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Eletrônica Industrial
Aula01: Transistor com Chave



1. Comparação com Chave Mecânica

Quando comparada com uma chave mecânica , uma chave eletrônica apresenta vantagens e desvantagens.

Vantagens:
Não apresenta desgastes
Dissipa potência ao conduzir, necessitando de dissipador.
Não apresenta arco voltaico
Velocidade de comutação muito altaDesvantagens:
Apresenta uma pequena queda de tensão pois tem uma pequena resistência ao conduzir.
Apresenta uma pequena corrente de fuga (nA) quando aberta.
Dissipa potência ao conduzir, necessitando de dissipador.



OBS: Os principais dispositivos semicondutores usados como chave são o transistor e os tiristores

A Fig 2 mostra os dois tipos de transistores com os seussímbolos .Um transistor pode operar em uma das seguintes regiões de operação :

Região ativa ou de amplificação

Região de corte

Região de saturação




Transistor NPN
Transistor PNP

Fig1: Tipos de transistores bipolares.

Quando operando na região ativa ou região de amplificação o transistor opera como amplificador, isto é , existe linearidade entre assuas correntes valendo a seguinte relação:

, isto é, a corrente de coletor é diretamente proporcional à corrente de base, se IB dobrar de valor IC também dobra. A constante de proporcionalidade (beta)

é um dos parâmetros do transistor muitas vezes encontrado nos manuais como hFE, sendo que o seu valor não é o mesmo para um determinado tipo de transistor podendo variar numa razão de 1:5para um mesmo tipo de transistor. Ex: transistor BC 548 hFEmin=120 e hFEmáx=500

2. Região de corte

Na região de corte todas as correntes são aproximadamente nulas (nA para transistor de Sí e uA para transistor de Ge) e o transistor comportará como uma chave aberta.

Para cortar um transistor basta fazer VBE menor ou igual a 0V para transistor de Sí ou VBE menor que -0,4Vpara transistor de Ge (caso orientação em contrário neste site usaremos sempre transistor de Sí ).A Fig2 mostra um transistor polarizado no corte e o modelo equivalente simplificado (chave aberta).



Fig2: Transistor no corte e circuito equivalente (chave aberta).

3. Região de Saturação

Quando saturado o transistor simula um chave fechada. A corrente de coletor é constante valendo aseguinte relação entre IC e IB em um transistor saturado:

Para saturar um transistor a corrente de base deve ser maior ou pelo menos igual à um determinado valor especificado pelas curvas características de coletor. A Fig4 mostra um transistor saturado e o circuito equivalente (chave fechada).

Fig3: Transistor na saturação e circuito equivalente (chave fechada).

Para compreenderemosmelhor como um transistor passa do corte para a saturação ou vice-versa, consideremos a configuração emissor comum e as curvas características de coletor mostradas na Fig5.

Clique aqui para obter o arquivo que gera a curva característica

Fig4: Curvas características e configuração emissor comum



Inicialmente com VBB = 0 e como IB = (VBB - VBE)/RB @ VBB/RB o transistor estarácortado, isto é, IB= 0 e IC = 0 o ponto de operação estará localizado abaixo da reta de carga, ponto B, e nestas condições VCE = VCC o transistor se comportará como uma chave aberta, existirá apenas uma pequena corrente de fuga da ordem de nA, caso o transistor seja de Sí. Aumentando VBB, aumentaremos IB ( não esqueça IB = VBB/RB) e o transistor entra na região ativa, onde IC = b.IB. Se IBaumentar, IC aumenta na mesma proporção, porém existe um valor de IB para o qual um aumento adicional em IB não provocará aumento em IC, dizemos que o transistor saturou. No gráfico da Fig5 essa corrente é IB4. A saturação é portanto caracterizada por IC £ b.IB, onde

IC =VCC/RC é a corrente de coletor na saturação (estamos admitindo que VCE = 0). Para saturar deve ser observada a condição...