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Aula11 Indice de Aulas Aula13
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
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
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
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
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
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 ) ( c )
Figura 10 - ( a ) Fototransistor com emissor e coletor ( b ) testando fototransistor com base, ( c ) Caracteristicas de um fototransistor (TIL78)
5. Experiencia: Transistor como amplificador
5.1. Abra o arquivo ExpEN1_22 Transistor como amplificador (Multisim 14) 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.
Obs: A bateria VBB polariza a base.
Arquivo Multisim Live
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 |