Relatório de eletronica 4, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Relatório de Eletrônica 4

Transistor de junção bipolar e transistor tipo Darlington

CARLOS EDUARDO MOREIRA FLORES

T: 341

Introdução

Este relatório tem por meio esclarecer ou demonstrar o funcionamento do transistor de junção bipolar (TJB), bem como aplicações, funcionamento, construção, fabricação e também do circuito tipo darlington.

O transistor é um componente eletrônico que começou a popularizar-se na década de 1950, tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônica na década de 1960. São utilizados principalmente como amplificadores e interruptores de sinais elétricos. O termo vem de trans fer res istor (resistor/resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores.

O processo de transferência de resistência, no caso de um circuito analógico, significa que a impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. Graças a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré- estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico. Esta variação é feita através da variação de corrente num dos terminais chamados base , o que, consequentemente, ocasiona o processo de amplificação de sinal.

Entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco num mais forte. Um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfone, é injetado num circuito eletrônico (transistorizado por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características, mas com potência suficiente para excitar os alto-falantes. A este processo todo dá-se o nome de ganho de sinal.

Funcionamento

No transistor de junção bipolar ou TJB, o controle da corrente coletor-emissor é feito injetando corrente na base. O efeito transistor ocorre quando a junção coletor-base é polarizada reversamente e a junção base-emissor é polarizada diretamente. Uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de coletor-emissor. Esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base, de acordo com o ganho.

Na eletrônica, o Transistor Darlington é um dispositivo semicondutor que combina dois transístores bipolares no mesmo encapsulamento (chamado par Darlington ).

A configuração (originalmente realizada com dois transistores separados) foi inventada pelo engenheiro Sidney Darlington. A ideia de por dois ou três transistores em um mesmo chip foi patentada por ele, mas não a ideia de por um número arbitrário de transistores, o que originaria o conceito moderno de circuitos integrados.

Esta configuração serve para que o dispositivo seja capaz de proporcionar um grande ganho de corrente (hFE ou parâmetro β do transistor) e, por estar todo integrado, requer menos espaço do que o dos transistores normais na mesma configuração. O Ganho total do Darlington é produto do ganho dos transistores individuais. Um dispositivo típico tem um ganho de corrente de 1000 ou superior. Comparado a um transistor comum, apresenta uma maior defasagem em altas freqüências, por isso pode tornar-se facilmente instável. A tensão base-emissor também é maior. consiste da soma das tensões base-emissor, e para transistores de silício é superior a 1.2V.

Fabricação

O transistor é montado justapondo-se uma camada P , uma N e outra P , criando- se um transistor do tipo PNP. O transistor do tipo NPN é obtido de modo similar. A camada do centro é denominada base , e as outras duas são o emissor e o coletor. No

Figura 03 - Polarização do transistor PNP.

Características de um transistor

O fator de multiplicação da corrente na base (iB), mais conhecido por Beta do transistor ou por hfe, que é dado pela expressão iC = iB x ß

• IC: corrente de coletor
• IB: corrente de base
• β: beta (ganho de corrente de emissor) Configurações básicas de um transistor: Existem três configurações básicas (BC, CC e EC), cada uma com suas vantagens e desvantagens. Base comum (BC)
• Baixa impedância(Z) de entrada.
• Alta impedância(Z) de saída.
• Não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada.
• Amplificação de corrente igual a um. Coletor comum (CC)
• Alta impedância(Z) de entrada.
• Baixa impedância(Z) de saída.
• Não há defasagem entre o sinal de saída e o de entrada.
• Amplificação de tensão igual a um. Emissor comum (EC)
• Média impedância(Z) de entrada.
• Alta impedância(Z) de saída.
• Defasagem entre o sinal de saída e o de entrada de 180°.
• Pode amplificar tensão e corrente, até centenas de vezes. Os transistores possuem diversas características. Seguem alguns exemplos dos parâmetros mais comuns que poderão ser consultadas nos datasheets dos fabricantes:
• Tipo: é o nome do transistor.
• Pol: polarização; negativa quer dizer NPN e positiva significa PNP.
• VCEO: tensão entre coletor e emissor com a base aberta.
• VCER: tensão entre coletor e emissor com resistor no emissor.

• IC: corrente máxima do coletor.
• PTOT: é a máxima potência que o transistor pode dissipar
• Hfe: ganho (beta).
• Ft: freqüência máxima.
• Encapsulamento: a maneira como o fabricante encapsulou o transistor nos fornece a identificação dos terminais. Experimento prático em laboratório

Transistor como chave:

Conforme a polarização, um transistor pode operar em três regiões distintas, a de corte, a ativa e a de saturação. Na região ativa, o transistor é utilizado, com a devida polarização. como amplificador. Nas regiões de corte e saturação é utilizado como chave, ou seja, serve apenas para comutação, conduzindo ou não. Nesta situação, o transistor é utilizado, principalmente, no campo da eletrônica digital, sendo célula básica de uma série de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados.

Na figura abaixo, temos a curva da corrente de coletor em função da corrente de base, mostrando o corte, a saturação e a região ativa.

Sendo esta a forma mais simples de utilização do transistor, significando uma operação de corte e saturação e em nenhum outro lugar ao longo da reta de carga, quando o transistor está saturado ele conduz como se fosse uma chave fechada do coletor para o emissor,e quando o transistor está na região de corte funciona como uma chave aberta não conduzindo.

Corrente de base

A corrente da base do transistor é responsável pelo controle da posição de chave. Se IB for igual ou próximo a 0, a corrente de coletor é aproximadamente zero e o transistor não conduz ou seja está na região de corte. Se a corrente de base do transistor for igual a corrente de base saturada (IB SAT) a corrente do coletor é máxima e o transistor entra na região de saturação, portanto ele passa a conduzir.

Experimento 01 O uso do transistor como chave é a aplicação mais simples para o mesmo. Seguindo o experimento utilizamos um TJB do tipo BC548 NPN, usamos um resistor de 470Ω ligado em série com um LED de cor verde ao seu coletor, na base do transistor ligamos uma resistor de 5,6KΩ e o emissor ligado com o pólo negativo da fonte de 12V. O resistor da base improvisou uma chave para que pudéssemos ligar e alternar o experimento em duas posições (1 e 2).

A chave S na posição 1, o transistor entra na região de saturação e passa a conduzir, pois a corrente no coletor (IC) é máxima e por sua vez a tensão(Vce) é mínina, mas suficiente para conduzir. E a chave S na posição 2 entra na região de corte, onde sua tensão é máxima(Vce) e sua corrente é mínima(IC) não sendo o suficiente para romper a camada de depleção do transistor.

Após estas medições trocamos o transitor BC 548 tipo NPN pelo BD 135 do tipo NPN e faremos as mesmas medições e calcularemos o β.

Ao obtermos o ganho beta de cada um dos transistores poderemos calcular o β da conexão Darlington, pois o beta da conexão Darlington é o produto dos betas anteriores, isso se utilizarmos os mesmos transistores, como foi pedido no experimento

Conclusão

Foi possível concluir que o transistor utilizado somente como chave denota o menor uso deste componente, bem como a sua utilização para amplificar sinais sendo possível de obter ganhos de corrente e de acordo com a sua aplicação e custo.

O transistor é considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da importância do transistor na sociedade moderna é sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicas simples, resultando preços irrisórios.

É conveniente salientar que é praticamente impossível serem encontrados circuitos integrados que não possuam, internamente, centenas, milhares ou mesmo milhões de transistores,Seu baixo custo permitiu que se transformasse num componente quase universal para tarefas não-mecânicas. Visto que um dispositivo comum, como um refrigerador, usaria um dispositivo mecânico para o controle, hoje é frequente e muito mais barato usar um microprocessador contendo alguns milhões de transistores e um programa de computador apropriado para realizar a mesma tarefa. Os transistores, hoje em dia, têm substituído quase todos os dispositivos eletromecânicos, a maioria dos sistemas de controle, e aparecem em grandes quantidades em tudo que envolva eletrônica, desde os computadores aos carros.

Bibliografia

IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: FUNDAMENTAL THEORY AND APPLICATIONS, VOL. 46, NO. 1, JANUARY 1999 Darlington’s Contributions to Transistor Circuit Design David A. Hodges, Fellow, IEEE

Wikipedia Enciclopédia livre on-line

www.ebah.com.br/transistor

Electronica teoria de circuitos – Boylestad nashelsky oitava edição

LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E ELETRÔNICA – CAPUANO E MARIANO