3 SEMICONDUTORES, COMPONENTES ATIVOS E CIRCUITOS ELETRNICOS
Atualmente a microeletrnica tem aplicao multidisciplinar, e a sua
importncia tanta que podemos dizer que estamos vivendo a idade do
silcio. Pois uma grande variedade de componentes eletrnicos so
fabricados tendo este material como principal elemento qumico.
Neste tpico vamos estudar os materiais semicondutores, e conhecer
seus comportamentos quando submetidos a uma tenso eltrica. Vamos
analisar componentes fabricados a partir desses materiais como
diodo, diodo zener, diodo LED e transistores. Na sequncia veremos
algumas aplicaes destes componentes em circuito eltricos especficos
como retificadores de tenso e amplificadores.
3.1. MATERIAIS SEMICONDUTORES Existe uma classe de materiais que
tm condutividade intermediria dos condutores e isolantes
denominados semicondutores. Na verdade eles so os semimetais da
tabela peridica como o silcio, germnio, telrio, selnio e algumas
substncias compostas como arseneto de glio e seleneto de zinco. So
materiais que apresentam resistividade eltrica intermediria
temperatura ambiente e comportam-se de maneira contrria dos
condutores. O aumento da temperatura aumenta a sua condutividade e
diminui sua resistividade. Isto significa que os semicondutores
aumentam a sua condutividade com o aumento da temperatura. n=5 E5
Esse comportamento ocorre porque o aumento da energia cintica
provoca a quebra de algumas ligaes covalentes produzindo eltrons
livres. n=4 E4 Na sua forma cristalina pura eles no apresentam
eltrons livres. Entretanto, podem-se conseguir eltrons livres em
condies especiais, e deste modo um semicondutor pode ser capaz de
conduzir corrente eltrica. Isso possvel quando adicionamos apenas
um tomo de material condutor em cada dez milhes de tomos do
semicondutor. Essa tcnica conhecida como dopagem e funciona como
impureza que tem capacidade de adicionar ou retirar eltrons da
estrutura cristalina do material semicondutor. Estes materiais tm
uma importncia fundamental na fabricao de diodos, transistores e
circuitos integrados indispensveis na fabricao de aparelhos
eletrnicos, sistemas de comunicao, equipamentos mdicos, sistemas de
automao entre outros.E3 E2 E1 n=3 n=2 n=1 x
Bandas permitidas
Bandas proibidas
0a)
a
2 a
3 a
k
b)
Figura 3.1. a) Os cinco primeiros nveis de energia de um tomo
segundo Bohr; b) bandas permitidas e bandas proibidas de um
slido.
33
A condutividade eltrica dos diversos materiais pode ser
compreendida a partir do conceito de bandas de energia e o princpio
de excluso de Pauling, que a regra da distribuio dos eltrons nas
bandas. Tais bandas so conhecidas como banda de valncia e bandas de
conduo, separadas por bandas proibidas tambm chamadas gap. A banda
de valncia aquela que cede os eltrons para a banda de conduo, e a
banda proibida a regio na qual os eltrons no sero encontrados.
Quando um eltron da banda de valncia recebe energia suficiente e
cuja onda tem uma freqncia equivalente freqncia da onda do eltron,
este salta para a banda de conduo onde livre para participar da
conduo eltrica. Este eltron deixa uma vaga na banda de valncia que
tambm contribui para a conduo eltrica. O que diferencia um condutor
de um isolante a largura da banda proibida. Quanto mais estreita
for esta banda, menos energia o eltron precisa Superposio das
bandas receber para alcanar a banda de conduo e melhor a sua
condutividade eltrica e Banda de conduo trmica. Quanto mais larga
for a banda Banda de valncia proibida, mais energia o eltron
precisa receber a) Bons condutores para alcanar a banda de conduo,
assim o material apresenta propriedades de um Banda de conduo
semicondutor. E se a banda proibida for muito Banda de conduo
larga, dificilmente os eltrons alcanaro a Gap largo Gap estreito
banda de conduo e o material considerado um isolante ou mau
condutor de eletricidade e Banda de valncia Banda de valncia calor.
Veja o esquema da figura 3.2.b) Semicondutores
c) Maus condutores
Os tomos de um semicondutor no estado Figura 3.2. Estrutura de
banda de bons condutores, semicondutores e maus condutores de
eletricidade. cristalino puro esto ligados pela associao dos
eltrons de valncia. Assim as bandas de valncia esto preenchidas e
as bandas de conduo vazias, portanto funcionam como maus
condutores. Mas a dopagem, ou seja, a introduo de tomos de algum
material condutor doador tambm denominados de impurezas libera
eltrons para a banda de conduo. importante saber que a intensidade
da dopagem influencia diretamente na condutibilidade do material.
Uma das tcnicas utilizada na dopagem consiste em inserir um pequeno
bloco de silcio ou germnio (substrato) em um forno com uma
atmosfera controlada de tomos dopantes ou impureza que se
incorporam pelo material do bloco a partir da superfcie. A
concentrao e a profundidade atingida pelo material dopante no
substrato depende da temperatura do forno, do tempo de exposio, da
impureza utilizada e do material usado como substrato. Se a
impureza doadora de eltrons, que tem cargaFigura 3.3. Estrutura
cristalina de semicondutor tipo N. material
34
negativa n, ela disponibiliza eltrons para a banda de conduo e o
material conhecido como semicondutor do tipo N. Se a impureza
aceitadora de eltrons, ocorre a captura de eltrons da banda de
valncia dotada de carga positiva p, assim tem-se um semicondutor do
tipo P. A juno de materiais semicondutores do tipo P e N usada na
fabricao de diodos, transistores e circuitos integrados. MATERIAL
SEMICONDUTOR TIPO N Quando no processo de dopagem introduz ,na
estrutura cristalina formada por tomos tetravalentes, tomos
pentavalentes, formado material semicondutor tipo N. Um exemplo de
um tomo pentavalente o fsforo (P). Quando usado para dopar um
cristal de silcio, que tetravalente, apenas quatro eltrons tero par
para formar ligaes covalentes, o quinto eltron do fsforo pode se
liberar facilmente passando para a banda de conduo. Portanto, no
material semicondutor tipo N, os portadores de carga so os eltrons
livres. O material tipo N conduz corrente eltrica independentemente
da polaridade da fonte.
MATERIAL SEMICONDUTOR TIPO P Quando a dopagem realizada com
tomos trivalentes, uma nova estrutura qumica formada, chamada de
material semicondutor tipo P. Um exemplo ocorre quando a dopagem de
um cristal de silcio feita com tomo trivalente ndio (In). Neste
caso falta um eltrons para completar as ligaes covalentes chamada
de lacuna.
Figura 3.4. Estrutura cristalina de materialsemicondutor tipo
P.
A conduo da corrente eltrica neste tipo de semicondutor feita
pela movimentao de lacunas. Assim, os portadores de carga nos
semicondutores tipo P so lacunas.
DIODOS SEMICONDUTORES Um diodo nada mais do que a juno entre um
material semicondutor N com outro semicondutor do tipo P. Aps a
juno dos dois materiais35
Figura 3.5. a) Dois materiais dos tipos P e N separados; b) juno
entre os materiais semicondutores tipos P e N faz com que eltrons
do material N comecem a migrar para o material semicondutor tipo P;
c) diodo formado por materiais semicondutores tipo P e N mostrando
a regio de depleo formada por lacunas.
semicondutores dos tipos P e N, ocorre uma recombinao na regio
da juno. Eltrons do material N tendem a difundirem para a regio P,
criando lacunas ou regio de depleo. Antes da recombinao, os
materiais do tipo P e N esto em equilbrio eltrico, ou seja, tem o
mesmo nmero de prtons e eltrons. A recombinao das cargas na regio
de depleo provoca um desequilbrio de cargas eltrinas nos dois
materiais, surgindo assim uma diferena de potencial nesta regio,
chamada barreira de potencial. A tenso gerada depende do tipo de
material usado na fabricao do diodo. Se for silcio a barreira de
potencial ser de 0,7 V, e se for germnio a barreira de 0,3 V. Estes
so os potenciais mnimos que devem ser aplicados sobre um diodo para
vencer a barreira e estabelecer corrente eltrica atravs dele.
Acrescentando terminais A (nodo) ao cristal tipo P e K (ctodo) ao
cristal tipo N temos o diodo. A figura 3.6 mostra um diodo, seu
smbolo e a aparncia.
Figura 3.6. Esquema de um diodo, sua polaridade, seu smbolo e a
aparncia do componente real.
POLARIZAO DO DIODO Diz-se que o diodo est diretamente polarizado
quando um potencial positivo aplicado no polo positivo (A). E est
reversamente polarizado quando um potencial positivo aplicado no
polo negativo (K) do diodo. Na polarizao direta, o polo negativo da
fonte faz com que os eltrons livres do cristal N sejam repelidos em
direo a juno. Se o potencial aplicado for maior que da barreira de
potencial (0,7V Si ou 0,3V Ge) os eltrons livres adquirem energia
suficiente para atravessar a regio de depleo, se recombinam com as
lacunas e so atrados pelo polo positivo da fonte. Nesse caso diz-se
que o diodo est em conduo e Figura 3.7. Diodo diretamente funciona
como uma chave aberta. A figura 3.7 mostra um polarizado permite
passagem da circuito em que o diodo est diretamente polarizado com
uma corrente eltrica. fonte de 9V e em srie com uma lmpada. Veja
que a tenso aplicada sobre a lmpada prxima de 8,3 V. Isso significa
que o diodo est consumindo aproximadamente 0,7 V. Pois somando as
tenses aplicadas na lmpada e no diodo obtemos a tenso da fonte.
Deixo uma questo para discusso: o que aconteceria com o diodo se
ele fosse ligado diretamente na fonte de 9 V sem a presena da
lmpada mostrada na figura? Enquanto a polarizao reversa de diodo
ocorre quando o polo positivo da fonte for ligada no polo negativo
(K) do diodo, ou ctodo. Neste tipo de polarizao, as cargas
negativas do cristal N do36
diodo so atradas pelo polo positivo da fonte, e as cargas
positivas do cristal P so atradas pelo polo netativo da fonte. Com
isso a regio de depleo aumenta, impedindo o fluxo de corrente.
Neste caso o diodo funciona como uma chave aberta. Na polarizao
reversa uma pequena corrente, chamada corrente de fuga, circula
pelo diodo. Mas seu valor no suficiente para o funcionamento do
diodo, pois fica na ordem de micro ampres. O comportamento de um
diodo pode ser representado graficamente, conhecido como curva
caracterstica. A figura 3.8 mostra um esquema eltrico com ligao
verversa de um diodo e a curva caracterstica. Neste tipo de
polarizao a carga positiva do gerador atrai eltrons libres do
material semicondutor tipo N. Enquanto que os eltrons livres do
polo negativo da fonte so atrados pelas lacunas do semicondutor
tipo P. Assim a camada de depleo, ou barreira de potencial aumenta
impendindo a passagem de corrente eltrica. Na polarizao reversa o
diodo funciona como uma chave aberta em circuitos eletrnicos.
Figura 3.8. a) circuito diodo-fonte com regio de depleo alargada;
b) circuito lmpada-fonte com diodo invertido.
CURVA CARACTERSTICA O comportamento de um diodo pode ser
representado por uma curva no linear como mostra a figura 3.9.
Observe que a curva pode ser dividida em trs regies principais.
Regio de plarizao direta, com . Inicialmente a corrente pequena,
mas quando a tenso de juno ( ), ou barreira de potencial superada,
o diodo parra a se comportar como um condutor. Regio de polarizao
reversa, com ou aplicao da tenso reversa produz um aumento na
barreira de potencial, mantendo a corrente praticamente nula. Regio
de ruptura, na qual a tenso reversa alta o suficiente e rompe a
juno, Figura 3.9. Curva caracterstica de diodos. e neste caso
normalmente inutiliza o diodo. Porm, existe um tipo de componente
chamado diodo Zener, que se valem da ruptura, ou aumento em
avalance da corrente, a fim de manterem a tens constante sobre a
juno, funcionando como um retulador de tenso. Uma anlise da curva
caracterstica permite dizer que na tenso reversa a corrente
praticamente37
nula, e se a polarizao direta e a tenso aplicada maior que a
barreira de potencial (0,7V ou 0,3V dependendo do diodo) o diodo
comporta-se como um condutor. Observa-se que na condio de conduo
ocorre uma quedca de potencial sobre o diodo que equivalente a
tenso da barreira de potencial. CARACTERSTICAS DE DIODOS Os diodos
possuem caractersticas que devem ser observadas na escolha para
aplicar em circuitos eletrnicos. Esto disponveis comercialmente
diodos com diversas especificaes para atender as diferentes
aplicaes necessrias. Para saber escolher o diodo correto necessrio
conhecer tais caractersticas que so: Corrente direta mxima (If)
Esta caracterstica indica a corrente mxima suportada pelo diodo
quando polarizado diretamente. Tenso reversa mxima (Vr) Esta
caracterstica indica a tenso mxima que o diodo suporta sem conduzir
corrente quando ligado reversamente. Tenso de juno Indica a queda
de tenso sobre a juno, quando o diodo est polarizado diretamente.
Para diodos a base de silcio esta tenso vale aproximadamente 0,7 V,
enquanto para diodos a base de germnio a tenso de juno da ordem de
0,3 V. Potncia mxima a potncia associada ao produto da corrente
mxima com a tenso de juno. A energia dissipada por efeito Joule,
aumenta a temperatura do componente, mudando suas caractersticas e,
eventualmente, queimando o diodo.
DIODO EMISSOR DE LUZ (LED) O LED um diodo feito com arseniete de
glio (GaAs), que emite luz quando polarizado diretamente. A energia
da corrente eltrica (eltrons) que atravessam o gs GaAs promove a
transio de estado dos eltrons nas molculas do gs, com emisso de
ftons (luz). Os ftons emitidos pode ser de diversos comprimentos de
onda, o que determina a cor da luz que caracterstica dos
componentes. Atualmente os LEDs so usados como fonte de luz e
sinalizao, e possuem diversas vantagens quando comparados com
lmpadas convencionais, que so: baixo custo; baixo consumo de
energia; baixa dissipao de calor e alta durabilidade. A figura 3.10
mostra o smbolo, a aparncia e um circuito eltrico que possui um
LED. Qando polarizado reversamente o LED no emite luz, pos bloqueia
a passagem da corrente da mesma maneira como um diodo convencional.
Quando polarizado diretamente emite luz com uma queda de tenso de
aproximadamente 1,6 V.
38
Para calcular o valor do resistor que deve ser colocado em srie
com o LED para garantir o seu funcionamento pode-se usar a equao
abaixo:
Onde a tenso da fonte que alimenta o circuito, a queda de tenso
no LED com valor tpico de 1,6 V e a corrente mxima no LED que
normalmente 20 mA.
Figura 3.10. Mostra o smbolo, a aparncia e um circuito eltrico
com fonte, resistncia e LED.
DIODO ZENER O diodo zener um diodo especial utilizado como
regulador de tenso. O seu funcionamento depende da forma como ele
ligado no circuito. Quando diretamente polarizado funciona como
qualquer outro diodo normal. Mas, quando reversamente polarizado o
diodo zener atua como regulador de tenso. Quando o valor de
ruptura, a tenso nos seus terminais permanece praticamente
constante passando a conduzir corrente em avalanche. O grau de
dopagem e o tamanho fsico do diodo zener definem a tenso ( ) e a
corrente reversa mxima ( ). No mercado so encontrados diodos zener
com potncias que variam desde 400 mW a 1 W. Outra caracterstica
importante desse tipo de componente eletrnico o coeficiente de
temperatura dada em , ou seja, a sua tenso zener pode variar com a
temperatura. A forma como essa variao ocorre depende do processo de
fabricao. A variao pode ser positiva, se a tenso aumenta com o
aumento da temperatura; e negativa, se a tenso diminui com o
aumento da temperatura, caractersitica que informada pelo
fabricante. Assim como ocorre com outros componentes, como nos
resistores, o diodo zener tambm tem uma tolerncia com relao a
variao da tenso zener. Essa tensopode variar entre 5% a 10% da
tenso informada. Outra caracterstica importante a corrente zener
mxima ( ). a corrente mxima que o diodo suporta quando reversamente
polarizado. Ela pode ser obtida pela expresso:
Onde
a potncia zener, informada pelo fabricante, e
a tenso zener quando reversamente39
polarizado. Por questes de segurana recomenda-se que a corrente
no diodo zener no ultrapasse 70% do valor mximo admitido. Existe
tambm uma caracterstica importante que a corrente zener mnima ( ),
que o valor mnimo de corrente para a que a tenso zener se mantenha
estvel. Esse valor equivale a 10% da corrente mxima, ou seja:
TRANSISTORES Neste tpico vamos estudar a estrutura de um
transistor, o seu funcionamento, correntes no transistor, ganho,
polarizao, estados e seu funcionamento como chave. O tipo mais
comum de transistor um transistor de juno bipolar. Este constitudo
por trs camadas de um material semi-condutor em um sanduche. Os
cristais que formam o transistor so chados de base (B), coletor (C)
e emissor (E), e podem ser de dois tipos NPN ou PNP como mostra a
figura 3.11.Figura 3.11. Partes que formam transistores NPN e PNP.
No tipo NPN sobram eltrons nas duas camadas externas (C e E), e
faltam eltrons na camada intermediria (B). Enquanto no tipo PNP
essa condio inverte, ou seja, na camada B sobram e nas camadas C e
E faltam eltrons.
SIMBOLOGIA A figura 3.12 mostra a estrutura interna de dois
transsistores, um NPN e outro PNP com seus respectivos
simbolos.
Figura 3.12. Estrutura interna de transistores NPN e PNP, seus
respectivos smbolos e uma foto mostrando a aparncia de um
transistor real.
Para saber como descobrir quem B, C ou E de um transistor,
consulte a
pgina:http://www.ebah.com.br/content/ABAAAeqOIAG/manual-pratico-teste-componentes-semicondutores40
FUNCIONAMENTO Nos transistores existem trs terminais a ele
conectados que recebem o nome das regies com as quais tem contato.
A funo desses terminais possibilitar a interligao da estrutura do
componente com os circuitos eletrnicos. Para que o transistor seja
percorrido por corrente eltrica, com movimento de eltrons ou
lacunas no interior do transistor necessrio a aplico de tenses
externas nos terminais do coletor, base e emissor. O movimento
destes portadores de carga depende da polaridade, que diferente
para um transistor NPN do transistor PNP. A juno de trs cristais
nos transistores NPN e PNP forma duas regies de depleo, ou
barreiras de potencial, onde uma atua no sentido da conduo e a
outra no sentido do bloqueio. Tais junes so chamadas base-coletor,
que a juno do material da base com o material semicondutor do
coletor; e juno base-emissor, que a juno do cristal da base com o
do emissor. Assim, um transistor funciona como dois diodos
interligados. Para que um transistor NPN funcione necessrio
considerar duas condies: 1) a juno base-emissor devem estar
diretamente polarizadas; 2) a juno base-coletor devem estar
inversamente polarizadas. Quando aplicada uma pequena corrente base
(B) produz uma grande corrente ao longo do transistor todo. Para um
melhor entendimento sobre o funcionamento de um transistor, vamo
fazer uma analogia usando gua no lugar de eletricidade. A figura
3.13 mostra um sistema hidrulico com trs tubos simulando a base
(B), o coletor (C) e o emissor (E) de um transistor. O reservatrio
(C) simboliza a tenso aplicada no transistor, porm a gua impedida
de circular em direo a E, pois a vlvula se mantm fechada, assim
como acontece com a corrente num transistor. Fazendo um pouco de
gua circular por (B), a vlvula se abre e a gua pode circular de C
para E. Figura 3.13. Analogia entre fluxo de De forma anloga,
fazendo uma pequena corrente circular pela gua num sistema
hidrulico com o base (B) do transistor, permite a corrente
percorrer o transistor funcionamento de um transistor. de C para E.
E quanto mais gua for injetada em B, mais a vlvula se abre e maior
ser o fluxo de C para E. Assim, quanto maior a corrente que
percorre a base do transistor, maior ser a corrente que flui do
coletor para o emissor. GANHO DO TRANSISTOR O ganho num transistor
diz quanto a corrente de coletor ( ) ser maior que a corrente de
base ( ). Este parmetro informado pelo fabricante como beta do
transistor ( ) quando o transistor est trabalhando em corrente
contnua, e dado pela relao:
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Para transistores que trabalham em corrente alternada o nome
dado ao ganho hfe. Outra relao de ganho importante aquela
estabelecida ente emissor e coletor, denominada coeficiente alfa (
). A equao para determinar dada por:
Onde
a corrente de coletor e
a corrente de emissor.
POLARIZAO DE UM TRANSISTOR Polarizar um transistor significa
garantir os limites de correntes e tenses preestabelecidos. Para
tal utiliza-se resistores, que so os elementos que garantem essas
condies. Os tipos de polarizao mais usados so: da base por
correntes constantes e da base por divisor de tenso. E para fazer a
polarizao de um transistor, em primeiro lugar precisamos conhecer
algumas denominaes e informaes importantes, fornecidas pelo
fabricante. 1) Corrente de Coletor-Base com Emissor aberto (Icbo) a
corrente, na ordem de microampres, estabelecida entre a
base-coletor, ligados reversamente, mas com o emissor em aberto.
Essa corrente precisa ser considerada, pois a variao da temperatura
a cada 10C ela dobra seu valor. 2) Corrente de Coletor-Emissor com
a Base aberta (Iceo) a corrente estabelecida entre o coletor e o
emissor com a base em aberta. Mesmo sabendo que existem duas
barreiras de potencial que impedem a passagem da corrente, se a
tenso subir a certos nveis que estabelece uma corrente atravs das
junes. Tambm preciso levar em considerao os limites das tenses para
as polarizaes corretas, para os dois casos citados, que no devem
atingir os nveis de ruptura da juno, o que pode destruir o
componente. Essas tenses recebem o nome de Vcbo ou tenso de ruptura
entre base-coletor com emissor aberto; e Vceo, que a tenso de
ruptura entre coletor-emissor com base aberta.
POLARIZAO DA BASE POR CORRENTE CONSTANTE o processo mais simples
de polarizao, e que tem como objetivo principal fornecer uma
corrente para a base que faz o transistor atingir o ponto ideal de
trabalho. Ao analisar um circuito transistorizado, e verificar que
no existe corrente entre coletoremissor, diz-se que est em estado
de corte, ou seja, o circuito est desligado. O transistor est em
ponto de saturao quando h corrente de base, e como conseguncia
corrente entre coletor-emissor, ou seja, o circuito est ligado.
Nesse caso a corrente entre coletoremissor mxima e a tenso entre
eles (Vce) prxima de zero.
42
Observe os valores das resistncias Rb nos dois circuitos
mostrados na figura 3.14. Agora olhe para as tenses nos dois
circuitos. O que podemos concluir?
Figura 3.14.a. Circuito com transistor polarizao de base por
corrente constante. b) o mesmo circuito com Rb de valor mnimo e Ice
de valor mximo.
Veja no grfico da figura 3.15, que o ponto de corte o ponto de
saturao, o corrente mxima pelo transistor dada por:
localizado sobre o eixo x; e
Que est localizado no eixo y do grfico. Aps localizar esses dois
pontos, devemos un-los por uma reta. Essa reta denominada reta de
carga que defino as tenses e correntes que o transistor pode
assumir em funo da corrente de base dadas pelo grfico da corrente
de coletor ( ) em funo da tenso coletor-emissor ( ) os quais so
dependentes da corrente de base. Os valores da corrente do coletor
( ) e da tenso coletor-emissor ( ) so determinados a partir do
cruzamento da reta de carga com a curva da corrente de base ( ).
Esse ponto conhecido como ponto quiescente (Q) e, a partir dele so
Figura 3.15. Curva caracterstica de funcionamento de um transistor
bipolar. projetadas as componentes que determinam a tenso
quiescente entre coletor e emissor ( ) e a corrente de coletor
quiescente ( ). Para se conseguir o ponto quiescente (ponto ideal
de trabalho) do transistor, necessrio determinar o valor adequado
para o resistor da base ( ), e isso se consegue pela anlise do
circuito. Aplicando a lei das tenses de Kirchhoff do circuito da
figura 3.14.a, escolhendo a malha abcdef, como mostra a figura
3.16. Assim, podemos escrever que a soma das tenses nesta malha
:
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Onde a tenso da fonte, a tenso sobre o resistor da base ( ) e a
tenso da juno baseemissor do transistor. Considerando um transistor
de silcio assim como no diodo de silcio a queda de tenso da juno
0,7 V e a tenso da fonte 24 V, teno a tenso sobre o resistor da
base :Figura 3.16. Circuito transistor bipolar. de polarizao de
Escolhendo a corrente da base como a partir da curva do
fabricante, podemos determinar o valor do resistor aplicando a
equao da lei de Ohm.
POLARIZAO DA BASE POR DIVISOR DE TENSO A polarizao da base do
transistor por divisor de tenso o mais usual que resolve a
instabilidade com a variao da temperatura. A determinao dos valores
dos resistores do circuito feita a partir de algumas consideraes. O
circuito projetado de maneira que mantenha fixo o valor da tenso
sobre o segundo resistor de base ( ). Observa-se que a tenso
base-emisor ( ) se mantm praticamente constante com a temperatura,
e como consequncia a tenso sobre o resistor que protege o emissor (
) tambm constante. Este comportamento garante a estabilizao das
correntes do coletor ( ) e emissor ( ) do transistor independente
da variao do ganho.
Figura 3.17. Circuito de polarizao de um transistor por divisor
de tenso.
As equaes para calcular o valor dos resistores no circuito
derivam das leis de Kirchhoff, e podem ser escritas como:
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Para transistores com ganho
podemos considerar que:
Para facilitar a compreenso e aprender a dimensionar a polarizao
de transistores, vamos resolver o exemplo que segue. 1) Dado o
circuito calcule os resistores de polarizao , , e .
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EXERCCIOS TRANSISTORES 1) Desenhe o smbolo de um transistor tipo
NPN, um PNP e diga o que indicam as setas.
2) Para que o transistor funcione, como devem ser polarizadas as
junes base-emissor e basecoletor?
3) Quais so os tipos mais comuns de polarizao de transistores?
Desenhe um circuito correspondente.
4) O que define a reta de carga sobre as curvas caractersticas
de um transistor?
5) Sabendo-se que um transistor tem seu ganho o valor de sua
corrente de coletor?
e sua corrente de base igual a
, qual
6) Esquematize o circuito de polarizao da base por corrente
constante, e calcule o resistor da base para que esse circuito
funcione com um transistor de silcio com os seguintes dados: , , ,
. 7) Faa o esquema do circuito de polarizao de um transistor por
divisor de tenso, e determine os valores de , , , para que o
circuito funcione com um transistor de silcio com os seguintes
dados: , ,
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DIODOS 8) Quais so os tipos de polarizao possveis de um diodo? E
quais so os respectivos efeitos num circuito eletrnico? 9) Desenhe
um circuito contendo uma fonte de corrente contnua, um resistor e
um diodo polarizado diretamente. 10) Desenhe o mesmo circuito da
questo 9, porm com o diodo reversamente polarizado. 11) Quais so as
caractersticas eltricas que devem ser consideradas na escolha do
diodo? 12) Calcule o valor do resistor limitador de corrente para
um LED alimentado em 15 esquema do circuito. . Desenhe o
13) Qual a aplicao mais adequada para um diodo zener? E qual
deve ser o tipo de polarizao para que ele funcione como tal? 14)
Calcule a corrente a) b) c) d) e) Caractersticas 12V, 1 W 6,8 V,
400 mW 24 V, 1 W 10 V, 1 W 18 V, 400 mW e dos diodos abaixo.
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