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Eletrônica Básica 1
Aula 12: Transistor principio de funcionamento  -  Amplificador  - Potencia - Darlington - Fototransistor - Testando o transistor
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. O  Transistor como amplificador
     Quando operando como amplificador o transistor  deve ser polarizado de tal forma que a junção base-emissor é polarizdiretamente e a junção base-coletor reversamente. A Figura 1a mostra um transistor em um circuito onde a tensão que polariza a base é composta de uma tensão CC e um sinal somado a esta tensão CC, VBB, ponto A.
 


Figura 1 - ( a ) Transistor como amplificador principio de funcionamento ( b )  transistor como amplificador formas de onda

    A variação de tensão Ve provoca uma variação na corrente de base , DIB, que provoca uma variação na corrente de coletor, DIC, que resulta em uma variação de tensão de coletor, DVCE. Formas de onda no ponto B.

A Figura 2 mostra as curvas caracteristicas de coletor com a indicação do ponto de operação (ponto Q), o sinal da corrente de  base aplicado, o sinal da corrente de coletor e o sinal amplificado obtido no coletor.



Figura 2 - Curvas caracteristica de coletor com a indicação do ponto de operação e sinais

     A localização do ponto de operação é muito importante pois isso determina o ganho e a questão distorção. A Figura 3 mostra tres condições para o ponto de operação..


                
Figura 3 - Localização do ponto Q  ( a ) proximo do corte ( b ) proximo da saturação ( c ) no meio da reta de carga

 
Para esse tipo de circuito (amplificador classe A) a polarização ideal é no meio da reta de carga para obter a máxima saída de pico a pico.


2. Potencia dissipada
       Em um transistor a maior parte da potencia é dissipada no coletor, por isso mesmo é a maior das regiões. A potencia dissipada em um transistor é calculada aproximadamente por:

                                  

      Os transistores podem ser classificados conforme a potencia que podem dissipar em transistores: Baixa potencia, media potencia, alta potencia. A Figura 4 mostra alguns exemplos de transistores com capacidade diferentes de dissipar calor.




        ( a )                                                   ( b )                                                         ( c )
Figura 4 - Transistores de diferentes capacidades de dissipar calor

 
Dissipadores
 São dispositivo metálico (cobre ou alumínio) que facilitam a transferência de calor do transistor para o meio ambiente (o ar é um excelente isolante termico).


                
Figura 5 - Dissipadores


 
3. A Conexão Darlington
       A conexão Darlington, Figura 6a,  é uma forma de ligar dois transistores obtendo-se  um transistor equivalente com valor de ganho de corrente elevadíssimo (superbeta). A Figura 6b mostra um exemplo comercial de Transistor Darlington, TIP125,  e as curvas da Figura 6c o valor do beta em função da corrente de coletor.

                                      ( a )                                                                                       ( b )                                                                                  ( c )
Figura 6 - Conexão Darlington  ( a ) Circuito equivalente   ( b ) exemplo comercial   ( c ) curva do ganhoxIC do transistor da Figura 5b

4. O Fototransistor
       O fototransistor é mais sensível  que o fotodiodo, gerando uma  corrente  β vezes maior, porem tem uma resposta em freqüência proporcionalmente menor. É equivalente a um fotodiodo ligado a um transistor comum, Figura 7a. A Figura 7b mostra a forma de ligar um fototransistor é muito semelhante a um transistor comum, a diferença é a janela por onde entra luz, então ao inves de corrente de base é luz. A Figura 7c mostra as curvas caracteristicas de coletor ICxVCE tendo a intensidade de luz como parametro.
Obs: Existe um tipo de fototransistor com a base, mas o caso mais comum é sem a base, pois a sensibilidade é maior.



                     ( a )                                          ( b )                                               ( c )
Figura 7 - ( a ) Circuito com fotodiodo e transistor   ( b ) circuito com fototransistor   ( c ) curvas caracteristicas de coletor do fototransistor                                          
do
      Atraves das curvas caracteristicas  comprende-se melhor o funcionamento do fototransistor. A reta de carga tem o mesmo significado já visto com o transistor comum. Cada uma das curvas é para um valor de intensidade luminosa, é equivalente à corrente  de base no transistor comum.
No escuro (equivale IB=0)  o fototransistor está cortado VCE=VCC  IC=0, ponto B na Figura 7c.  Aumentando a intensidade luminosa o ponto de operação começa a subir a reta de carga, IC aumenta e VCE diminui. Se a intensidade luminosa  for alta, na curva o valor maximo, 50 mW/cm2, o fototransistor saturao, ponto A na curva da Figura 7c.

       A corrente de coletor no escuro  é dada por:    IC=b.IS    onde  IS  é a  corrente reversa de saturação.  
Na presença de radiação portadores adicionais serão gerados, fazendo aparecer  uma corrente IIL que será adicionada à corrente no escuro. A corrente  total será dada por: IC= β.( IIL +  IS) desta forma  a corrente   produzida pela radiação luminosa será multiplicada por  β. Pelo modelo podemos  verificar a equivalência entre  um fototransistor  e um fotodiodo ligado a um  transistor comum.

      O fototransistor pode operar no modo ativo e no modo chave. No modo  ativo a saída será proporcional à intensidade luminosa, essa aplicação é usada  nos casos em que se deseja comparar níveis de intensidade de radiação ou mesmo  medir a intensidade da radiação.  No modo chave a saída será ou Vcc ou  aproximadamente zero, o fototransistor opera ou no ponto A ou no ponto B na curva da Figura 7c.

As configurações  do fototransistor podem ser emissor comum como na Figura 7b, nesse caso a saída  será alta com o dispositivo no escuro. Outra alternativa é a configuração coletor comum, Figura 8, na qual   a saída  será alta com o dispositivo iluminado.  Quando for necessario diminuir a sensibilidade é usado o fototransistor  com base. A injeção de corrente diminui a sensibilidade.



                ( a )                                  ( b )
Figura 8 - ( a ) Fototransistor com saida alta quando iluminado  ( b ) fototransistor com base - diminuindo a sensibilidade

        Na maioria das vezes o fototransistor, assim como a  maioria dos dispositivos fotoativados, opera na condição ligado (iluminado), desligado (não iluminado) e isso tem muitas aplicações que vão desde sistemas de segurança patrimonial a segurança no trabalho. Uma aplicação é detectar objetos em uma linha de produção efetuando a contagem.  A    Figura 9 mostra essa situação. Inicialmente, Figura 9a, o fototransistor é iluminado, saturando, VCE=0. Em um instante seguinte, Figura 9b. aparece um objeto na frente do fototransistor, o fototransistor corta, a saida é alta. Figura 9c o fototransistor volta a ser iluminado, a saida volta a ser zero. A consequencia é a geração de um pulso que pode ser aplicado em um sistema digital e ser tratado, por exemplo incrementar um contador.



                        ( a )                                                               ( b )                                                                                ( c )
Figura 9 - Fototransistor como detetor de objetos ( a ) iluminado ( b ) objeto na frente do fototransistor ( c )  fototransistor  iluminado

A Figura 10 mostra o aspecto fisico do fototransistor, observar que é muito semelhante ao fotodiodo, principalmente o que so tem dois terminais. No caso de fototransistor com dois terminais, o emissor é o terminal menor.



                         ( a )                                                             ( b )
Figura 10 - ( a ) Fototransistor com emissor e coletor    ( b ) fototransistor com base, emissor e coletor


 5.  Experiencia: Transistor como amplificador
5.1. Abra o arquivo ExpEN1_22 Transistor como amplificador e identifique o circuito da Figura 11. Inicie a simulação e meça as correntes de base e coletor. Anote os valores medidos e calculados. Considere que o b=200.
Obs:  A bateria VBB polariza a base.



Figura 10 - Circuito para experiencia Transistor como Amplificador


Tabela 1 - Valores medidos e calculados
Valores calculados
Valores medidos
IB(mA)
IC(mA)
VCE(V)
IB(mA)
IC(mA)
VCE(V)
Ganho de tensão



5.2. Escreva as suas conclusões.


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