CINEL-EB-4

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CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA
5. TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR
5.1 Noção e constituição
O transístor de junção bipolar é um dispositivo constituído por um cristal de silício ou germânio
no qual existem três zonas semicondutoras, duas tipo N separadas por uma tipo P, ou, duas tipo P
separadas por uma tipo N. Assim temos transístores tipo NPN ou tipo PNP.
As três zonas têm terminais de acesso e designam-se por emissor, base e colector.
Na figura 5.1 estão representados os dois tipos de transístores e os respectivos símbolos.
Emissor
Emissor
E
E
N
P
B
Base
N
B
Base
P
N
P
C
Colector
C
Colector
(A)
(B)
Figura 5.1 – (A) – Transístor NPN; (B) – Transístor PNP. A seta que aparece no símbolo é orientada
segundo a polarização directa do díodo emissor.
O transístor é semelhante a dois díodos (duas junções P-N) de costas um para o outro:
-
Díodo emissor – base ou díodo emissor (ou junção de emissor)
Díodo colector – base ou díodo colector (ou junção de colector)
No entanto, o seu comportamento não pode ser visto como o resultado do comportamento dos
dois díodos em separado. Tem de ser visto em conjunto, funcionando tudo simultaneamente.
O emissor é a parte do transístor mais fortemente dopada. A sua função é a de injectar na base
os seus portadores maioritários (electrões se for tipo N ou lacunas se for tipo P).
A base é muito estreita e fracamente dopada e por isso permite que a maior parte dos portadores
que nela são injectados pelo emissor sejam recolhidos (ou colectados) pelo colector. Este é a
parte mais extensa do transístor e tem uma dopagem intermédia entre a do emissor e a da base.
EB
41
Vamos começar o estudo pelo transístor NPN, tendo em vista que no tipo PNP o funcionamento é
idêntico só que neste são as lacunas os portadores maioritários e as tensões e correntes têm os
sentidos opostos.
5.2 Polarização do transístor
O transístor pode funcionar em três zonas:
Zona de corte
A junção de colector e a junção de emissor estão inversamente polarizadas, figura 5.2. Praticamente não há corrente. A pequena corrente que existe é devida apenas aos portadores minoritários e na maior parte dos casos despreza-se.
O transístor nesta zona é comparado a um interruptor aberto.
Como não há corrente a potência dissipada é nula.
E
C
P
N
N
B
Figura 5.2 – Junção de emissor e junção de colector com polarização inversa
Zona de saturação
Tanto o díodo colector como o díodo emissor estão directamente polarizados, figura 5.3. A corrente de colector é imposta pelo circuito de carga.
O transístor nesta zona é comparado a um interruptor fechado.
A tensão colector emissor (UCE) vale cerca de 0,3V
Há alguma potência dissipada dada por:
P = UCE sat .IC  0,3 . IC
E
C
N
P
N
B
Figura 5.3 – Junção de emissor e junção de colector directamente polarizadas
EB
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Zona activa
O transístor é usado na maior parte das aplicações como amplificador. Há, no entanto, um grande
número de aplicações, principalmente no domínio da Electrónica Industrial ou Electrónica de
Potência, em que é usado em comutação isto é ou funciona na zona de corte ou na zona de saturação.
Para ser usado como amplificador, o transístor tem de funcionar na zona activa.
A junção de emissor é polarizada directamente e a junção de colector é polarizada inversamente,
figura 5.4. Desta forma consegue-se uma corrente de colector praticamente igual à corrente de
emissor. A corrente de base é muito menor que qualquer destas duas.
E
IE
C
P
N
IB
IC
N
B
Figura 5.4 – Transístor polarizado na zona activa
A explicação é a seguinte: como a junção de emissor está directamente polarizada há uma corrente directa de electrões (portadores maioritários neste tipo de transístor) do emissor para a base. A
base mais estreita e fracamente dopada não fornece lacunas suficientes para se fazer a recombinação. Há portanto muitos electrões vindos do emissor que não se recombinam com as lacunas da
base e penetram no colector onde são atraídos pelo terminal positivo da fonte.
Na figura 5.5 ilustra-se este movimento dos electrões
-
E
B
C
N
P
N
Junção de emissor
+
Electrão
Lacuna
Junção de colector
Figura 5.5 – Movimento dos electrões num transístor NPN polarizado na zona activa
As três correntes existentes nos terminais do transístor estão relacionadas por:
IE = IC + IB
IE – corrente de emissor
IC – corrente de colector
IB – corrente de base
EB
43
O número de electrões injectados na base é controlado pela polarização directa do díodo emissor.
O valor da tensão inversa do díodo colector tem pouca influência.
Na figura 5.6 mostra-se a polarização correcta de um transístor NPN e de um transístor PNP.
IE
E
C
UEE
IB
B
IC
IE
UCC
E
C
IC
UCC
UEE
IB
B
Figura 5.6 – Polarização na zona activa de um transístor NPN e de um transístor PNP
Esta ligação designa-se por ligação em base comum porque o terminal de base é comum à
entrada e à saída.
5.3 Alfa cc
O alfa cc dá-nos a relação entre a corrente de colector e a corrente de emissor:
cc = IC / IE
Como IC e IE são quase iguais, o valor de cc é muito próximo da unidade. O seu valor situa-se
entre 0,95 e 0,99.
A CC dá-se o nome de ganho de corrente em regime contínuo ou em repouso da montagem
BC, ou ganho de corrente em regime de sinais fortes ou relação directa de transferência de
corrente em regime de sinais fortes.
5.3 Curvas características
As curvas características são gráficos que relacionam as correntes e as tensões num transístor.
Como o transístor tem três terminais, um deles tem de ser comum à entrada e à saída. Assim,
além da configuração em base comum já referida, o transístor pode ser ligado em emissor comum
e colector comum.
As relações entre tensões e correntes dependem da montagem do transístor e por isso as características devem ser consideradas conforme o caso.
Num transístor temos a considerar três correntes e três tensões:
IC, IE, IB e UBE, UCE, UCB
5.3.1 Base comum
EB
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A figura 5.7 mostra um transístor NPN em configuração base comum, também chamada base
aterrada
IE
E
IC
C
UEE
IB
UCC
B
Figura 5.7 – Transístor NPN em configuração base comum
Na figura 5.8 mostram-se as características de saída
Região de saturação
Região activa
IC
(mA)
40
IE=30mA
30
IE=20mA
20
IE=10mA
10
Região activa
IE=0
0
0
2
4
6
8
(V)
UCB
Região de
corte
ICO
Figura 5.8 – Características de saída típicas de um transístor NPN montado em base comum
Como se pode observar, a corrente de emissor IE controla a corrente de colector IC. Porém, para
cada valor fixo da corrente IE, a corrente IC depende do valor de UCB.
Para IE=0 só há uma pequena corrente de fugas na junção do colector e geralmente é desprezada.
Para anular completamente a corrente IC só com uma pequena polarização directa.
Para IE=1mA, há um rápido aumento da corrente IC enquanto UCB está em polarização directa baixa e torna-se praticamente constante a partir da altura em que UCB passa a polarização inversa.
Para outros valores de IE o andamento das curvas é semelhante.
EB
45
A parte inicial das curvas em que há um rápido crescimento de IC é a zona de saturação. Geralmente, o transístor é usado para trabalhar na zona em que IC é praticamente constante – zona
activa.
Na figura 5.9 estão representadas as curvas características de entrada. São semelhantes às curvas características de um díodo só que agora a tensão UCB tem sobre elas algum efeito.
IE
(mA)
8
UCB=10
V
6
Colector
aberto
UCB=1V
UCB=0
4
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
(V)
1
UBE
Figura 5.9 – Curvas características de entrada de um transístor que relacionam IE com UBE
para vários valores de UCB.
5.3.2 Emissor comum
As curvas características de um transístor ligado em emissor comum podem ser traçadas usando
uma montagem como a representada na figura 5.10.
IC
mA
R2
UBB
R1
m
A
V
IB
UCC
UCE
R3
Figura 5.10– Circuito para determinar as curvas características de um transístor ligado em emissor comum
Fixa-se IB e varia-se R3. Com os valores de UCE e de IC medidos desenha-se uma curva, idêntica
às que estão representadas na figura 5.11.
A cada valor de IB corresponde uma curva.
Nesta montagem a corrente de colector IC é controlada pela corrente de base IB, embora para cada
valor fixo de IB a corrente de colector varie consoante a tensão inversa aplicada.
Como se pode ver, o andamento das curvas é idêntico ao da montagem em base comum.
EB
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IC
(mA)
40
IB=300A
30
IB=200A
20
IB=100A
10
IB=0
0
0
10
20
30
40
UCE (V)
Figura 5.11 – Curvas características de saída para um transístor ligado em emissor comum
Na figura 5.12-A mostra-se mais em pormenor a curva correspondente a IB=0 e outra das curvas.
IC
Ruptura
Saturação
ICEO
IB=0
BUCEO
UCE
Figura 5.12 – Curva de colector para IB=0 e outra curva
Para IB=0 há apenas uma pequena corrente de fugas, muito próxima de zero, que aumenta ligeiramente com o aumento de UCE. Esta corrente como é devida aos portadores minoritários, aumenta com a temperatura.
É especificada pelo fabricante e representa-se por ICEO (corrente de fugas colector emissor com o
terminal de base aberto - open).
Devem-se escolher transístores com ICEO baixo para evitar que, em funcionamento normal, correntes de fugas excessivas possam ter influencia na sua operação.
EB
47
A partir de um certo valor de UCE o díodo colector entra em ruptura. Esta tensão de ruptura é indicada nas folhas de dados como BUCEO (máx.). O seu valor depende do transístor. Para o BC546
por exemplo tem o valor 65V, para o BC547, 45V.
Para o não danificar o transístor deve-se evitar que a tensão chegue a este valor. Geralmente dáse uma margem de segurança, que pode ser, por exemplo, evitar que UCE seja superior a metade
de BUCEO (máx.).
Para as outras curvas há uma parte inicial muito abrupta em que o crescimento é muito rápido e
depois um certo nivelamento.
A zona inicial em que há o rápido aumento da corrente designa-se por zona de saturação. Nesta
zona o díodo colector está directamente polarizado e o transístor comporta-se como uma resistência de baixo valor. A zona de saturação corresponde a um UCE de alguns décimos de volt.
A zona nivelada corresponde à zona activa, onde geralmente o transístor é usado. A corrente IC é
praticamente constante nesta zona, mesmo com grande aumento de UCE.
Continuando a aumentar UCE chega-se à tensão de ruptura (as tensões de ruptura não estão
representadas na figura 5.11). Deve-se evitar que o transístor chegue a esta tensão.
Com estas curvas é muito fácil determinar o ponto de funcionamento do transístor. Por exemplo,
se UCE=20V e IB=100A, então IC=10mA.
5.4 Beta cc
O beta cc de um transístor - ganho em corrente contínua - relaciona a corrente de colector com
a corrente de base:
 cc = IC / IB
Por exemplo, um transístor com IC = 6mA e IB = 75A tem um  cc = 6/0,075 = 80.
O  cc é indicado nas folhas de dados por hFE. O seu valor não é constante, depende do ponto de
funcionamento do transístor e por isso é indicado para um determinado valor de Ic e UCE.
A figura 5.13 dá uma ideia dessa variação
CC
T=150ºC
T= -50ºC
IC
Figura 5.13 – Variação de  CC com IC e com a temperatura
Entre cc e  cc existe a relação:
EB
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cc =  cc / ( cc +1)
 cc = cc / (1- cc)
ou
5.5 Curvas da base
São muito idênticas à curva de um díodo, o que era de prever, só que agora a tensão UCE tem
alguma influência.
IB
UCE=1V
UCE=30V
UBE
Figura 5.14 – Curvas da base
A figura 5.14 mostra essa influência. A diferença entra as duas curvas é pouco perceptível e na
prática consideram-se as curvas como sobrepostas.
A figura 5.15 representa a característica da corrente de saída IC em função da tensão de entrada
UBE para um transístor de silício montado em emissor comum.
IC
ICEO  ICO
-0,2 -0,1
0
Corte 
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
U BE(V)
Tensão de limiar Região activa Saturação
Figura 5.15 – Curvas da corrente IC em função da tensão UBE
Na região de corte a corrente IE=0 e IC=ICO (ICO é a corrente de saturação inversa do díodo colector
inversamente polarizado tendo o emissor em circuito aberto). A tensão de corte é UBE corte =0V.
EB
49
A junção do emissor com polarização directa tem um comportamento idêntico ao de um díodo
directamente polarizado, isto é, só aparece uma corrente de base significativa a partir de um
determinado valor de tensão, chamada tensão de limiar U .
A corrente IC, proporcional a IB também surge só a partir deste valor de tensão.
A região activa do transístor que se considera logo a partir dos 0V em que começa a polarização
directa do emissor, só começa de facto a partir da tensão de limiar U.
Na tabela seguinte estão indicadas tensões típicas para um transístor NPN a 25ºC.
UCE saturação
UBE saturação
UBE activo
UBE limiar
UBE corte
Silício
0,2
0,8
0,7
0,5
0,0
Germânio
0,1
0,3
0,2
0,1
– 0,1
Exemplo:
O transístor do circuito representado na figura é de silício e tem um  CC = 100.
a) Determine o valor das correntes.
b) Suponha que se mudou a resistência de base de 180K para 50K. Verifique se o transístor
continua a funcionar na zona activa ou se está na de saturação.
IC
IB
2K
UCB
UCE
5V
10V
180K UBE
Resolução:
a) Como a junção de emissor está directamente polarizada, o transístor não está em corte, ou está
a funcionar na zona activa ou na de saturação. Vamos supor que está na zona activa.
Aplicando a Lei das Malhas à malha da base, temos:
5 = 180.IB + UBE
Considerando UBE=0,7V, vem para IB e para IC:
IB = (5 – 0,7) / 180  IB = 0,0239mA
IC =  CC.IB = 100.0,0239 = 2,39mA
Vamos agora verificar se efectivamente o transístor está ou não a funcionar na zona activa. Para
estar a funcionar na zona activa, a junção do colector tem de estar inversamente polarizada, o que
num transístor NPN equivale à tensão UCB ser positiva.
EB
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A Lei das Malhas aplicada à malha do colector dá:
10 = 2 IC + UCB + UBE  10 = 2.2,39 + UCB + 0,7  UCB = 4,52V
Está portanto confirmado o funcionamento na zona activa.
b) Vamos supor que o transístor está na saturação.
A Lei das Malhas aplicada à malha do colector, atendendo a que na saturação UCE = 0,2V ( muitas
vezes considera-se UCE = 0), dá:
10 = 2.IC + UCE  IC sat = (10 – 0,2) / 2 = 4,9mA
No circuito da base temos:
5 = 50.IB + UBE  IB = (5-0,8) / 50 = 0,084mA
A corrente mínima de base que faz o transístor entrar na saturação é dada por
IB min = IC sat / CC  IB min = 4,9 / 100 = 0,049mA
Como a corrente IB é superior a IB min o transístor está na saturação.
5.6 Valores limite de utilização
Entre outros valores indicados nas folhas de dados tem especial interesse:
Os valores máximos de tensão inversa que levam o dispositivo à ruptura:
-
BUCBO – Tensão colector-base com o emissor aberto
BUCEO – Tensão colector-emissor com a base aberta
BUEBO – Tensão emissor-base com colector aberto
-
Corrente máxima de colector (DC) - IC Max
-
Temperatura máxima da junção – Tj Máx
-
Potência máxima – PC Máx - Indicada para uma dada temperatura
A potência dissipada por um transístor pode ser calculada através de:
PD = UCE . IC
O construtor indica a potência máxima a uma dada temperatura, em geral 25ºC.
EB
51
Quando a temperatura aumenta, a potência máxima que o transístor pode dissipar diminui. No
gráfico representado na figura seguinte há uma diminuição de 2mW/ºC de elevação de temperatura.
PC máx
(mW)
300
0 25 50 75 100 125 150 175
(ºC)
T
Figura 5.16 – Variação da máxima potência dissipável com a temperatura
Esta variação depende da resistência térmica entre junção e ambiente. Um valor frequente para
esta resistência é 2mW/ºC.
É também frequente a indicação pelo fabricante da resistência térmica junção-embalagem que tem
valores mais baixos que a anterior.
O valor desta resistência pode ainda ser mais baixo, se o transístor for montado sobre um dispositivo dissipador de calor.
A utilização de dissipadores permite que a potência dissipada seja maior.
Na figura 5.17 está representada a curva de máxima dissipação de potência no gráfico das
características de saída de um transístor e também a recta de carga.
IC
(mA)
IB=300A
IC máx
Hipérbole de dissipação máxima
IB=200
A
UCC /RC
IC
IB=100A
PF
Recta de carga
IB=0
UCC UCE máx UCE
UCE
(V)
Figura 5.17 – Hipérbole de dissipação máxima e recta de carga
No quadro seguinte está reproduzida uma parte da folha de dados dos transístores NPN BC546 e
BC547:
EB
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LIMITING VALUES
In accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 134).
SYMBOL
VCBO
VCEO
VEBO
PARAMETER
CONDITIONS
collector-base voltage
MIN.
MAX.
UNIT
open emiter
BC546
-
80
V
BC547
-
50
V
BC546
-
65
V
BC547
-
45
V
BC546
6
V
BC547
6
V
collector-emiter voltage
open base
emiter-base voltage
open collector
-
IC
collector current (DC)
-
100
mA
ICM
peak collector current
-
200
mA
IBM
peak base current
-
200
mA
Ptot
total power dissipation
-
500
mW
Tstg
storage temperature
-65
+150
ºC
TJ
junction temperature
-
150
ºC
Tamb
operating ambient temperature
-65
+150
ºC
Tamb  25ºC; note 1
Note
1. Transístor mounted on a FR4 printed-circuit board.
5.7 Recta de carga cc
Considere-se o circuito representado na figura 5.18
IC
RC
IB
UCE
UBB
RB
UBE
Figura 5.18
Se aplicarmos a Lei das malhas à malha de saída obtemos:
UCC = RC IC + UCE
ou
IC = (UCC – UCE) / RC
Esta equação define a recta de carga cc
Para a traçar calculam-se os pontos extremos:
EB
53
UCC
Para UCE = 0  IC = UCC / RC
Para IC = 0  UCE = UCC
Na figura 5.19 está a sua representação gráfica sobreposta às curvas de colector
IC
(mA)
IB=300A
UCC / RC
IB=200
A
Saturação
PF
IB=100A
Corte
IB=0
UCC
UCE
(V)
Figura 5.19 – Representação da recta de carga cc
A recta de carga representa o lugar geométrico dos pontos em que o transístor pode trabalhar.
O ponto de intersecção da recta de carga cc com a curva correspondente à corrente de base calculada é o ponto de funcionamento do transístor em repouso, também chamado ponto de
operação ou ponto quiescente.
Qualquer ponto de funcionamento do transístor terá de se situar sobre a recta de carga.
O ponto em que a recta de carga intercepta a curva correspondente a I B = 0, designa-se por corte.
Neste ponto a corrente de base é zero e a corrente de colector também é praticamente zero
(IC=ICEO - corrente de fuga).
Pode-se considerar
UCE (Corte)  UCC
A intersecção da recta de carga com a curva IB = IB (saturação) designa-se por saturação. Na saturação a corrente de colector é máxima e aproximadamente igual a
IC (Saturação)  UCC / RC
Qualquer valor de IB superior a IB (saturação) fará com que IC tenha o seu valor máximo possível, aproximadamente igual a UCC / RC.
Para valores de IB inferiores a IB (saturação) o transístor estará a operar na zona activa.
5.8 Circuitos de polarização
A aplicação mais corrente do transístor é em amplificação. Um sinal é aplicado à entrada do transístor e à saída temos um sinal de maior amplitude e com a mesma frequência.
EB
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Para funcionar como amplificador o transístor tem de operar na zona activa, isto é, o díodo emissor
deve ter polarização directa e o díodo colector polarização inversa.
Antes de se aplicar ao transístor o sinal que se pretende amplificar, deve-se escolher um ponto de
funcionamento em repouso (PFR) ou ponto quiescente. Quando o sinal lhe for aplicado, o ponto de funcionamento vai oscilar ao longo da recta de carga para cima e para baixo do PFR escolhido.
Este PFR deve ser escolhido de forma a que o sinal que se pretende amplificar não faça o transístor entrar no corte nem na saturação. Escolhe-se em geral, um PFR situado aproximadamente a
meio da recta de carga.
5.9 Polarização da montagem emissor comum
5.9.1 Polarização por resistência RB ou polarização da base
A figura 5.20-A mostra este processo de polarização. Na prática usa-se a mesma tensão de alimentação para todo o circuito e não uma bateria para cada tensão. Assim este circuito fica simplificado como se representa em 5.20-B.
+UCC
RC
RB
RC
IB
UBB
UCC
RB
Figura 5.20 – Polarização por resistência RB ou polarização da base
Este processo tem o grave inconveniente de ser muito sensível às variações de  CC. Recorde-se
que  CC tem uma grande variação com a corrente e com a temperatura.
Quando um transístor é percorrido por corrente aquece. O seu aquecimento, faz com que  CC
aumente e por conseguinte IC aumente também. Este aumento de IC faz com que o transístor
aqueça ainda mais e portanto  CC aumente mais. Entra-se assim num ciclo que pode ter como
consequência a destruição do transístor.
Além do aumento de  CC ainda há outros factores que contribuem para o aumento da corrente do
colector à medida que o transístor aquece:
-
EB
A corrente ICBO aumenta devido à formação de mais pares electrão/lacuna e vai-se juntar à
corrente maioritária IC (a corrente de fugas do colector duplica por cada 10ºC de aumento de
temperatura)
55
A resistência da junção base–emissor tem coeficiente de temperatura negativo. A subida da
temperatura faz diminuir a resistência e portanto aumentar IB. Se IB aumenta IC também
aumenta (a tensão directa UBE diminui à taxa de 2,5mV/ºC).
-
Estes inconvenientes tornam o seu uso bastante limitado.
5.9.2 Polarização por resistência de base e resistência de emissor ou polarização com realimentação do emissor
Com a colocação de uma resistência RE no emissor do transístor, pretende-se tornar o ponto de
funcionamento mais estável em relação às variações de  CC.
+UCC
RC
RB
RC
IB
RB
UCC
UBB
RE
RE
(A)
(B)
Figura 5.21 – Polarização por resistência de base e resistência de emissor ou polarização da realimentação
do emissor. A – circuito completo. B – circuito simplificado.
Aplicando a lei das malhas à malha da base, obtém-se:
UCC = RB IB + UBE + RE IE
Atendendo a que IE  IC, fica
UCC = RB IB + UBE + RE IC
Daqui, podemos concluir que, se  CC aumentar então IC também aumenta, assim como a tensão
RE IC. Este aumento de RE IC obriga RB IB a diminuir, ou seja, obriga IB a diminuir. Esta diminuição
de IB implica a diminuição de IC, o que compensa o aumento de  CC.
Este processo de polarização ainda continua sensível às variações de  CC como se pode ver pelo
exemplo seguinte.
Exemplo :
Calcule o valor da corrente do colector no circuito representado na figura 5.22-A, para os valores
 CC=100 e  CC=200. Faça a representação gráfica da recta de carga e destes dois pontos.
EB
56
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+20V
400K
1K
IC
(mA)
16,66
( CC=200)
8,77
200
( CC=100)
4,59
0
UCE(V)
10
(A)
20
(B)
Figura 5.22 – A – circuito do problema; B – recta de carga
Resolução:
Considerando a malha da base e atendendo a que IB = IC/ CC, UBE  0,7V e que IE  IC, temos:
Para =100:
20 = 400 IC /100 + UBE + 0,2 IC
Para =200:
IC = 4,59mA
20 = 400 IC /200 + UBE + 0,2 IC
IC = 8,77mA
Para se representar a recta de carga, figura 5.19-B, usam-se os seus pontos extremos UCE=0V 
IC=20/(1+0,2) =16,66mA e IC=0  UCE=20V
Pode-se verificar que a duplicação de  CC fez praticamente duplicar a corrente do colector.
Para se ter uma melhor estabilização do ponto de repouso o valor de RE deveria ter um valor bastante superior, só que, quanto maior for, maior a perda de energia pois RE é percorrida pela corrente mais elevada do transístor.
Em geral, RE é da ordem de dezenas ou centenas de ohms.
Outro inconveniente desta polarização é que o transístor fica saturado se RB for inferior a  CC RC.
5.9.3 Polarização com realimentação do colector ou auto-polarização
Neste processo de polarização a resistência RB está ligada ao colector e não à fonte de alimentação como se mostra na figura 5.23.
EB
57
+UCC
RC
RB
Figura 5.23 – Polarização com realimentação do colector ou auto-polarização
Se  CC aumenta então IC também aumenta, assim como a tensão em RC. Este aumento da tensão
em RC obriga à diminuição da tensão RB IB e portanto à diminuição de IB.
A redução da corrente da base compensa o aumento da corrente do colector.
Com esta polarização o ponto quiescente continua dependente de  CC mas, em relação à polarização com resistência de emissor, tem mais estabilidade.
Além disso tem a vantagem de ser mais simples pois só tem duas resistências.
Exemplo:
Calcule o valor da corrente do colector no circuito representado na figura 5.24-A, para os valores
 CC=100 e  CC=200. Faça a representação gráfica da recta de carga e destes dois pontos.
+20V
IC
(mA)
1,5K
13,33
200K
( CC=200)
7,69
( CC=100)
5,49
0
UCE(V)
A
10
20
B
Figura 5.24 - A – circuito do problema; B – recta de carga
Resolução:
A lei das malhas aplicada à malha da base dá:
20 = 1,5 (IC + IB) + 200 IB + UBE
Para  CC = 100 vem:
EB
58
CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA
20 = 1,5 ( IC + IC/100) + 200 IC/100 + 0,7
IC = 5,49mA
Para  CC = 200 vem:
20 = 1,5 ( IC + IC/200) + 200 IC/200 + 0,7
IC = 7,7mA
Para traçar a recta de carga (fig. 5.22-B):
IC sat = 20 / 1,5 = 13,33mA
Pode-se observar neste exemplo, que o aumento de  CC para o dobro apenas fez aumentar a corrente do colector 1,4 vezes, o que mostra a maior estabilidade desta polarização.
Além desta vantagem ainda há outra em relação à polarização anterior, é que se pode baixar o
valor de RB sem nunca saturar o transístor:
Suponhamos que RB está em curto-circuito, como se representa na figura 5.25, então a corrente
do colector tem o valor:
IC = (UCC-0,7) / RC
Este valor ainda é ligeiramente inferior ao da corrente de saturação IC sat = UCC/RC.
+UCC
+UCC
RC
RC
0,7V
A
B
Figura 5.25 – A - polarização com realimentação do colector com RB em curto; B – circuito equivalente
O transístor com a base em curto com o colector comporta-se como um díodo.
Mas, este circuito além de não conseguir uma estabilidade térmica eficaz, tem ainda outro inconveniente. É que a ligação de RB entre o colector e a base, útil em corrente contínua como estabilizadora em relação às variações de temperatura, provoca em corrente alternada a chamada realimentação negativa, degeneração ou contra-reacção, isto é, faz com que um sinal aplicado à
entrada do transístor seja contrariado pelo sinal de saída.
Suponhamos que se aplica uma tensão alternada na base do transístor da figura 5.23.
EB
59
Vamos supor que o sinal está a aumentar. Então, a tensão entre base e emissor também aumenta, comandando a corrente IC, só que o potencial na base aumentando faz com que esta se torne
mais positiva e faça a corrente IC e IB diminuir, contrariando assim a subida do sinal.
Para a parte negativa do sinal o raciocínio é análogo.
Assim, o sinal de entrada é parcialmente perdido. Na figura 5.26 representa-se este efeito.
A
B
Figura 5.26 – Efeito da realimentação negativa no sinal de entrada: A – sinal aplicado ao amplificador;
B – sinal que efectivamente é tratado
5.9.4 Polarização por divisor de tensão ou polarização universal
É uma polarização bastante melhorada em relação às anteriores. É independente de  CC e por isso
é a mais usada. O divisor de tensão é constituído pelas resistências R1 e R2.
A figura 5.27 - A representa este processo de polarização.
+UCC
+UCC
RC
R1
RC
+U2
R2
RE
RE
A
B
Figura 5.27 - Polarização por divisor de tensão. A – Circuito completo; B – Circuito equivalente
Se a corrente IB for bastante inferior à corrente no divisor de tensão (R1+R2), pode-se considerar
que o divisor de tensão funciona como uma fonte de tensão aplicada à base É o que está representado na figura 5.24 – B.
Neste caso, o valor da corrente de emissor é dada por
IE = (U2 – UBE) / RE
EB
60
CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA
A função da resistência RE continua a ser a de evitar que a temperatura altere o ponto de funcionamento em repouso do transístor.
Se a temperatura aumenta, a corrente IC também aumenta, assim como IE, (IE  IC), então, a tensão em RE também aumenta o que faz diminuir a tensão UBE pois que a tensão entre a base e a
massa (U2) é praticamente constante. A diminuição de UBE provoca a diminuição de IB e portanto
de IC, compensando o aumento inicial.
Exemplo:
Considere o circuito representado no lado esquerdo da figura seguinte. Supondo o transístor de
silício, determine o valor da tensão UCE.
+18V
49,6K
+18V
4K
4K
+2,5V
8K
900
900
Resolução:
O valor de  CC não é conhecido. Vamos considerar que a corrente IB se pode desprezar em face
da corrente no divisor de tensão e passar para o circuito equivalente representado no lado direito
da figura.
A tensão na base do transístor é dada por:
U2 = U . R2 /(R1+R2)  U2 = 18 . 8/(8+49,6) = 2,5V
Aplicando a Lei das Malhas à malha da base obtém-se:
2,5 = 0,7 + 0,9 IE  IE = (2,5 – 0,7) / 0,9 = 2mA
Fazendo IC = IE e aplicando a Lei das Malhas à malha de saída, vem:
18 = 4 IC + UCE + 0,9 IC  UCE = 18 – 8 – 1,8 = 8,2V
Estabilização do divisor de tensão
Na figura 5.28 está representado um circuito equivalente ao representado em 5.27 - A, que se
obteve deste por aplicação do teorema de Thevenin entre os pontos correspondentes ao terminal
da base e a massa.
+UCC
EB
61
RTh
RC
Figura 5.28 - Circuito equivalente a 5.24 - A
Os valores RTh e UTh são calculados por:
RTh = (R1 . R2) / (R1 + R2)
UTh = UCC . R2 / (R1 + R2)
Este circuito equivalente é mais simples do que o original e por isso mais fácil de analisar.
Se aplicarmos a lei das malhas à malha da base deste circuito, obtemos:
UTh = RTh IB + RE IE + UBE
Como IB  IE /  CC, podemos escrever:
IE  (UTh - UBE) / (RE + RTh /  CC)
Para o circuito ser estável deverá ser RE bastante superior a RTh/ CC e se isto se verificar esta última parcela pode ser desprezada e obtém-se:
IE  (UTh - UBE) / RE
Num projecto de um divisor de tensão para polarizar um transístor deve-se atender a que RE deve
ser superior pelo menos a 10 RTH.  CC para se ter estabilização. Isto equivale a
RTh  0,1 RE .  CC
Se substituirmos RTH por R2 continuamos a satisfazer esta exigência (RTh é sempre menor que R2
porque é o resultado do paralelo de R2 com R1) e torna-se muito mais útil.
R2  0,1 RE .  CC
Cálculo das resistências de polarização:

A tensão em RE deve ser cerca de 10% da tensão UCC (poderá ir até 20%):
UE = 0,1 UCC

O valor de RE necessário para se ter uma determinada corrente de colector é:
RE = UE / IE
EB
62
CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA

Para o transístor ficar polarizado a meio da recta de carga:
UCE = UCC / 2

Assim, a tensão em RC é 0,4 UCC e então:
RC = 0,4 UCC / IC

O valor de R2 deve satisfazer R2  0,1 RE . CC em que se deve considerar o menor valor de
 CC. Por exemplo se  CC variar entre 100 e 300 deve-se tomar o valor 100.

O valor de R1 pode ser calculado pela proporção:
R1 / R2 = U1 / U2
Exemplo:
No circuito da figura o transístor é de silício e tem um valor de  CC=100 para uma corrente quiescente de colector IC=1mA. Estimar os valores que se poderão usar para R1, R2, RE e RC.
+12V
R1
RC
R2
RE
Resolução:
Considerando a tensão em RE = 10% de UCC, temos:
UE = 0,1 . 12 = 1,2V.
Como IE  IC, vem:
RE = 1,2 / 1 = 1,2K
Para o ponto de funcionamento se situar a meio da recta de carga, UCE = 12/2 = 6V. Então:
RC = (12 – 6 – 1,2) / 1 = 4,8K
Como o transístor é de silício UBE=0,7V e então a tensão em R2 vai ser
EB
63
U2 = UE + UBE  U2 = 1,2 + 0,7 = 1,9V
Se atendermos a que R2  0,1 RE  CC, temos:
R2  0,1 . 1,2 . 100  R2  12K
Fazendo R2 = 12K e U1 = 12 – 1,9 = 10,1, vem para R1:
U1 / U2 = R1 / R2  R1 = R2 . U1 / U2  R1 = 12 . 10,1 / 1,9 = 63,8K
Na figura 5.26 está representado o mesmo circuito mas com os condensadores de acoplamento e
derivação representados.
Os condensadores C1 e C2 são condensadores de acoplamento.
O condensador CE é um condensador de derivação à massa. Tem a função de evitar que a resistência RE, útil em c.c. para estabilizar termicamente o transístor, constitua para as componentes
alternadas perda de sinal.
O seu valor deve ser tal que
XCE  RE /10
ou 1 / 2.f.CE  0,1RE
+UCC
R1
RC
C2
C1
uo
ui
R2
RE
CE
Figura 5.29 Polarização por divisor de tensão com condensadores de acoplamento e de derivação
5.10 Transístores PNP
Podem-se usar transístores PNP em vez de NPN em todos os circuitos apresentados.
Como o transístor PNP tem as tensões e as correntes com sentido oposto ao transístor NPN, é
necessário inverter todas as correntes e tensões no circuito.
5.11 Verifique se sabe
EB
64
CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA
1. Desenhe os símbolos dos transístores NPN e PNP e indique o nome dos terminais e o sentido
das correntes.
2.
a)
b)
c)
Diga como se polariza um transístor:
Na zona activa;
Na zona de corte;
Na zona de saturação
3. Qual o efeito do aumento de temperatura no funcionamento de um transístor?
4. Defina CC.
5. Defina  CC e relacione com CC.
6. A potência máxima admitida por um transístor é 1W. Se estiver polarizado com UCE=10V, qual
a máxima corrente de colector que admite?
7. A potência máxima dissipável de um transístor para a temperatura de 25ºC é de 500mW com
um coeficiente de 2mW/ºC. Se a temperatura aumentar para 50ºC, qual a potência que o transístor pode dissipar?
8. A curva da figura representa a característica de saída corresponde à corrente de base constante de 50A de um transístor ligado em emissor comum. Descreva a curva identificando as três
partes distintas que nela se observam.
IC
50A
UCE
9. O transístor representado no esquema é de silício e tem um  CC=150. Pretende-se polarizá-lo
de forma a que o ponto de funcionamento fique a meio da recta de carga. O valor da tensão de
alimentação é de 15V e a carga é de 2K.
UCC=15V
RB
EB
RC=2K
65
10. Considere o esquema representado em que o transístor é de silício com um  CC=100.
a) Calcule o valor das tensões da base, do emissor e do colector em relação à massa;
b) Desenhe a recta de carga;
c) Qual o valor aproximado de  CC que faz o transístor entrar em saturação?
+20V
150K
750
200
11. Qual a função da resistência de 200 no circuito do exercício anterior? Explique como ela
actua.
12. Calcule o valor da corrente de repouso do amplificador:
+UCC
RC
RB
13. Determine o ponto de funcionamento do transístor da figura, se  CC=100.
+12V
EB
170K
4K
30K
1K
66
CINEL – CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DA INDÚSTRIA ELECTRÓNICA
14. Das montagens polarizadoras referidas qual é a que apresenta maior estabilidade?
15. Utilizando o método indicado, faça uma previsão dos valores que se poderão atribuir às resistências da figura seguinte para se polarizar o transístor a meio da recta de carga. O transístor
é de silício, tem um  CC=100 e a corrente de colector deve ser de 2mA.
+20V
R1
RC
R2
RE
Soluções: 6. IC=0,1A. 7. P=450mW. 9. RB=572K. 10. a) UC=11,5V; UE=2,3V; UB=3V. c)  CC=200. 12. IC=1,58mA. 13. IC=1,6mA;
IB=16A; UCE=10V. 15. RE=1K, RC=4K, R1=64K, R2=10K.
EB
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