TRANSISTOR O Transistor apresenta uma característica muito

ELETRÔNICA - Transistores
TRANSISTOR
O Transistor apresenta uma característica muito importante, consegue controlar a
corrente que circula por ele, dessa maneira nos fornece o efeito da amplificação. Um diodo
pode ser usado como um retificador, mas não pode controlar a corrente que circula
internamente.
Um diodo é formado por uma seção de material tipo P e uma seção de material tipo N.
Um transistor é constituído por três cristais de material semicondutor dopado,
formando duas junções “P – N”. Desta forma são obtidos dois tipos de transistores de junção,
dependendo do cristal semicondutor intermediário ser P ou N.
O transistor NPN é constituído por dois cristais do tipo N e um por um cristal
intermediário do tipo P, em quanto que um transistor do tipo PNP é constituído por dois
cristais do tipo P e um cristal intermediário do tipo N. Em ambos os tipos a espessura do
cristal intermediário é bem menor do que a dos extremos.
Fig. 1
Cada seção “cristal” de um transistor terá um terminal. O cristal do centro recebe o
nome de base (B) e os outros dois são chamados de emissor (E) e de coletor (C). Assim,
todo transistor seja NPN ou PNP possuíra três terminais cada um com um significado
especial, conforme a função desempenhada.
As junções dos transistor recebem nomes especiais:
-
Junção base-emissor, formada pelos cristais da base e do emissor.
Junção base-coletor, formada pelos cristais da base e do coletor.
Fig. 2
Para que um transistor tenha uma situação normal de funcionamento, deve ter a suas
junções polarizadas adequadamente.
TRANSISTOR NPN
Se aplicarmos uma tenção entre os dois terminais das regiões do tipo N, ou seja entre
emissor e coletor, de modo que o negativo da fonte esteja ligado no emissor e o positivo no
coletor, no terminal negativo da fonte os elétrons livres da região do tipo N correspondente
ao emissor serão repelidos em direção à junção base-emissor, dessa maneira estreitando a
região de depleção da mesma.
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Fig. 3
No terminal positivo da fonte de tenção, que vamos chamar de fonte de potência, os
elétrons são atraídos para o terminal, fazendo com que aumente a barreira de depleção da
junção base-coletor. O aumento dessa barreira é equivalente a de um diodo polarizado
inversamente e por esta razão não pode fluir corrente através do transistor.
Fig. 4
Se no transistor NPN da figura aplicamos agora outra fonte de tensão, chamada de
fonte de polarização, de modo que o seu terminal negativo fique ligado na região do tipo N,
correspondente ao emissor, junto com o terminal negativo da fonte de potência, e seu
terminal positivo fique conectado na região do tipo P (a base), conforme figura 5, essa
polarização direta vai permitir a circulação de uma corrente na junção base-emissor. Os
elétrons vão circular do terminal negativo (sentido de corrente eletrônico), entre o emissor e a
base, completando o circuito pelo terminal positivo da fonte de polarização. Essa corrente é
chamada de corrente de polarização. Ao circuito assim constituído vamos chamar de circuito
de polarização. Mas muito dos elétrons que são atraídos pela tensão de polarização positiva
da base, adquirem energia suficiente e, ao invés de completar o circuito pela fonte de
polarização, atravessam a junção base coletor e completam o circuito pelo terminal positivo
da fonte de potência.
Fig. 5
As explicações para esse fato são as seguintes:
a) a tensão aplicada pela fonte de potência entre as duas regiões do tipo N, ou seja
entre emissor e coletor, é muito maior do que a tensão de polarização, e vai atrair
os elétrons mais fortemente.
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b) a base, que é a região P, no meio das regiões do tipo N, é muito estreita (cerca de
um milésimo de polegada) e em muitos casos é fracamente dopada, não havendo,
portanto, muitos buracos para atrair os elétrons para a região do tipo P.
c) por ser a região do tipo P muito estreita, será fortemente influenciada pelos íons
positivos da região do tipo N correspondentes ao coletor, que atrairá fortemente os
elétrons.
d) a região P contem íons negativos fixos, que vão repelir os elétrons, forçando-os a
seguir para região do tipo N correspondentes ao coletor.
O que deve ser bem intendido, é que quem dá do elétron energia suficiente para
atravessar a junção base emissor é a tensão de polarização. E uma vez que os elétrons
passam por esta junção, o conjunto da atuação de diversas forças, irá fazer com que muitos
elétrons atravessem a junção base-coletor completando o circuito pelo terminal positivo da
fonte de potência.
A intensidade da corrente de polarização é muito pequena, geralmente inferior a 5%
da corrente total que circula pelo transistor. Para melhor identificar essa corrente, a partir de
agora vamos chama-la de corrente de base do transistor. O restante da corrente, entorno de
95%, que completa o circuito pelo terminal positivo da fonte de potência, é chamada de
corrente do coletor. No emissor temos circulando a corrente total no transistor, ou seja, a
corrente de emissor é a soma da corrente da base + a corrente do coletor. (fig. 06)
Fig. 6
Se a corrente da base subir, a corrente do coletor também sobe. Se a corrente da
base diminuir, a corrente do coletor também diminui. Se não circular a corrente da base, não
haverá circulação da corrente do coletor. Desta forma, a corrente do coletor depende do
coletor depende da corrente da base, e uma variação nesta corrente da base, (corrente de
polarização), vai provocar uma variação correspondente na corrente do coletor. Como a
corrente do coletor é muito maior, as variações vão ser amplificadas. Nos circuitos práticos a
polarização é fornecida por uma fonte de tensão. E o sinal que se deseja amplificar é
sobreposto, ou seja, é somado, fazendo com que as variações do sinal sejam amplificadas.
O valor da corrente da base mais a corrente do sinal que se deseja amplificar, bem
como a corrente do coletor, deve ser limitado pelo circuito externo, geralmente por resistores,
para que as correntes fiquem dentro do máximo valor permitido para cada junção do
transistor. Nos manuais de transistores, que são livros que nos fornecem as características
dos mesmos, normalmente está especificado o valor da corrente de base máxima, bem como
o máximo valor da corrente de coletor. A quantidade de transistores existentes no mercado é
muito grande, e são construídos para uma determinada aplicação. Existem transistores
utilizados em audio-frequência, radio-frequência, outros para potências altas, etc.. Como é
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impossível fornecer as características de todos, vamos pelo menos fornecer uma tabela dos
transistores fabricados pela IBRAPE, muito utilizados no nosso mercado, e comentar
algumas características importantes.
TRANSISTOR PNP
No transistor do tipo PNP, o emissor e o coletor são formados por regiões do tipo P e
a base é formada por uma fina camada de uma região do tipo N.
O funcionamento do transistor do tipo PNP, é idêntico a do NPN, com todas as
polaridades invertidas. As barreiras iônicas nas junções repelem os buracos para os
terminais das regiões do tipo P e os elétrons livres para o centro da região do tipo N.
Aplicando-se os potenciais nas regiões de acordo com a figura 8, a junção baseemissor estará diretamente polarizada. Buracos serão repelidos pela região do tipo P do
emissor em direção da região do tipo N da base, atravessando a junção.
Fig. 7
Alguns buracos atingem o terminal negativo da fonte de polarização na base, mas a grande
maioria dos buracos atravessa a junção base-coletor atingindo o terminal negativo da fonte
de potência na região do tipo P do coletor. Lembre-se que nos transistores do tipo PNP os
buracos é que são os portadores majoritários de corrente, e uma pequena variação na
corrente de polarização entre emissor-base produz uma grande variação na corrente do
circuito da fonte de potência, corrente está entre emissor e coletor. Cada buraco que deixa o
emissor é produzido pela partida de um elétron em direção ao terminal negativo da fonte, e
como cada buraco que chega ao coletor é neutralizado por um elétron, o fluxo de elétrons no
circuito é oposto ao fluxo de buracos (sentido eletrônico da corrente).
Fig. 8
CONCLUIMOS então que a operação normal de um transistor, tanto NPN como PNP,
baseia-se na polarização simultânea das duas junções. Tal fato apresenta-se da seguinte
maneira:
1º) JUNÇÃO BASE-EMISSOR é polarizada no sentido direto, apresentando uma
resistência ohmica muito baixa (polarização no sentido de baixa resistência).
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Na polarização direta, da junção base-emissor os pólos da bateria (fonte de
alimentação) ligados a estas regiões, tem por iniciais as mesmas letras que indicam o tipo de
cristal.
-
pólo negativo (N) da bateria é ligado ao emissor (cristal N);
pólo positivo (P) da bateria é ligado a base (cristal P);
-
pólo positivo (P) da bateria é ligado ao emissor (cristal P);
pólo negativo (N) da bateria é ligado à base (cristal N).
2º) JUNÇÃO BASE-COLETOR é polarizada no sentido inverso, apresentando uma
resistência ôhmica muita elevada.
Na polarização inversa da junção base-coletor, o pólo da bateria (fonte de
alimentação), ligada ao coletor, terá letra contrária àquela que designa o tipo de cristal que
constitui o coletor.
NPN – o pólo positivo (P) da bateria é ligado ao coletor (cristal N).
PNP - o pólo negativo (N) da bateria é ligado ao coletor (cristal P)
Fig. 9
SÍMBOLO DOS TRANSISTORES
O símbolo dos transistores da maneira como são representados nos esquemas
elétricos pode ser visto abaixo. A base é representada pela barra, a seta representa o
emissor. Para que você decore mais facilmente, lembre-se que no transistor NPN, a seta
NÃO APONTA para a base. No transistor PNP, a seta APONTA.
A preferência entre um dos tipos de transistores vai depender especialmente de dois
fatores:
a) disponibilidade
b) compatibilidade com a fonte de tensão do circuito. Quando o negativo da fonte é
aterrado, é usado normalmente o transistor do tipo NPN, que permite terra comum
no emissor, ao negativo da fonte de polarização e da fonte de potência. Quando o
positivo da fonte é aterrado, normalmente é usado o transistor do tipo PNP. Em
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alguns circuitos, no entanto os dois tipos, um complementado o outro. A preferencia
atual está no uso dos transistores NPN.
Fig. 10
BETA DO TRANSISTOR ( )
Uma característica muito importante do transistor, que está associada com a
sua capacidade de amplificador, é o seu fator beta ().
Já estudamos que a corrente de polarização de um transistor, ( a corrente de
base), é normalmente inferior a 5% da corrente total. Se fosse exatamente 5%, a
corrente de coletor seria igual a 95% da corrente total. O beta é a relação entre a
corrente de coletor e corrente de base num transistor. Neste caso:
O beta nos mostra, além da relação entre as correntes, a quantidade de
variação da corrente de coletor esperada para uma determinada variação da corrente
Ib, provocada pelo sinal de entrada. Exemplificando: no caso teórico do transistor
acima, em que o  é 19, uma variação de 1mA no sinal de entrada, ou seja, na Ib,
deve provocar aproximadamente 19 mA de variação da corrente de coletor. O beta, na
verdade, nos indica o ganho de corrente do transistor. Para amplificação de pequenos
sinais, é comum encontrarmos transistores com  igual ou maior que 100. É
importante que o aluno entenda isso, num transistor com  igual a 100, se espera que
um sinal na entrada provoque uma variação no coletor 100 vezes maior.
Sempre que se deseja uma alta amplificação, se procura utilizar um transistor
com um  elevado.
Fig. 11
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CORRENTE DE FUGA
A corrente de fuga nos transistores, da mesma forma que nos diodos, é
provocada pela circulação de portadores minoritárinos de corrente através de uma
junção polarizada inversamente.
É um grande problema dos circuitos transistorizados e varia muito com a
temperatura. Na junção base-emissor, a corrente fuga não é importante, uma vez que
essa junção é normalmente polarizada diretamente.
A corrente de fuga que realmente nos interessa é chamada comumente de Ico,
mas cuja denominação mais precisa é Icbo, e que é a corrente de fuga entre coletor e
base do transistor e com o emissor em circuito aberto, ou seja, desligado. A corrente
de fuga (Ico) é especificada pelo fabricante para a temperatura ambiente
(normalmente de 25º C) e para uma determinada tensão. Devemos observar que a
Ico, varia proporcionalmente à temperatura e podemos considerar como regra prática
o seguinte: para cada aumento de 10º C da temperatura da junção, a Ico dobra seu
valor. E subindo a Ico o aumento da passagem de corrente pela junção provoca novo
aumento de temperatura; isto provoca novo aumento da Ico, e esse processo pode
continuar e pode conduzir a uma situação de instabilidade, chamada de avalanche
térmica, que deve ser evitada.
È por essa razão que normalmente usamos dissipadores de calor nos
transistores, principalmente quando os mesmos são de potência.
Para medir a Ico, basta colocar um microamperímetro no circuito da basecoletor, e aplicar uma tensão inversa entre a base e o coletor, conforme a figura 12. O
valor desta tensão pode ser em torno de 10V.
Fig. 12
Para comprovar o aumento da Ico com a temperatura, basta encostar a ponta
do ferro de soldar no transistor, e observar a indicação do microamperímetro. Você
vai notar um rápido aumento na indicação da corrente. Cuidado para não danificar o
transistor. Se a junção entrar em curto circuito, a corrente pelo microamperímetro será
muito alta e poderá danifica-lo.
A corrente de fuga de coletor para emissor com a base aberta é chamada de
Iceo. Seu valor pode ser calculado, em função da Ico, e do  do transistor. Sabendo o
valor de Ico do transistor e do seu , Iceo é obtida pela seguinte equação: Iceo =
(1+) Ico.
Neste caso, supondo-se que Ico seja 10 A, e o  do transistor 99, Iceo será:
Iceo = (1 + 99).10 A = 1000uA = 1 mA.
Outro modo de se obter a Ico é simplesmente medindo-se a mesma, para tanto
insere-se um medidor de corrente em série com o circuito, conforme a figura 13.
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Fig. 13
CONFIGURAÇÕES BÁSICAS COM TRANSISTORES
Vamos agora estudar as configurações que utilizam a capacidade de
amplificação de um transistor. Entre as finalidades deste estudo, podemos destacar os
limites de segurança na operação do transistor, e o acoplamento entre os diversos
estágios transistorizados.
A capacidade de amplificação de um transistor resulta do fato de que uma
pequena variação da corrente de base provoca uma grande variação na corrente de
coletor. O projeto de um estágio deve evitar que um excessivo aumento na corrente de
coletor. O projeto de um estágio de evitar que um excessivo aumento na corrente de
base provoque uma corrente total muito alta, o que pelo aquecimento interno, pode
destruir o transistor.
Para melhor compreensão dos diversos circuitos transistorizados, o aluno não
deve esquecer que:
Ie = corrente continua que flui pelo terminal do emissor.
Ib = corrente continua que flui pelo terminal da base.
Ic = corrente continua que flui pelo terminal do coletor.
Vbe = tensão continua entre base e emissor.
Vce= tensão continua entre coletor e emissor.
Vcb = tensão continua entre coletor e base.
Foi visto anteriormente que uma pequeníssima porcentagem da corrente que
flui através do emissor fluirá para a base (Ib) e o restante para o coletor (Ic). Dessa
forma consideramos a corrente do emissor igual a soma da corrente de base (Ib) com
a corrente do coletor (Ic).
O sentido da corrente de emissor (Ie) será sempre CONTRÁRIO ao sentido da
flecha existente no símbolo do transistor.
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Com relação as tensões existentes entre os terminais do transistor, podemos
dizer que a tensão entre coletor e emissor é a soma da tensão de base-emissor e
coletor-base, da seguinte maneira:
EMISSOR COMUM
Um dos circuitos mais utilizados é sem duvida nenhuma a configuração de
emissor comum. O nome vem do fato de que o emissor faz parte tanto de circuito de
entrada, de polarização, como do circuito de saída, potência. A entrada e feita entre a
base e o emissor, enquanto que a saída é feita entre o coletor e emissor.
No meio técnico, também, é conhecida esta configuração como ligação com
emissor em terra, ou ligação com emissor a massa. O emissor, geralmente, é ligado
diretamente a massa do circuito ou por intermedio de um resistor.
Fig. 14
Observe o circuito de emissor comum na figura 14 é colocado um resistor em
série com o coletor, base e emissor. O resistor no coletor limita a corrente no circuito
de potência. O resistor de base controla a corrente de polarização e o resistor de
emissor, comum aos dois circuitos, vai também limitar as duas correntes. Mas a
principal função do resistor do emissor é transmitir ao circuito da base as variações da
corrente de coletor, efeito esse que é chamado de realimentação.
O circuito na figura 14 não é usado na prática. Nos circuitos normais as duas
correntes são fornecidas pela mesma fonte, conforme a figura 15. O resistor da base
(Rb) é adequado para limitar a corrente de polarização da junção base emissor ao
valor desejado. O sinal que desejamos amplificar é aplicado na base junto com a
polarização, fazendo com que na junção base-emissor seja então aplicada a tensão
correspondente a soma das tensões ou seja, a tensão de polarização mais a do sinal
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que se deseja amplificar. O resistor de polarização de base não influi diretamente no
sinal.
Se for retirado o resistor do emissor, o sinal será amplificado diretamente sobre
a baixa impedância da junção base emissor.
Fig. 15
NOTA – num circuito em que só existe corrente continua, a oposição ao fluxo
da corrente é determinada apenas por resistência do circuito, mas sempre que
estivermos trabalhando com corrente alternada, a oposição ao fluxo da corrente será
determinada pelos efeitos capacitivos e indutivos do circuito, além da sua resistência.
A oposição total ao fluxo da corrente alternada é chamada impedância, cujo o símbolo
é a letra Z.
Sendo baixa a impedância da junção base emissor, a impedância da fonte
geradora do sinal que se deseja amplificar também deve ser baixa, para permitir uma
boa transferência do sinal. Vamos fazer um pequeno parêntese no nosso estudo de
transistor, para lhe explicar melhor por que se procura fazer com que as impedâncias
sejam iguais entre dois estágios de um amplificador ou entre dois elementos quaisquer
em que existe uma transferência de energia de um para o outro. Para isso, nada
melhor do que um exemplo. Vamos supor que um gerador com uma impedância
interna de 50 ohms nos fornece uma tensão de 100V. Vamos conecta-lo em três
resistores diferentes, e verificar o que acontece com a transferencia de energia. É bom
definir também, o que vem a ser a resistência interna de um gerador. È a resistência
inerente ao seu circuito interno, fixa, em que podemos representar como um resistor
em série com o símbolo do gerador. Normalmente, para simplificar omitimos o
desenho da resistência interna dos geradores, a não ser quando é fundamental para o
entendimento do circuito.
Fig. 16
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Uma pilha também é um gerador, e possui, logicamente, a sua resistência
interna. Quando a pilha é nova, essa resistência é muito pequena na ordem de
décimos de ohm, e na prática podemos despreza-la. Mas à medida em que a pilha vai
sendo gasta, essa resistência interna vai aumentando, fazendo com que a pilha vá
perdendo a sua capacidade de fornecer corrente ao circuito externo. (fig. 17 à direita).
Fig. 17
Definido, então, o que é resistência interna do gerador, vamos voltar ao nosso
exemplo. Vamos, primeiramente, aplicar o gerador numa resistência de carga maior
do que a impedância do gerador, conforme figura 18 (à esquerda).
Como a resistência interna do gerador está em serie com a resistência do
circuito externo, que chamamos de resistência de carga, devemos soma-las para obter
a resistência total do circuito:
Vamos aplicar agora o nosso gerador numa carga menor do que a sua
impedância:
Fig. 18
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Aplicando o gerador numa carga igual a sua impedância:
Fig. 19
( Máxima transferência de potência )
CONCLUSÃO: pelos exemplos acima, verificamos que a máxima transferência
de potência se verificou na situação em que ocorreu um perfeito casamento das
impedâncias entre o gerador e a resistência de carga(casamento de impedância =
mesmas impedâncias).
Num amplificador transistorizado se procura sempre casar a impedância das
fontes de energia, como a impedância de uma capsula(pick-up) de toca-discos,
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microfone, gravador, etc., com a impedância de entrada do amplificador. Internamente,
entre as diversas etapas de amplificação, e na saída, um cuidado todo especial é dado
no casamento de impedâncias com os alto-falantes utilizados para reprodução do
som. Dessa forma conseguimos sempre o máximo de rendimento.
Uma vez esclarecida a razão porque se procura sempre um bom casamento de
impedâncias vamos voltar ao nosso circuito transistorizado. Já vimos que a relação
entre a corrente de coletor e a corrente de base(Ic e Ib) é chamado de beta (). A
partir de agora, sempre que nos referirmos a essa corrente e ao beta, vamos usar
apenas os seus símbolos. Essa relação é uma das mais importantes no estudo no
estudo de transistores, e convém que você não a esqueça. Vamos analisar um circuito
emissor-comum em que se retirou o resistor de emissor, inclusive fazendo alguns
cálculos, que são baste simples, mas importantes para o perfeito entendimento da
matéria. A impedância da junção base-emissor é bastante baixa, e vamos considerar
que seja de 100 ohms.
Fig. 20
Para os nossos cálculos, vamos fazer algumas simplificações. Não vamos
considerar as correntes de fuga que normalmente por serem muito baixas, podem ser
desprezadas. A tensão entre a junção base-emissor é, para o silício,
aproximadamente 0,6V e para o germânio 0,2V.
O valor do  do transistor é fornecido por um manual especifico ou tabelas de
características, mas mesmo no manual o valor apresentado é típico para uma dada
corrente de coletor, isto é, varia em função da corrente de coletor, e varia de transistor
para transistor mesmo sendo do mesmo tipo. Mas o valor real do , normalmente, não
é, para nós, muito importante. O que realmente nos interessa é o  mínimo do
transistor. No transistor do nosso exemplo, vamos supor que o seu  é 100, que é de
silício, que a Ic desejada, que por característica do projeto, é de 5mA, e que a tensão
da fonte é de 6V.
Sabemos que:
a)
b)
c)
d)
e)
= 100
Ic= 5mA
Ib = ?
Rc = ?
Rb = ?
1º Passo – calcular a Ib. Para isso, sabemos que num transistor  . Ib = Ic
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NOTA: 0,05 mA = 0,00005 A
2º Passo – Determinar o resistor de polarização de base, Rb. Se a corrente Ib é
de 0,00005 A, é essa a corrente que vai circular por esse resistor. A tensão da fonte é
de 6V, e a tensão na junção base emissor do transistor é de 0,6V; o resistor Rb está
em série com a junção. Logo a tensão sobre o resistor será:
NOTA – Dividindo volts por ampères teremos como resultado as podemos
também dividir volts por miliampéres, e o resultado será dado em KE se dividirmos
volts por microampéres, o resultado será dado M 
3º Passo – Só nos falta determinar o valor de RC. Não havendo nenhum
resistor no emissor, é comum procurar fazer com que a tensão da fonte se divida entre
o resistor do coletor e entre resistor do emissor do transistor. Quando existe um
resistor no emissor normalmente se subtrai a tensão no resistor do emissor da tensão
da fonte, e o resultado obtido é dividido entre o resistor do coletor e o coletor-emissor
do transistor. No caso, a tensão sobre Rc deve ser 3V.
O circuito, com todos os seus valores de resistores e tensão está desenhado na
figura 21.
Fig. 21
Com estes valores de corrente e tesão, o nosso transistor está devidamente
polarizado, e pode funcionar como amplificador. O sinal que se deseja amplificar é
aplicado entre base e emissor, e retirado entre coletor e emissor. Vamos considerar
que se está aplicando na sua base um sinal alternado como no gráfico abaixo.
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A corrente provocada por este sinal aplicado na base-emissor do transistor vai
ser somada algebricamente com a corrente de polarização. Vamos supor que no seu
semi-ciclo positivo o sinal provoca um aumento na Ib de 10 A. A Ib passa a ser então
de 60 A, e a Ic se altera para:
Ic = B . Ib
Ic = 100 . 60 A = 6 mA
Ic aumentou 1 mA com isto, a queda de tensão sobre Rc também sobe, pois:
Rc = Rc x Ic
Rc= 600h x 0,006 A = 3,6 V
A tensão subindo em Rc provoca a diminuição da tensão entre coletor-emissor
do transistor.
A tensão cai de 3V para 2,4 v. O transistor, entre coletor e emissor, se comporta
como um resistor variável, dependendo do valor da corrente base. Você pode
raciocinar da seguinte maneira: aumentou Ib, o efeito provocado no transistor entre
coletor e emissor equivale a um resistor que diminui sua resistência (no caso de um
transistor NPN, como é o caso do nosso estudo).
O nosso sinal de entrada agora vai inverter a sua polaridade, ficando negativo e
provocando uma diminuição na corrente de base de 10 A. A Ib passa agora a ser 40
A, e a Ic para 4 mA. A tensão sobre Rc diminuiu para 2,4 V e a tensão entre coletoremissor do transistor sobe para 3,6 v e como se a diminuição de Ib de entrada tivesse
aumentado o valor do resistor variável representado pelo transistor, entre coletor e
emissor.
A forma de onda Ic de saída pode ser vista na figura 23. Nosso exemplo mostra
que a Ic variou de 4 para 6 mA em função do sinal de entrada, e que enquanto a
corrente do sinal de entrada aumentava sua amplitude a Ic também subia de
amplitude.
Quando a amplitude do sinal de saída acompanha o sinal de entrada, dizemos
que estão em fase. Agora observe a forma de onda da tensão de saída. A tensão de
saída é a tensão entre o coletor e emissor do transistor, e verificamos que a forma de
onda de tensão de saída comparada com a forma da corrente do sinal de entrada esta
invertida, enquanto a corrente de entrada sobe, a tensão de saída desce. Está
havendo uma inversão de fase na tensão de saída com respeito ao sinal de entrada.
Aproveitando nosso exemplo, já temos condições de lhe explicar o que é ganho
de tensão, ganho de corrente e ganho de potência.
O ganho de corrente (GI) é a relação existente entre a variação (variação é
representada pelo delta), símbolo () da corrente de saída, pela variação da corrente
ELETRÔNICA - Transistores
de entrada. Como no nosso exemplo a corrente de saída é a Ic, e a corrente de
entrada a Ib, o ganho de corrente é:
Significa que a corrente de saída é 100 vezes maior que a corrente de entrada.
O ganho de tensão (GV) é obtido pelo mesmo processo usado para o calculo
do ganho de corrente. A tensão de saída é Vce e a tensão de entrada é Vbe.
A variação na tensão de entrada pode ser calculada pela variação da corrente
de entrada sobre a impedância de entrada (Zin).
O ganho de potência (GP) é o produto do ganho de corrente pelo ganho de
tensão:
GP = GI . GV
GP = 100 . 600 =
60. 000
O circuito apresentado é o mais simples dos utilizados e tem a sua aplicação
em circuitos onde a tensão da fonte é baixa, e não requeiram grande fidelidade e
necessite um baixo custo. Apresenta um grande inconveniente, é muito instável,
sofrendo fortemente os efeitos da temperatura.
Características validas para todos os circuitos do tipo emissor comum: a sua
impedância de entrada tende a ser baixa, e impedância de saída é normalmente alta.
Fig. 22
ELETRÔNICA - Transistores
Para aumentar a impedância de entrada de um transistor, podemos colocar um
resistor no seu emissor. Mas a colocação deste resistor não terá somente este efeito,
muitos outros serão conseguidos, e todos inter-relacionados. Um efeito simples é o
controle da corrente do coletor, quando a carga normalmente ligada no coletor tem
uma resistência muito baixa, como pode acontecer em certos circuitos de controle, por
exemplo, quando o transistor é utilizado para controlar um relé, conforme a figura 23.
O funcionamento do transistor neste caso é muito simples. Se comporta
simplesmente como uma chave. Sem sinal aplicado na sua base. Não há condução de
corrente no transistor (está cortado), e o relé não é acionado. O transistor sem
comporta como uma chave que está aberta. Aplicando-se uma pequena corrente de
valor adequado na base do transistor, o mesmo conduz e o relé é acionado. O diodo
em paralelo com o enrolamento da bobina do relé serve para proteger o transistor
quando for retirada a tensão de controle e o transistor novamente entrar em corte (em
corte, significa que não há condução de corrente pelo transistor). A energia magnética
armazenada pela bobina encontra um caminho pelo diodo e se descarrega por ele,
sem afetar o transistor. A vantagem de se usar um transistor para controlar um relé é
que basta um pequeno sinal de controle para controlar um relé que necessita uma
corrente bastante alta.
Além deste efeito, um outro bem mais importante e menos percebível é o
aumento da impedância da entrada do transistor. Tal fato é muito importante e pode
ser usado para adaptar a impedância de entrada a impedância da fonte do sinal,
normalmente bem mais alta do que a da junção base-emissor do transistor. O
descasamento de impedância poderia inclusive, além das perdas altamente
prejudiciais na transferência de energia, provocar distorção no sinal. Com o resistor no
emissor, o sinal vai encontrar alem da impedância da junção base-emissor, o efeito da
reflexão da corrente de coletor, passando através desse resistor.
Vamos analisar o circuito ao lado. Sendo o  do transistor igual 19, e a
resistência da sua junção base emissor igual a 100 ohms. Vamos colocar um resistor
de 900, no emissor aumentado a resistência total do emissor do transistor para 1K.
Escolhendo-se um Rb adequado de modo que a Ib seja 0,1 mA, a Ic será 1,9 mA (Ic =
B . Ib = 1,9 mA).
Sobre R circulará: I = Ic + Ib
I = 1,9mA + 0,1mA =
2 mA.
Essa corrente de 2 mA (0, 002 A) sobre Re vai provocar uma queda de tensão
de 1,8 V, pois:
E=R . I
E = 0,002 A . 900 = 1,8V
ELETRÔNICA - Transistores
Fig. 23
O efeito desta tensão, provocada pela Ic sobre Re faz com que para a fonte
sinal a impedância de entrada aumente Re . (B + 1). A resistência da base é então
igual a:
Rb = Re . (B + 1)
Rb = 900 . ( 19 + 1 ) = 900 . 20
Rb = 18.000 
Selecionando um transistor com maior, a impedância de entrada aumenta
ainda mais, permanecendo os outros fatores todos constantes.
Com a impedância de entrada aumentada pela inclusão do resistor no emissor,
o ganho de tensão no estagio é diminuído consideravelmente, porque para uma
tensão de entrada com uma impedância de entrada maior, a Ib será menor, em
consequência, a Ic também será menor, e do mesmo modo teremos uma menor
tensão de saída. O efeito desta diminuição do ganho de tensão é chamado de
realimentação negativa, ou degeneração do sinal.
Em muitos circuitos, a manipulação adequada do valor de Re faz com que se
consiga ajustar a impedância de entrada de um estagio amplificador para a fonte de
sinal. Alem desses efeitos já citados, Re ainda proporciona um circuito muito mais
estável quanto às variações das correntes de fuga com a temperatura.
Já vimos que um dos principais efeitos da inclusão de um resistor no emissor
de um transistor é o da estabilização das correntes médias que passam pelo mesmo.
Sem o resistor no emissor, as mudanças provocadas pelas variações na fonte de
tensão, temperatura e outros, poderiam afetar grandemente a Ic. Com o resistor no
emissor o aumento da corrente de coletor provoca um aumento da resistência de
entrada, diminuindo a Ib, o que fará com que a Ic volte ao seu valor normal. Mas
acontece que o resistor do emissor pode estar adequado para as correntes, de polarização, que circulam no circuito sem sinal aplicado, mas podem representar uma
impedância de entrada muito alta para a fonte do sinal. Isto é facilmente resolvido,
bastando que para isso se divida o resistor no emissor do transistor em dois resistores
em série, e se coloque um capacitor num dos resistores, de modo que para a fonte do
sinal o capacitor seja praticamente um curto-circuito, figura 26.
ELETRÔNICA - Transistores
Fig. 22
Para as correntes de polarização, o resistor Re é a soma de Re1 + Re2. Para a
fonte do sinal, o capacitor Ce é um curto e para o sinal o resistor de emissor será
somente Re1. Desta forma, consegue-se uma estabilização das corrente no transistor
sem afetar demasiadamente a impedância de entrada do transistor e sem diminuir
muito o ganho de tensão.
RESUMINDO: podemos citar como principais características de um circuito
emissor comum:
-
Baixa impedância de entrada;
Impedância de saída relativamente alta (10K a 100K);
Amplificação de corrente entre 10 a 100 vezes;
Amplificação de tensão entre 100 a 1000 vezes;
Amplificação de potência entre 1000 a 100000 vezes;
A tensão do sinal de saída defasada de 180º em relação a tensão do sinal de
entrada.