Introdução

Transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou germânio, usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrônicos. Os transistores são como blocos fundamentais na construção de todos os dispositivos eletrônicos modernos, sendo usados em chips de computadores e smartphones, por exemplo.

Um exemplo é o transistor 2N39904, na figura 1, podendo-se observar os pinos do transistor: o emissor (pino 1), a base (pino 2) e o coletor (pino3)

Figura 1. Transistor 2N39904. Fonte: Internet.

Existem dois modos básicos de ajustar o ponto de operação de um transistor: polarizando a base e polarizando o emissor. Polarizar a base produz um valor fixo na corrente da base, enquanto polarizar o emissor produz uma corrente fixa no emissor. A polarização da base é mais aplicada em circuitos de chaveamento, enquanto a polarização do emissor é predominante nos circuitos amplificadores. Este módulo estuda a polarização da base, a polarização do emissor e circuitos de chaveamento.

Variações no ganho de corrente

O ganho de corrente βcc de um transistor indica quantas vezes a corrente de coletor é maior que a corrente de base em uma configuração de emissor comum e depende de três fatores: do transistor, da corrente no coletor e da temperatura. Por exemplo, quando você substitui um transistor por outro do mesmo tipo, o ganho de corrente geralmente muda. Do mesmo modo, se a corrente no coletor ou a temperatura mudar, o ganho de corrente muda.

Um exemplo concreto, a folha de dados do 2N3904 fornece um **hFE **mínimo de 100 e um máximo de 300 quando a temperatura for de 25ºC e a corrente no coletor de 10mA. Se produzirmos milhares de circuitos do mesmo tipo com o 2N3904, alguns dos transistores terão um ganho de corrente tão baixo quanto 100 (pior caso), e outros terão um ganho de corrente tão alto quanto 300 (melhor caso).

A Figura 2 mostra o gráfico de um 2N3904 para o pior caso (hFEmínimo). Observe na curva o ganho de corrente na temperatura ambiente de 25ºC. Quando a corrente no coletor é de 10mA, o ganho de corrente é 100, o pior caso de um 2N3904. No melhor caso, poucos transistores 2N3904 apresentam um ganho de corrente 300 com 10mA e 25ºC.

Figura 2. Variação no ganho de corrente. Fonte: Malvino; Bates, 2011.

O símbolo hFE representa a taxa de transferência de corrente direta na configuração em emissor comum. O símbolo hFE é um símbolo do parâmetro híbrido (h). O sistema de parâmetros h é o mais comum em uso atualmente para a especificação dos parâmetros do transistor.

Quando a temperatura for de 25ºC (meio da curva), o ganho de corrente é 50 com 0,1mA. Com o aumento da corrente de 0,1mA para 10mA, hFE aumenta para um máximo de 100. Depois ele diminui para menos de 20 a 200.

Observe também o efeito da temperatura, quando a temperatura diminui, o ganho de corrente é menor (a parte debaixo da curva). Por outro lado, quando a temperatura aumenta, hFE aumenta por quase toda a faixa de corrente (a parte de cima da curva).

Como você pode ver, a substituição do transistor muda a corrente no coletor, ou variações na temperatura podem produzir uma ampla variação em hFE ou βcc. A uma dada temperatura, é possível uma variação de 3:1 quando o transistor é substituído. Quando a temperatura varia, é possível uma variação adicional de 3:1. Quando a corrente varia, é possível uma variação de mais de 3:1. Em resumo, o 2N3904 pode ter um ganho de corrente de menos de 10 a mais de 300. Por isso, qualquer projeto que dependa de um valor preciso no ganho de corrente falhará se for produzido em massa.

Reta de carga

A Figura 3a mostra a conexão EC(emissor coletor). Dados os valores de RB  e Bcc, podemos calcular a corrente no coletor Ic e a tensão VEC.

O circuito da Figura 3a é um exemplo de polarização da base, o que significa ajustar um valor fixo da corrente na base. Por exemplo, se RB=1MΩ , a corrente na base é 14,3µA utilizando a (segunda aproximação), esta é mais comumente usada porque pode melhorar a análise significativamente quando a fonte de alimentação da base é de baixo valor. Vamos usar a segunda aproximação de um diodo no cálculo da corrente na base. Para os transistores de silício, significa que VBE=0,7V. Mesmo que o transistor seja substituído e a temperatura varie, a corrente na base permanece fixa em aproximadamente 14,3 µA sobre todas as condições de operação.

��=15��=151�=151�106=15�10−6=15��IB=RB15=1M15=1x10615=15x10−6=15μA