corrente no emissor: I - 4,3 V E - 2,2 kQ = 1,95 mA Isso significa que a corrente do coletor é de 1,95 mA com uma boa aproximação. Quando essa corrente do coletor circular através do resistor do coletor, ela produzirá uma queda de tensão de 1,95 V.Subtraindo esse valor da tensão de alimentação do coletor obtemos a tensão entre o coletor e o terra: Vc = 15 V - (1,95 mA)(l kQ) = 13,1 V Daqui para a frente, vamos nos referir à tensão coletor-terra como tensão do coletor. Cap.7 Fundamentos de transistores 263 Essa é a tensão que um técnico em manutenção deve medir quando testar um circuito com transistor. Um dos terminais do voltímetro deve ser conectado ao coletor e o outro terminal deve ser conectado ao terra. Se você quiser a tensão coletor-emissor, deve subtrair a tensão do emissor da tensão do coletor, como segue: V CE = 13,1V - 4,3 V = 8,8 V Portanto, o circuito de polarização do emissor da Figura 7.10 tem um ponto Q com estas coordenadas: Ic = 1,95 mA e VCE = 8,8 V. A tensão coletor-emissor é a tensão usada para desenhar as retas de carga e para a interpretação das folhas de dados do transistor. Transformado em fórmula, V CE = V C - VE (7.8) Normalmente, um técnico em verificação de defeito não mede a tensão coletor-emissor diretamente, porque o terminal comum de muitos multímetros fica aterrado internamente. Por que isso é um problema? Porque conectando o terminal positivo do voltímetro no coletor e o terminal comum no emissor,pode-se curto-circuitaro emissore o terra.Isso forneceuma leitura incorreta. ç; Portanto, o modo usual de um verificador de defeitos obter a tensão coletoremissor é por meio de um processo de três etapas: 1. Meça a tensão coletor-terra, 2. Meça a tensão emissor-terra, 3. Subtraia VE de Vc para obter VCE. V c. VE. Lembre-se sempre disso. Caso contrário, você pode obter falsas leituras quando estiver verificando defeitos ou testando circuitos. o CircuitoÉ Imuneàs Variaçõesno Ganhode Corrente Aqui está o porquê da preferência pela polarização do emissor. O ponto Q de um circuito com polarização de emissor é imune às variações no ganho de corrente. A razão está no processo usado para analisar o circuito. Eis as etapas que usamos anteriormente: 1. Obtenha a tensão no emissor. 2. Calcule a corrente no emissor. 264 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 3. Calcule a tensão no coletor. 4. Subtraia a tensão no emissor da tensão no coletor para obter V CE. Em nenhum momento foi preciso usar o ganho de corrente no processo anterior. Como não usamos o ganho de corrente para calcular a corrente no emissor, coletar etc., o valor exato não mais importa. Movendo o resistor da base para o circuito emissor, forçamos a tensão baseterra a ser igual à tensão de alimentação da base. Antes, quase toda a tensão de alimentação estava no resistor da base, estabelecendo uma corrente fixa para a base. Agora, toda essa tensão de alimentação menos 0,7 V está aplicada no resistor do emissor, estabelecendo uma correntede emissorfixo. Menor Efeitodo Ganhode Corrente o ganho de corrente tem um menor efeito sobre a corrente de coletor. Sob todas as condições de operação, as três correntes estão relacionadas por 1E = 1c + 1B a qual pode ser rearranjada como I 1E = +C 1C I3cc Solucione isso para a corrente do coletar e obterá (7.9) I C = R I3cc I Pcc + 1 E o fator que multiplica 1Eé chamado fator decorreção.Ele lhe diz quão diferente é 1c de 1E. Quando o ganho de corrente for 100, o fator de correção será I3cc I3cc+l 100 100 + 1 = 0,99 Isso implica que a corrente do coletor é igual a 99% da corrente do emissor. Portanto, obtemos apenas 1% de erro quando ignoramos o fator de correção e consideramos que a corrente do coletor é igual à corrente do emissor. --- r Capo 7 265 Fundamentos de transistores bemp"".9 Solução .valor, Essa ou seja, do corrente queda de -~ 266 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.7 2kQ Pcc= 100 .:!:.L - Figura7.11 7.8 + -15V 5V-=- I I t' -- I -- A reta de carga da polarização do emissor. ACIONADORES DELED Você deve ter aprendido que os circuitos de polarização da base estabelecem um valor fixo para a corrente da base, enquanto os circuitos de polarização do emissor estabelecem um valor fixo para a corrente do emissor. Por causa do problema com o ganho de corrente, os circuitos CO!llpolarização da base são normalmente projetados para chavear entre a saturação e o corte, enquanto os circuitos com polarização do emissor são geralmente projetados para operar na região ativa. Nesta seção, discutiremos dois circuitos que podem ser usados corno acionadores de LED. O primeiro circuito usa a polarização da base e o segundo usa a polarização do emissor. Isso lhe dará a oportunidade de observar corno funciona cada circuito numa mesma aplicação. o AcionadordelED comPolarização daBase A corrente da base na Figura 7.12 é zero, o que significa que o transistor está em corte. Quando a chave na Figura 7.12 fecha, o transistor vai para a saturação forte. Visualize um curto entre os terminais coletor-emissor. Então, a tensão de alimentação do coletar (15 V) aparece na conexão do LED com o resistor de 1,5 kQ. Se ignorarmos a queda de tensão do LED, a corrente no coletor será idealmente de 10 mA. Mas se admitirmos urna queda de 2 V no LED, então a tensão no resistor de 1,5 kQ será de 13 V e a corrente no coletor será 13 V dividido por 1,5 kQ, ou seja, 8,67 mA. t Cap.7 Fundamentos de transistores 267 1,5kQ 'l + ~15V 15V~ lFigura7.12 - I - o acionador de LED com polarização da base. Não há nada de errado com esse circuito. Ele executa a função de um bom acionador de LED, porque ele está projetado para saturação forte, na qual o ganho de corrente não importa. Se você tiver de mudar a corrente no LED desse circuito, pode alterar tanto a resistência no coletor quanto a tensão de alimentação do coletor. A resistência da base é feita 10vezes maior que a resistência do coletor, porque desejamos urna forte saturação quando a chave for fechada. ! ,J. r:J I I oAcionadorde LEDcomPolarizaçãodo Emissor Na Figura 7.13 a corrente do emissor é zero, o que significa que ele está no corte. Quando a chave na Figura 7.13 fecha, o transistor vai para a região ativa. Idealrnente, a tensão no emissor é de 15 V.Isso implica que obtemos urna corrente de emissor de 10 mA. Dessa vez, a queda de tensão no LED não tem efeito. Não importa se o exato valor da queda de tensão no LED é de 1,8, 2 ou 2,5 V. Isso é urna vantagem do projeto da polarização do emissor sobre o projeto da polarização da base. A corrente no LED independe da queda de tensão no LED. Urna outra vantagem é que o circuito não necessita de um resistor no coletor. I o circuito de polarização do emissor na Figura 7.13 opera na região ativa quando a chave é fechada. Para mudar a corrente no LED, você deve variar a tensão de alimentação da base ou a resistência do emissor. Por exemplo, se você variar a tensão de alimentação da base, a corrente no LED variará numa proporção direta. 268 Eletrônica - 4a Edição - Volume 1 Cap.7 'l + -=-- 20 V 15V~ I - Figura7.13 - - o acionador de LED com polarização do emissor. for e1etrônicos. :ênda 'fI;ma corrente a Cap.7 7.9 269 Fundamentos de transistores o EFEITODASPEQUENASVARIAÇÕES Nos capítulos anteriores, fizemos a introdução da análise variacional, que é útil para qualquer um que tente entender os circuitos além do ponto de simplesmente substituir números em fórmulas. Para a análise variacional da Figura 7.14,uma pequena variação significa uma variação de cerca de 10% (a tolerância de muitos resistores). Por exemplo, a Figura 7.14 mostra um circuito de polarização do emissor com os seguintes valores no circuito: V BB = 2 V v CC = 15 V RE = 130 Q RC = 470 Q ~cc = 100 Esses valores são as variáveis independentes do circuito (na maioria das vezes chamados valoresdocircuito)porque seus valores independem dos outros. Rc +10,3 V 470 Q +15V +2V + - Vcc + - I VBB \ ',~ Figura7.14 A análise variacional. Tabela7.1 Uma análise variacional. I - - - .j If 1 I VE IE 18 Ic Vc VCE VBB aumenta A A A A D D Vcc aumenta P P P P A A RE aumenta P D D D A A Rc aumenta P p P P D D aumenta P P D P P P cc 270 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 As tensões e as correntes restantes são como segue: VE=1,3V Vc = 10,3 V IB = 99 !-tA IC = 9,9 mA IE = 10 mA Cada uma delas é chamadq variável dependenteporque seu valor muda quando uma variável independente muda. Se realmente entende como funciona um circuito, você pode dizer se uma variável dependente aumentará, diminuirá ou permanecerá a mesma quando uma variável independente aumentar. Por exemplo, suponha que VBBaumente em 10% aproximadamente na Figura 7.14. Vc aumentará, diminuirá ou permanecerá a mesma? Diminuirá. Por quê? Porque um aumento na tensão de alimentação da base aumenta a corrente no emissor, aumenta a corrente no coletor, aumenta a tensão no resistor do coletor e diminui a tensão no coletor. A Tabela 7.1 resume os efeitos de um pequeno aumento nas variáveis independentes da Figura 7.14. Usaremos a letra A para representar um aumento, D para representar uma diminuição e P para representar que a variável permanece a mesma (variação de menos de 1%). Esse resultado é obtido supondo-se a segunda aproximação. Pelo estudo dessa tabela e perguntando por que ocorre uma variação, você poderá melhorar sua compreensão de como funciona um circuito. 7.10 VERIFICAÇÃO DEDEFEITOS Um transistor pode apresentar vários tipos de defeitos. Como ele contém dois diodos, excedendo qualquer uma das tensões de ruptura, corrente máxima ou potência nominal, podemos danificar um ou ambos os diodos. Os problemas podem incluir curtos, abertos, alto valor de corrente de fuga, I3ccreduzido e outros problemas. o Testecomo TransistorForado Circuito Uma forma de testar transistores é com um ohmímetro. Você pode começar medindo a resistência entre o coletor e o emissor. Ela deve ser muito alta nos dois sentidos, porque os diodos estão em anti-série (conectados em série com as polaridades opostas). Um dos problemas mais comuns é um coletor-emissor em curto, produzido quando a potência nominal ultrapassa seu valor nominal. Se você medir uma resistência zero em qualquer um dos sentidos, o transistor estará em curto e deve ser substituído. --.. Capo 7 Fundamentos de transistores 271 Supondo que a resistência coletor-emissor seja muito alta nos dois sentidos (da ordem de megaohms), você pode medir as resistências direta e reversa do diodo coletor (entre os terminais do coletor e da base) e do diodo emissor (entre os terminais do emissor e da base). Você deve obter um valor alto para a razão reversa/ direta para qualquer um dos diodos, tipicamente de mais de 1000:1 (no caso do silício). Se não obtiver esse alto valor para essa razão, o transistor deve estar com defeito. Mesmo que o trànsistor passe no teste do ohmímetro, ele ainda pode ter algum defeito. Afinal de contas, o ohmímetro testa apenas cada uma das junções do transistor sob as condições cc. Você pode usar um traçador de curvas para observar alguns defeitos sutis, tal como corrente de fuga muito alta, baixo valor de ~cc ou tensão de ruptura abaixo do valor nominal. Existem também testadores de transistor comerciais que checam a corrente de fuga, ~cc e outros parâmetros. o TestedoTransistorno Circuito o teste mais simples no circuito são as medições das tensões no transistor em relação ao terra. Por exemplo, medir a tensão no coletor V C e a tensão no emissor VEé um bom começo. A diferença Vc - VE deve estar acima de 1 V, mas abaixo de Vcc. Se a leitura for abaixo de 1 V, o transistor pode estar em curto. Se a leitura for igual a, V cc' o transistor pode estar aberto. O teste descrito anteriormente geralmente mostra se existe algum problema em cc.Muitos técnicos incluem um teste de VBE'feito conforme segue: meça a tensão na base VBe a tensão no emissor VE' A diferença dessas leituras é VBE'que deve estar entre 0,6 e 0,7 V para os transistores operando com pequeno sinal na região ativa. Para os transistores de potência, VBE pode ser de 1Vou mais, por causa da resistênciade corpo ".,..,..,. F do diodo emissor. Se a leitura em VBEestiver abaixo de 0,6 V,o diodo emissor não está com a polarização direta adequada. O problema pode ser no transistor ou em algum componente da polarização. Outros técnicos incluem o teste de corte, executado como segue: curto-circuite os terminais base-emissor com uma ponte de fio. Isso elimina a polarização direta do diodo emissor e força o transistor para o corte. A tensão coletor-terra deve ser igual à tensão de alimentação do coletor. Se isso não ocorrer, alguma coisa está errada com o transistor ou com o circuito. til I 272 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.7 UmaTabelade Defeitos Conforme discutido no Capítulo 6/ um componente em curto é equivalente a uma resistência zero, enquanto um componente aberto é equivalente a uma resistência infinita. Por exemplo, o resistor do emissor pode estar em curto ou aberto. Vamos designar esses estados por RECe REA'respectivamente. De modo similar, o resistor do coletor pode estar em curto ou aberto, que simbolizamos como Rcc e RCA1respectivamente. Quando um transistor está com defeito, muita coisa pode acontecer. Por exemplo, um ou ambos os diodos podem estar internamente em curto ou aberto. Vamos limitar o número de possibilidades citando aqueles defeitos mais comuns: coletor-emissor em curto (CEC) indica os três terminais em curto (base, coletor e emissor) juntos, enquanto o coletor-emissor aberto (CEA) representa os três terminais abertos. Base-emissor aberto (BEA) indica o diodo base-emissor aberto e coletor-base aberto (CBA) indica o diodo coletor-baseaberto. A Tabela 7.2 mostra alguns dos problemas que podem ocorrer num circuito como o da Figura 7.14.As tensões foram calculadas com base na segunda aproximação. Quando o circuito opera normalmente, você deve medir uma tensão de base de 2 V, uma tensão de emissor de 1/3 V e uma tensão de coletor de aproximadamente 10/3V. Se o resisto r do emissor estivesse em curto, a tensão no diodo emissor seria de +2 V. Esse alto valor de tensão destruiria o transistor, produzindo provavelmente uma abertura entre o coletor e o emissor. Esse defeito RECe sua tensão estão na Tabela 7.2. Tabela7.2 Problemas e sintomas. Defeito Va,V VE,V Vc,V Comentários Nenhum 2 2 10,3 15 Sem defeito REC 1/3 O REA 2 1,3 15 Rcc 2 1,3 15 RCA 2 Sem VBB O 1,3 O 1,3 15 Sem Vcc CEC 2 2 1/3 2 1,3 2 CEA 2 O 15 Todos os terminais do transistor abertos BEA 2 O 15 Diodo base-emissor aberto CBA 2 1,3 15 Diodo coletar-base aberto Transistor queimado (CEA) Sem corrente de base ou de coletor Verifique a fonte e os terminais Verifique a fonte e os terminais Todos os terminais do transistor abertos Cap.7 Fundamentos de transistores 273 Se o resistor do emissor estivesse aberto, não haveria corrente no emissor. Além disso, a corrente no coletor seria zero e a tensão no coletor seria de 15 V. Esse defeito REA e suas tensões são mostrados na Tabela 7.2. Continuando a análise, podemos obter os sintomas restantes, conforme cada defeito apresentado na Tabela 7.2. , ~ Observe quando não existe a alimentação Vcc. Esse defeito merece um comentário. Você pode achar inicialmente que a tensão no coletor é zero, pois não há tensão do coletor. Mas não é isso que você mede com um voltímetro. Quando você liga o voltímetro entre o coletor e o terra, a base continua alimentando o circuito com uma pequena corrente através do diodo coletor que fica polarizado em série com o voltímetro. Como a base tem uma tensão definida de 2 V,a tensão no coletor é de 0,7 V,abaixo do potencial da base. Portanto, o voltímetro indicaria um valor de 1,3 Ventre o coletor e o terra. Em outras palavras, o voltímetro fecha o circuito com o terra porque o voltímetro funciona como uma resistência de alto valor em série com o diodo coletor. TÓPICOS OPCIONAIS 7.11 MAISINFORMAÇÕES SOBRE A RETADECARGA I. Aplique a lei das tensões de Kirchhoff na malha do coletor na Figura 7.2 para obter (3 kQ)(Id + V CE = 15 V Essa é uma equação linear com duas incógnitas, Ic e VCE'Ela tem a forma algébrica básica de \-If Ay + Bx = C Na álgebra básica, você aprendeu que o gráfico de uma equação com dois termos de primeira ordem é uma linha reta, conforme mostrado na Figura 7.5. I' Os Interceptas Além disso, o intercepto vertical é igual a 1 274 Eletrônica - 4« Edição - Volume 1 Cap.7 C Yi = A e o intercepto horizontal é igual a C xi = B Na Figura 7.2, A = 3 kQ, B = 1 e C = 15 V. Quando resolvemos para os interceptos, obtemos um intercepto vertical de 15 V = 5 mA Yi = 3 kQ e um intercepto horizontal de xi = 15 V = 15 V 1 Concluindo, aplicando a lei de Kirchhoff na malha do coletor, obtemos uma equação da forma Ay + Bx = C Como o gráfico dessa equação é sempre uma linha reta que passa pelos interceptos, nossa equação produz uma reta que passa pelos pontos da corrente de saturação e pela tensão de corte. Matematicamente falando, a reta de carga é o lugar de todos os pontos de operação e é uma linha reta porque o resistor do coletor é linear. OsPontosExatosde Cortee Saturação A localização exata dos pontos de corte e saturação é ligeiramente diferente dos interceptos horizontal e vertical. Você pode observar isso pela Figura 7.15. O ponto em que a reta de carga intercepta a curva em IB = Oé o local exato do ponto de corte. Nesse ponto, a corrente na base é zero e a corrente no coletor é desprezivelmente pequena (existeapenas uma correntede fuga, ICEO)'No corte, o diodo emissor sai da polarização direta e o funcionamento normal do transistor é perdido. Numa boa aproximação, a tensão coletor-emissor com a polarização da base iguala-se ao extremo inferior da reta de carga: -- Cap.7 Fundamentos de transistores 275 VCE(corle) = VCC A interseção da reta de carga e da curva IB = IB(sat)é o local exato do ponto de saturação. Nesse ponto, a corrente na base é igual a IB(sat)'e a corrente no coletor é máxima. Na saturação, o diodo coletor sai da polarização reversa e o funcionamento normal do transistor é perdido. Ic SATURAÇÃO IB > IB(sat) IB Vcc Rc =IB(sat) h CORTE o .., Figura7.15 Vcc VCE Os pontos exatos de corte e saturação. Com uma boa aproximação, a corrente no coletor com a base polarizada iguala-se ao extremo superior da reta de carga: VCC IC(sat) ti ,. { I I = Rc Na Figura 7.15, IB(sat)representa o valor da corrente da base que produz o valor exato da saturação. Se a corrente da base for menor que IB(sat)'o transistor opera na região ativa em algum ponto entre a saturação e o corte. Em outras palavras, o ponto de operação fica em algum lugar ao longo da reta de carga cc. Por outro lado, se a corrente da base for maior que IB(sat)1 a corrente do coletor será igual a VcdRo o valor máximo. Graficamente, isso significa que a interseção da reta de carga com qualquer corrente da base maior que IB(sat)produz o ponto de saturação da Figura 7.15. 276 Eletrônica - 4G Edição - Volume 1 Cap.7 A Complianceou Compliância A tensãode compliance(ou simplesmente compliance)de uma fonte de corrente é a faixa de tensão na qual pode operar. Com relação a um transistor, a compliance é a faixa de tensão na região ativa. A reta de carga ccnos diz de imediato qual é a compliance de um transistor. Na Figura 7.15, o transistor tem uma compliance de aproximadamente alguns décimos de volt até aproximadamente Vcc. Em outras palavras, o transistor age como uma fonte de corrente em qualquer ponto entre a saturação e o corte, excluindo esse pontos. 7.12 MAISINFORMAÇÕES SOBREOTRANSISTOR COMOCHAVE o modo mais simples de usar um transistor é como uma chave, o que significa que ele opera tanto na saturação quanto no corte, mas em nenhum outro ponto ao longo da reta de carga. Quando o transistor está saturado, ele funciona como uma chave fechada do coletor para o emissor. Quando o transistor está em corte, ele funciona como uma chave aberta. +Vcc Ic CHAVE FErnAD A Vcc Rc +11m - Vcc (a) Figura7.16 o circuito de chaveamento VCE (b) com transistor. A Correnteda Base A Figura 7.16mostra o circuito que analisamos até agora. Somando as tensões em torno da malha de entrada, obtemos '-- Cap.7 IBRB Resolvendo + VBE - Fundamentos de transistores 277 VBB = O para IB' obtemos VBB - VBE IB = RB Se a corrente da base for maior ou igual a IB(sat)' o ponto de operação Q ficará no extremo superior da reta de carga (Figura 7.16b). Nesse caso, o transistor funciona como uma chave fechada. Por outro lado, se a corrente da base for zero, o transistor operará no extremo inferior da reta de carga e o transistor funcionará como uma chave aberta. A Regrapara Projeto ~ , ,. Uma saturação leve significa que levamos o transistor apenas no início da saturação, isto é, a corrente da base é o valor exato e suficiente para operar o transistor no extremo superior da reta de carga. A saturação leve não é usada numa produção em massa por causa da variação de I3cce IB(sat).Não tente usar um transistor na saturação leve num circuito de chaveamento. Uma saturação forte significa que a corrente da base é suficiente para operar o transistor na saturação para todos os valores encontrados de I3ccnuma produção em massa. Para o pior caso da temperatura e corrente, a maioria dos transistores de silício de pequeno sinal tem um I3ccmaior que 10. Portanto, uma regra de projeto para a saturação forte é fazer com que a corrente da base seja aproximadamente um décimo do valor da corrente de saturação. Isso garante a saturação forte sob quaisquer condições de operação. Por exemplo, se o extremo superior da reta de carga tiver um valor de corrente de coletor de 10 mA, então estabelecemos uma corrente de base de 1 mA. Isso garante a saturação para qualquer transistor, corrente, temperatura etc. A não ser quando indicado, usaremos a regra de 10:1 quando estivermos projetando circuitos de chaveamento com transistor. Lembre-se de que isso é apenas uma regra. Seos valores padrões de resistênciasproduzirem uma taxa delei IBligeiramente maior que Ia, a maioria dos transistores de pequeno sinal ainda estará saturada. 278 Eletrônica - 4BEdição - Volume 1 Cap.7 +15V L- +5V ::::OV -F OV - Figura7.17 o transistor usado como chave. UmExemplo A Figura 7.17 mostra um circuito de chaveamento com transistor acionado por uma tensão em degrau. Esse é o tipo de forma de onda encontrado nos computadores digitais. Quando a tensão de entrada for zero, o transistor estará em corte. Nesse caso, ele funciona como uma chave aberta. Sem corrente no resistor do coletor, a tensão de saída é igual a +15 V. Quando a tensão de entrada for de +5 V,a corrente de base será 0,7 V = 1,43mA IB = 5 V 3-kQ Visualize o transistor em curto entre o coletor e o emissor. Então, a tensão de saída cai idealmente a zero e a corrente de saturação é 15V IC(sat) = 1 kQ = 15 mA Isso é aproximadamente 10 vezes a corrente da base, o que é suficiente para produzir uma saturação forte na maioria dos transistores de pequeno sinal. Isso significa que o transistor age como uma chave fechada e a tensão de saída é aproximadamente zero. -- Fundamentos Cap.7 7.13 de transistores 279 o TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE A Figura 7.17 mostra um transistor como chave, um dos modos básicos de usar um transistor. Ele é praticamente o mesmo circuito que chamamos de polarização da base, discutido anteriormente. A Figura 7.18 mostra um transistor como fonte de corrente, um outro modo básico de usar um transistor. Conforme você pode notar, ele é praticamente o mesmo da polarização do emissor discutido anteriormente. É importante que você entenda que a polarização da base leva ao uso do transistor como chave, enquanto a polarização do emissor leva ao uso do transistor como fonte de corrente. Essa é uma diferença crítica entre os dois circuitos básicos, e é por isso que nossa discussão continua. Rc \ + VCE + - vcc Figura7.18 o transistor usado como fonte de corrente. A Correntedo Emissor A Figura 7.18 tem um resistor de emissor RE entre o emissor e o ponto comum. A corrente do emissor circula por esse resistor produzindo uma queda de tensão de lERE, Se somarmos as tensões em torno da malha de entrada na Figura 7.18: V BE + lERE - VBB = O Resolvendo para IE' obtemos VBB - VBE IE = ! r RE 280 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 Aqui, VBB- VBEé a tensão no resistor do emissor. Portanto, essa equação nada mais é que a lei de Ohm aplicada no resistor do emissor. Como VBB' VBE e RE são aproximadamente constantes, a corrente no emissor é constante.Em outras palavras, num circuitoreal,apenas VBE varia ligeiramentecom a temperatura. Desprezando essa pequena variação, podemos dizer que a corrente do emissor é aproximadamente constante. Como a corrente do coletor é aproximadamente igual à corrente do emissor, a corrente do coletor é também aproximadamente constante. Mas isso equivale a dizer que a corrente do coletor é a mesma corrente da fonte de corrente. Isso significa que você pode mudar o resistor do coletor sem mudar sua corrente. A Correntedo EmissorÉ Fixa A Figura 7.19a mostra o modo geral de desenhar uma fonte de corrente. Dada uma tensão da base V55' você pode estabelecer uma corrente fixa para o emissor escolhendo um valor de RE. Isso é usado em muitas aplicações porque o circuito é relativamente imune às variações de I3cC" Veja aqui por quê. Se I3ccvariar, a corrente na base variará, mas a corrente no coletor permanecerá praticamente a mesma. Isso ocorre porque o circuito da Figura 7.19a produz um valor fixo para a corrente do emissor. O uso do resistor no emissor explica por que a corrente do coletor fixa-se num determinado valor. Quanto maior o valor de RE' mais estável será a corrente do coletor +Vcc +VBB +Vcc +VBB (a) Figura7.19 (b) (a) O transistor como fonte de corrente; (b) o transistor como chave. A ação é muito diferente do transistor como chave da Figura 7.19b, onde a corrente da base é fixada por VBBe RB.Num transistor como chave, estabelecemos uma corrente de base fixa com valor suficiente para levar o transistor para uma saturação forte. Não tente levar o transistor para a região ativa, porque as variações em I3ccfariam / Cap.7 Fundamentos de transistores 281 com que o ponto de operação recaísse em q~alquer ponto da reta de carga. Em um transistor corno chave, o emissor é aterrado. E assim que identificamos um transistor funcionando corno chave. o ConceitodeAmarração(bootstrap) A tensão no resistor do emissor da Figura 7.19aé VE = VBB 10. - VBE Corno o valor de VBEé aproximadamente fixado em 0,7 V, VE seguirá as variaçõesem VBB'Por exemplo, se VBBaumentar de 2 para 10 V, então VE aumentará de 1,3 para 9,3 V. Esse tipo de ação é chamado amarração(bootstrapping).Num transistor operando corno fonte de corrente, o emissor está amarrado à tensão de entrada, o que significa que seu valor está sempre próximo de 0,7 V. Novamente, observe corno esse circuito é diferente do transistor funcionando corno chave da Figura 7.19b. Urna vez que o emissor de um transistor operando como chave é aterrado, o emissor não está amarrado à tensão de entrada. Em vez disso, o emissor permanece com o potencial de terra, não importando o que ocorra com a tensão de entrada. FontedeTensãoversasFontede Corrente Um outro modo de identificar um transistor que funciona corno fonte de corrente de um transistor que opera corno chave é pelo tipo de fonte que alimenta a base. Na Figura 7.19a,a fonte de tensão é aplicada diretamente na base. Por causa da pequena queda em V BE' a maior parte da tensão da fonte aparece sobre o resistor do emissor. Isso produz urna corrente fixa no emissor e um ponto Q estável na região ativa. .~ Por outro lado, o resistor na base da Figura 7.19b faz com que a fonte de alimentação da base funcione corno urna fonte de corrente, porque a maior parte da tensão VBB aparece no resistor da base. Urna fonte de corrente acionando a base funciona bem num circuito de chaveamento porque as variações em I3ccsão ultrapassadas pela saturação forte. 282 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 7.14 Cap.7 MAISINFORMAÇÕES SOBREDISPOSITIVOS OPTOELETRÔNICOS Conforme mencionado anteriormente, um transistor com uma base aberta tem uma pequena corrente de coletor que consiste dos portadores minoritários produzidos termicamente e pela fuga da superfície. Expondo a junção do coletor à luz, um fabricante pode produzir um fototransistor, um transistor que é mais sensível à luz do que um fotodiodo. A Idéia BásicaSobreumFototransistor A Figura 7.20a mostra um transistor com uma base aberta. Conforme mencionado antes, existe uma pequena corrente no coletor nesse circuito. Esqueça-se da componente de fuga da superfície e concentre-se nos portadores produzidos pela temperatura no diodo coletor. Visualize a corrente reversa produzida por esses portadores como uma fonte de corrente ideal em paralelo com a junção coletor-base de um transistor ideal (Figura 7.20b). RE IDEAL ABERTA - (a) Figura7.20 - (b) o transistor com a base aberta. Como o terminal da base está aberto, toda a corrente reversa é forçada para a base do transistor. A corrente resultante no coletor é ICEO = ~cclR "" onde IR é a corrente reversa dos portadores minoritários. Ela diz que a corrente do coletor é maior do que a corrente reversa original por um fator de ~cc" A corrente do coletor é sensível tanto à luz como à tenweratura. Num fototransistor, a luz passa pela janela e atinge a junção coletor-base. A medida que a luz aumenta, IR aumenta e, conseqüentemente, ...... ICEO também. . Cap.7 Fundamentos de transistores 283 FototransitorVersasFotodiodo A principal diferença entre um fototransistor e um fotodiodo é o ganho de corrente ~CC' Se uma mesma quantidade de luz atingir os dois dispositivos, a corrente no fototransistor será ~ccmaior que a corrente no fotodiodo. A maior sensibilidade de um fototransistor é uma grande vantagem sobre um fotodiodo. A Figura 7.21amostra o símbolo para diagramas de um fototransistor. Observe a base aberta. Esse é o modo usual de operar um fototransistor. Você pode controlar a sensibilidade com um resistor variável na base (Figura 7.21b),mas a base é geralmente deixada aberta para que se obtenha a máxima sensibilidade à luz. RB (a) I Figura7.21 - (b) o fototransistor. O preço pago pelo aumento de sensibilidade é uma redução na velocidade de chaveamento. Um fototransistor é mais sensível que um fotodiodo, mas ele não pode conduzir e cortar tão rápido. Por um lado, um fotodiodo tem correntes de saída típicas da ordem de microamperes e pode conduzir e cortar em nanossegundos. Por outro lado, o fototransistor tem correntes de saída típicas da ordem de miliamperes, mas conduz e corta em microssegundos. oAcopladorÓtico A Figura 7.22 mostra um LED acionando um fototransistor. Ele é um acoplador ótico muito mais sensível que o LED com um fotodiodo discutido anteriormente. A idéia é direta. Qualquer variação em Vs produz uma variação na corrente do LED, que faz variar a corrente no fototransistor. Isso, por sua vez, produz uma variação na tensão dos terminais coletor-emissor. Portanto, um sinal de tensão é acoplado do circuito de entrada para o circuito de saída. 284 Eletrônica - 4g Edição- Volume 1 Cap.7 Novamente, a grande vantagem de um acoplador ótico é o isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e de saída. Dito de outra forma, o ponto comum do circuito de entrada é diferente do ponto comum do circuito de saída. Por isso, não existe um ponto de contato elétrico entre os dois circuitos. Isso significa que você pode aterrar um dos circuitos e deixar o outro em flutuação. Por exemplo, o circuito de entrada pode ser ligado à massa do equipamento, enquanto o comum do lado da saída é aterrado. Vs Figura7.22 Vcc o acoplador ótico com um LED e um fototransistor. UmExemplo o acoplador ótico 4N24 da Figura 7.23a proporciona um isolamento da linha de alimentação e detecta o cruzamento por zero da linha de alimentação. O gráfico na Figura 7.23b mostra a corrente do coletor relacionada com a corrente do LED. Veja como você pode calcular a tensão de pico de saída do acoplador ótico: a fonte retificadora produz uma corrente em onda completa que circula pelo LED é = 10,2 mA hED = 1,414 16k(115V) Q A Figura 7.23b mostra as curvas estáticas da corrente no fototransistor versus a corrente no LED de três acopladores óticos diferentes. Com um 4N24 (a curva de cima), uma corrente de 10,2 mA no LED produz uma corrente no coletor de aproximadamente 15 mA quando a resistência de carga não estiver conectada. Na Figura 7.23a, a corrente no fototransistor nunca atingirá o valor de 15 mA, porque o fototransistor satura com 2 mA. Em outras palavras, existe corrente mais que suficiente no LED para produzir saturação. Como a corrente de pico no LED é de 10,2 mA, o fototransistor fica saturado durante a maior parte do ciclo. Nesse período, a tensão na saída é aproximadamente zero, conforme mostrado na Figura 7.23c. Cap.7 Fundamentos de transistores 285 +20 V 16kQ 115 V ac v,aída (a) r 100 40 -< S 10 4 1 +20 V 0,4 ~ 0,1 0,04 0,01 0,1 ~saída, 4 10 0,4 1 , " 40 100 Linha lLED' mA (c) (b) Figura 7.23 (a) O detectar de passagem por zero; (b) as curvas estáticas para o acoplador ótico; (c) a forma de onda de saída do detectar. o valor da corrente saturada no fototransistor é Ir r .. 20V = 2mA IC(sat) = 10 kQ o cruzamento por zero ocorre quando a tensão na linha muda de polaridade, do negativo para o positivo, ou vice-versa. Num cruzamento por zero, a corrente no LED cai a zero. Nesse instante, o fototransistor torna-se um circuito aberto e a tensão de saída aumenta para 20 V aproximadamente, conforme indicado na Figura 7.23c.Como você pode notar, a tensão na saída é próxima de zero a maior parte do ciclo. Nos cruzamentos por zero, ela aumenta rapidamente para 20 V e depois diminui para zero. Um circuito como o da Figura 7.23a é útil porque ele não requer um transformador para fornecer um isolamento da linha. O acoplador ótico cuida disso. Além disso, o circuito detecta as passagens por zero, que é uma aplicação desejável quando você quer sincronizar algum outro circuito com a freqüência da linha. 286 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.7 - - -------- - --'--. APOIO.AOS;UTUDIS RESUMO Seção 7.4 A Provada Retade Carga Seção 7.1 As Variaçõesno Ganhode o ganho de corrente de um transistor é um parâmetro sem muita precisão. Por causa das tolerâncias de fabricação, o ganho de corrente de um transistor pode variar numa faixa de até 3:1 quando você muda de um transistor para outro do mesmo tipo. Variações na temperatura e na corrente do coletor produzem variaçõesno ganho cc. A prova experimental é feita montando-se um circuito e depois medindo-se a corrente do coletor e a tensão coletor-emissor para diferentes condições de polarização. Se você plotar os pares de valores de Ic e VCE,obterá uma linha reta conhecida por reta de carga cc. A prova matemáticaé feita revendo-se os conceitos básicos de álgebra, particularmente a teoria das equações lineares. A prova lógica dá uma idéia de que variações em Ic e VCEprovocam variações proporcionais, porque elas envolvem um resistor de valor fixo Rc. Seção7.2 A RetadeCarga Seção7.5 Identificando a Saturação A reta de carga cc contém todos os pontos de operação cc possíveis de um circuito com transistor. O ponto de interseção superior da reta de carga é chamado saturação e o ponto de interseção inferior é chamado corte. O principal passo para encontrar a corrente de saturação é visualizar um curto entre o coletor e o emissor. O principal passo para encontrar a tensão de corte é visualizar um circuito aberto entre o coletor e o emissor. A idéia é supor que o transistor npn está operando na região ativa. Se isso levar a urna contradição (como um valor negativo de tensão coletor-emissor,corrente de coletor maior que a corrente de saturação etc.), então você fica sabendo que o transistor está operando na região de saturação. Um outro modo de identificar a saturação é pela comparação da resistência da base com a resistência do coletor. Se a razão dessas resistências for próximo de 10:1,o transistor provavelmente estará saturado. Corrente Seção 7.3 O Pontode Operação O ponto de operação de um transistor é sobre a reta de carga cc. A localização exata desse ponto é determinada pela corrente do coletor e pela tensão coletoremissor. Com a polarização da base, o ponto Q muda se houver qualquer variação nos valores do circuito. - Seção7.6 OTransistorcomoChave A polarização da base é usada quando se deseja que o transistor funcione como chave. A ação de chaveamento é entre o corte e a saturação. Esse tipo de operação é usado nos circuitos digitais. Um outro nome para os circuitos de chaveamento é circuitos de dois estados. I .. Cap.7 Seção 7.7 A Polarizaçãodo Emissor A polarização do emissor é praticamente imune às variações no ganho de corrente. O processo de análise da polarização do emissor é feito calculando-se a tensão no emissor, a corrente no emissor, a tensão no coletor e a tensão coletoremissor. Tudo o que você precisa para isso é da lei de Ohm. t Seção7.8 Acionadoresde LED 1- O acionador de LED com a polarização da base usa um transistor no corte e na saturação para controlar a corrente no LED. Um acionador de LED com a polarização do enUssor usa um transistor na região ativa e no corte para controlar a corrente no LED. Seção7.9 O Efeitodas Pequenas Variações r t Muito útil tanto para o técnico de manutenção quanto para o projetista é a capacidade de prever os sentidos das variações de uma tensão ou corrente dependente quando mudam os valores do circuito. Quando você for capaz de fazer isso, entenderá melhor o que acontece em diferentes defeitos e poderá projetar os circuitos mais facilmente. Seção 7.10 Verificaçãode Defeitos Fundamentos de transistores 287 que está errado com o circuito. Uma tensão do coletor igual à tensão de alimentação significa que não há corrente no coletor. Uma tensão do coletor igual à tensão do emissor significa que o transistor está saturado. EQUAÇÕES IMPORTANTES Equação7.6O Ganhode Corrente Saturada Ic(sat) [3cc(sat)= IB Esta equação é importante porque o ganho de corrente de um transistor diminui rapidamente depois que ele entra na região de saturação. A equação diz que o ganho de corrente é igual ao valor da corrente de saturação dividido pela corrente da base. Equação7.7A Tensãodo Emissor VE = VBB - VBE Esta equação é muito importante porque ela representa o primeiro passo para a análise do circuito com polarização do emissor. Como não há resistor na base, toda a tensão de alimentação aparece na base. Se você subtrair a tensão base-emissor, obterá a tensão no emissor. Essa é a tensão no resistor do emissor. I t Você pode usar um ohmímetro para testar um transistor. Obtém-se melhor resultado com o transistor desconectado do circuito. Quando o transistor ainda está no circuito com a alimentação ligada, você pode medir seus valores de tensão. Essas tensões são os indícios do Equação7.8A TensãoColetor-Emissor VCE = Vc - VE Como o emissor não está aterrado num circuito de polarização do emissor, você 288 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 deve subtrair a tensão do emissor da tensão do coletar. Isso é importante na verificação de defeitos, porque você não pode medir VCE diretamente. Você deve fazer duas medidas separadas. -- - - ATIVIDADES PARA O ESTUDANTE QUESTÕES 1. o ganho de corrente de um transistor é definido como a razão da corrente do coletor pela a) Corrente b) Corrente c) Corrente d) Corrente 2. c) Aumentará d) Todos os acima da do de do base emissor alimentação coletor o gráfico do ganho de corrente versus corrente do coletor indica que o ganho de corrente a) É constante b) Varia ligeiramente c) Varia muito d) É igual à corrente do coletor dividida pela corrente da base 3. 4. Quando a corrente do coletor aumenta, o ganho de corrente a) Diminui b) Permanece o mesmo c) Aumenta d) Nenhum desses Quando a temperatura de corrente a) b) c) d) 5. - 6. 7. 8. 9. aumenta, o ganho Diminui Permanece o mesmo Aumenta Pode ocorrer qualquer situações uma dessas Quando o resistor da base diminui, a tensão do coletor provavelmente a) Diminuirá b) Permanecerá a mesma 10. Se o resistor da base for muito pequeno, o transistor operará na a) Região de corte b) Região ativa c) Região de saturação d) Região de ruptura Desprezando a resistência de corpo do diodo coletor, a tensão de saturação é a) O b) Alguns décimos de volt c) 1 V d) A tensão de alimentação Três pontos Q diferentes são mostrados na reta de carga. O ponto Q superior representa a) O ganho de corrente mínimo b) O ganho de corrente intermediário c) O ganho de corrente máximo d) O ponto de corte Se um transistor operar no meio da reta de carga, um aumento na resistência da base fará o ponto Q semover a) Para baixo b) Para cima c) Ficará no mesmo lugar d) Para fora da reta de carga Se um transistor opera no meio da reta de carga, um aumento no ganho de corrente moverá o ponto Q a) Para baixo b) Para cima c) Ficará no mesmo lugar d) Para fora da reta de carga .. Cap.7 11. I 1 12. * 13. 14. I 15. 'I ,. 16. , .\. 17. .. Se a tensão de alimentação da base aumentar, o ponto Q irá mover-se a) Para baixo b) Para cima c) Ficará no mesmo lugar d) Para fora da reta de carga Suponha que o resistor da base esteja aberto. O ponto Q irá a) Para centro da reta de carga b) Para o extremo superior da reta de carga c) Para o extremo inferior da reta de carga d) Para fora da reta de carga Se a tensão de alimentação da base for desconectada, a tensão coletor-emissor será igual a a) OV b) 6 V c) 10,5 V d) Tensão de alimentação do coletor Se o resistor da base for curto-circuitado, o transistor provavelmente será a) Saturado b) Cortado c) Destruído d) Nenhum desses Se o resistor do coletor diminuir até zero num circuito com polarização da base, a reta de carga será a) Horizontal b) Vertical c) Sem valor d) Plana O ponto de saturação é aproximadamente a) O mesmo ponto de corte b) O mesmo ponto inferior da reta de carga c) O mesmo ponto superior da reta de carga d) Infinito Quando o intercepto vertical da reta de carga aumenta, a corrente do coletor a) b) c) d) Fundamentos de transistores 289 Diminui Permanece a mesma Aumenta Nenhuma das anteriores 18. A corrente do coletor é de 10 mA. Se o ganho de corrente for 100, a corrente da base é a) 1 !lA c) 100!lA b) 10!lA d) 1 mA 19. A corrente na base é de 50 !lA. Se o ganho de corrente for de 125, a corrente do coletor está mais próxima de a) 40!lA c) 1 mA b) 500!lA d) 6 mA 20. Se o ganho de corrente aumentar de 50 para 100, a corrente do coletor com a polarização da base a) Será aproximadamente a metade b) Será aproximadamente o dobro c) Será aproximadamente a mesma d) Destruirá o transistor 21. Quando a resistência do coletor diminuir num circuito de polarização da base, a reta de cqrga será a) Mais horizontal b) Mais vertical c) Fixa d) Nenhuma das anteriores 22. Quando o ponto Q move-se ao longo da reta de carga, a tensão aumenta enquanto a corrente a) Diminui b) Permanece a mesma c) Aumenta d) Nenhuma das anteriores 23. No corte, o ponto Q está a) No intercepto superior da reta de carga b) No meio da reta de carga c) No intercepto inferior da reta de carga d) Nenhuma das anteriores 90 4. 5. 5. Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.7 Quando não há corrente na base de um transistor funcionando como chave, a tensão de saída do transistor é a) Baixa b) Alta c) Não muda d) Desconhecida Um circuito com uma corrente fixa no emissor é chamado a) Polarização da base b) Polarização do emissor c) Polarização do transistor d) Polarização de duas fontes o primeiro passo para a análise de um circuito com polarização do emissor é calcular a) A corrente da base b) A tensão no emissor c) A corrente no emissor d) A corrente no coletor Se o ganho de corrente for desconhecido num circuito de polarização do emissor, você não poderá calcular a a) Tensão do emissor b) Corrente do emissor c) Corrente do coletor d) Corrente da base Se o resistor do emissor estiver aberto, a tensão no coletor será a) Baixa b) Alta c) A mesma d) Desconhecida Se o resistor do coletor estiver aberto, a tensão no coletor será a) Baixa b) Alta c) A mesma d) Desconhecida Quando o ganho de corrente aumenta de 50 para 300 num circuito de polarização do emissor, a corrente do coletor a) b) c) d) Permanece quase a mesma Diminui por um fator de 6 Aumenta por um fator de 6 É zero 31. Se a resistência do emissor diminui, a tensão no coletor a) Diminui b) Permanece a mesma c) Aumenta d) Provoca a ruptura do transistor 32. Se a resistência do emissor diminui, a) O ponto Q move-se ao longo da reta de carga b) A corrente do coletor diminui c) O ponto Q permanece o mesmo d) O ganho de corrente diminui PROBLEMAS BÁSICOS Seção7.1 As Variaçõesno Ganhode Corrente 7.1 Consulte a Figura 7.1. Qual é o ganho de corrente de um 2N3904 quando a corrente do coletor é de 200 mA e a temperatura da junção for 25°C? 7.2 Consulte a Figura 7.1. A temperatura na junção é de 125"C e a corrente no coletor é de 0,1 mA. Qual é o ganho de corrente? Seção 7.2 A Reta de Carga 7.3 Desenhe a reta de carga para a Figura 7.24a. Qual é a corrente no coletor no ponto de saturação? E a tensão coletoremissor no ponto de corte? 7.4 Se a tensão de alimentação do coletor for reduzida para 10 V na Figura 7.24a, o que ocorrerá com a reta de carga? J Cap.7 Fundamentos de transistores .! 7.5 Se a resistência do coletor for reduzida para um 1 kQ na Figura 7.24a, o que acontece com a reta de carga? 7.6 Se a resistência da base na Figura 7.24a for dobrada, o que ocorrerá com a reta de carga? 7.7 ...I Desenhe a reta de carga para a Figura 7.24b. Qual é a corrente do coletor no ponto de saturação? E a tensão coletoremissor no ponto de corte? 3,3kQ lMQ. +5V Q---l\/V'v 680 kQ -=- (a) ., .. I 7.13 Na Figura 7.24b, qual será a tensão entre o coletor e o terra se o ganho de corrente for 100? 7.14 O ganho de corrente varia de 25 a 300 na Figura 7.24b. Qual é a tensão mínima do coletor para o terra? E a máxima? Seção 7.5 Identificandoa Saturação (b) Figura7.24 7.8 Se a tensão de alimentação do coletor for dobrada na Figura 7.24b, o que ocorrerá com a reta de carga? 7.9 Se a resistência do coletor aumentar para 1 kQ na Figura 7.24b, o que acontecerá com a reta de carga? Seção7.3 O Pontode Operação ..I tem uma tolerância de :!:10%.Se o ganho de corrente variar de 50 a ISO,qual será a tensão mínima possível do coletor para o terra? E a máxima? 7.15 Os resistores na Figura 7.24b têm uma tolerância de :!:5%.As tensões nas fontes têm uma tolerância de :!:10%.Se o ganho de corrente variar de 50 a ISO, qual será a tensão mínima possível do coletar para o terra? E a máxima? :!:20V +1 291 7.10 Na Figura 7.24a, qual será a tensão entre o coletor e o terra se o ganho de corrente for de 100? 7.11 O ganho de corrente varia de 25 a 300 na Figura 7.24a. Qual é a tensão mínima do coletor para o terra? E a máxima? 7.12 O resistor na Figura 7.24a tem uma tolerância de :!:5%.A tensão de alimentação 7.16 Na Figura 7.24a, use os valores do circuito mostrado, a não ser quando indicado o contrário. Determine se o transistor está saturado para cada uma destas variações: a) RB = 33 kQ e hFE = 100 b) VBB = 5 V e hFE = 200 c) Rc = 10kQ e hFE = 50 d) Vcc = 10V e hFE = 100 7.17 Na Figura 7.24b, use os valores do circuito a não ser quando indicado o contrário. Determine se o transistor está saturado em cada uma dessas variações: a) RB = 47kQ e hFE = 100 b) VBB = 10V e hFE = 500 c) Rc = 10kQ e hFE = 100 d) Vcc = 10V e hFE = 100 Seção 7.6 OTransistor comoChave 7.18 O resistor de 680 kQ na Figura 7.24b é substituído por outro de 4,7 kQ e uma chave em série. Suponha que o transistor 292 Eletrônica - 4a Edição - Volume 1 Cap.7 seja ideal. Qual é a tensão no coletor se a chave estiver aberta? Qual é a tensão no coletor se a chave estiver fechada? 7.22 Se a tensão de alimentação do coletor diminuir para 15 V na Figura 7.25a, qual será a tensão no coletor? 7.19 Repita o Problema 7.18, só que VCE(Sat)= 0,2 V e IcEO = 100 nA 7.23 Qual será a tensão no coletor na Figura 7.25b se VBB 7.24 Se o resistor do emissor for dobrado na Figura 7.25b, qual será a tensão coletoremissor para uma tensão de alimentação da base de 2,3 V? Seção 7.7 A Polarização do Emissor 7.20 Qual é a tensão no coletor da Figura 7.25a? E a tensão no emissor? 7.25 Se a tensão de alimentação do coletor aumentar para 15 V na Figura 7.25b, qual será a tensão coletor emissor para VBB = 7.21 Se o resistor do emissor for dobrado na Figura 7.25a, qual será a tensão coletoremissor? +20 V +2,5 V = 2 V? 1,8V? +10V +VBB +5V +VBB 1,8kQ 100 Q - (b) (a) - (c) Figura7.25 Seção 7.8 Acionadoresde LED 7.26 Se a tensão de alimentação da base for de 2 V na Figura 7.25c, qual é a corrente no LED? 7.27 Se VBB = 1,8V na Figura 7.25c,qual será a corrente no LED? E a tensão aproximada no coletor? Seção7.9 O Efeitodas Pequenas Variações Use as letras A (aumenta), D (diminui) e P (permanece) para suas respostas nos problemas a seguir. 7.28 A tensão de alimentação da base na Figura 7.26a aumenta em 10%. O que acontece com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? 7.29 A resistência da base na Figura 7.26a aumenta em 10 por cento. O que acontece com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? .J, Cap.7 l Fundamentos de transistores 293 7.30 A resistência do coletar na Figura 7.26a aumenta em 10%. O que acontece com a corrente da base, a corrente do coletar e a tensão do coletar? 7.33 A resistência do emissor na Figura 7.26b aumenta em 10%. O que acontece com a corrente do emissor, a corrente do coletar e a tensão do coletar? 7.31 A tensão de alimentação do coletar na Figura 7.26a aumenta em 10%. O que ocorre com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletar? 7.34 A resistência do coletar na Figura 7.26b aumenta em 10%. O que acontece com a corrente do emissor, a corrente do coletar e a tensão do coletar? 7.32 A tensão de alimentação da base na Figura 7.26b aumenta em 10%. O que ocorre com a corrente na base, a corrente no coletar e a tensão no coletar? 7.35 A tensão de alimentação do coletar na Figura 7.26b aumenta em 10%. O que ocorre com a corrente do emissor, a corrente do coletar e a tensão do coletar? t hFE= 100 +10V +1,8 V 1kQ Ç;: (a) (b) Figura7.26 .. Seção 7.10 Verificação de Defeitos 7.36 Um voltímetro indica uma tensão de 10 V no coletar da Figura 7.26a. Quais são alguns possíveis defeitos que causam esse alto valor na leitura? 7.37 Se o terra do emissor na Figura 7.26a abrir, qual será a leitura no voltímetro para a tensão na base? E para a tensão no coletar? 7.38 Um voltímetro cc mede um valor muito baixo de tensão no coletar na Figura 7.26a. Cite alguns dos possíveis defeitos. 7.39 Um voltímetro indica uma leitura de 10 V no coletar da Figura 7.26b. Cite alguns possíveis defeitos que podem causar esse valor alto na leitura. 7.40 Se o resistor do emissor estiver aberto na Figura 7.26b, qual será a leitura no voltímetro para a tensão da base? E para a tensão do coletar? 7.41 Um voltímetro cc indica uma leitura de 1,1 V no coletar da Figura 7.26b. Cite alguns possíveis defeitos. 294 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.7 PROBLEMAS NÃO-USUAIS correto, e pede uma sugestão. Dê-lhe algumas. 7.42 Você montou o circuito da Figura 7.26a que funciona normalmente. Agora, seu trabalho é destruir o transistor. Em outras palavras, você está tentando encontrar um meio de danificar o transistor. O que você faria? 7.43 Um estudante de eletrônica iniciante inventou um circuito novo. Ele funciona bem quando o ganho de corrente está entre 90 e 110. Fora dessa faixa, ele não funciona. O estudante planeja produzir esse circuito em massa, selecionando os transistores 2N3904, que têm o ganho 7.44 Um estudante jura que um circuito com polarização da base com uma reta de carga que não é uma linha reta pode ser montado e está disposto a apostar 50 dólares nisso. Você aceitaria a aposta? Explique sua resposta. 7.45 Um estudante deseja medir a tensão coletor-emissor na Figura 7.26b e para isso conecta um voltímetro entre o coletor e o emissor. Qual será a leitura no voltímetro? (Observação:Existem várias respostas corretas.) +lOV +lOV 'l +5V Q2 + 2,4kQ +VBB 5V 100Q l-- - 1-- 1270 - - Q (b) (a) Figura7.27 PROBLEMAS AVANÇADOS 7.48 Qual será o valor da corrente no LED da Figura 7.46 Qual é o valor da corrente no coletor na Figura 7.27a? 7.47 Na Figura 7.27a, o primeiro transistor tem um ganho de corrente de 100 e o segundo transistor tem um ganho de corrente de 50. Qual é a corrente na base do primeiro transistor? 7.27b se VBB = O? E se VBB = 10 V? 7.49 O diodo Zener na Figura 7.27b é substituído por um lN748. Qual será a corrente no LED quando VBB = O? 7.50 Qual é o valor máximo possível de corrente no resistor de 2 kQ na Figura 7.28a? J Cap.7 VBB? 7.52 O LED na Figura 7.28a está aberto e VBB= 3 V.Um voltímetro está conectado entre o coletor do 2N3904 e o terra. Qual deve ser o valor indicado pelo voltímetro? 100 +10 V 10 f, - rA-':T~~"- 2 kQ ,, ,, ,, ,, ,, 1,0 ~ 2N3904 0,01 0,001 0,0001 0,1 430 Q . 0,1 ..9 +1000 V +VBB 295 7.53 Um multímetro tem uma sensibilidade de 20 kQjV O multímetro está conectado entre o coletor da Figura 7.24a e o terra. Se o resistor de 3,3 kQ estiver aberto, qual deverá ser a leitura indicada pelo multímetro se ele estiver na escala de 50 V? 7.51 A Figura 7.28b deve ser aplicada para o 4N33 da Figura 7.28a. Se a tensão no resistor de 2 kQ for de 2 V,qual será o valor de Fundamentos de transistores 1,0 10 100 hEO, mA (a) (b) Figura7.28 PROBLEMAS COMO DISPOSITIVO DE ANÁLISE VARIACIONAL Use a Figura 7.29 para os problemas restantes. Suponha aumentos de 10% aproximadamente na variável dependente e use a segunda aproximação do transistor. Uma resposta deve ser P (para permanece sem variar) se a alteração na variável dependente for tão pequena que você sente dificuldade em medi-Ia. Por exemplo, você provavelmente terá dificuldade em medir uma variação de menos de 1%. Para verificação de defeitos, uma variação como essa é geralmente considerada sem alteração. 7.54 Tente prever a resposta de cada variável dependente no retângulo denominado VBB. Confira suas respostas. Depois, responda às questões a seguir o mais diretamente possível. Que efeito faz um aumento na tensão de alimentação da base sobre as variáveis dependentes do circuito? 7.55 Faça uma previsão das respostas de cada variável dependente no retângulo denominado Vcc. Confira suas respostas. Depois, resuma suas respostas em uma ou duas sentenças. 7.56 Faça uma previsão de cada variável dependente no retângulo denominado RE. Confira suas respostas. Liste as variáveis dependentes que diminuem. Expli- 296 Eletrônica - 4q Edição - Volume 1 Cap.7 que por que elas diminuem, usando a lei de Ohm ou outra idéia básica similar. 7.58 Faça uma previsão das respostas de cada variável dependente no retângulo deno- minado ~CC. Liste as variáveis depen7.57 dentes que mudam. resultados não-usuais. Faça uma previsão de cada variável dependente no retângulo denominado Rc. Confira suas respostas. Liste as variáveis dependentes que não mudam. Explique por que elas não mudam. C VBB Vcc esses Rc + - Vcc + VBB- 2V Explique I - 115v - - RB Rc f3cc 1 2 3 4 5 6 A N A N N D Vc :D4 B D A D N D A h :Dl C N A D N D D Ic : F3 D A D D D N A N A A D A D D A VB :C2 A VE :E5 IB : D6 E N PD :F4 F Pc :B6 PE :Al Figura7.29 D D Respostas o dispositivo Inc.) para verificação de defeitos TM.(Patenteado: cortesia de Malvino