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UNIDADE I - TRANSISTORES
1.1 - TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNÇÃO (TBJ OU BJT)
- CONSTITUIÇÃO:
N P N N P N
emissor coletor
base
emissor coletor
base
PPNP NPN PNP
figura 1
O transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas que consistem em duas camadas externas de
material tipo N e uma camada interna de material tipo P ou duas camadas externas de material tipo P e uma
camada interna de material tipo N. O primeiro é chamado de transistor tipo NPN enquanto que o segundo é
chamado transistor tipo PNP. À estas regiões ou camadas damos o nome de emissor, base e coletor.
Da união do cristal semicondutor do emissor com o cristal semicondutor da base resulta numa junção PN a
qual recebe o nome de junção base-emissor. Da união do cristal semicondutor da base com o cristal
semicondutor do coletor também resulta numa junção PN, sendo esta denominada junção base-coletor.
A relação entre a largura total e a camada do meio (base) é de aproximadamente 150/1, ou seja, as
camadas externas são muito mais largas do que a camada do meio.
O nível de dopagem da camada do meio também é consideravelmente menor do que o das camadas
externas (tipicamente 1:10 ou menos). Este baixo nível de dopagem aumenta a resistividade deste material, pois
limita o número de portadores livres de carga elétrica.
- SIMBOLOGIA
figura 2
Na figura 2 foi mostrada a simbologia utilizada para os transistores PNP e NPN, assim como o sentido das
correntes de emissor, coletor e base.
Observe que a seta do emissor aponta no sentido da corrente do emissor, se considerarmos o sentido
convencional, e em sentido oposto se considerarmos o sentido eletrônico de corrente. Observe também que a
seta aponta para o semicondutor tipo N (emissor no transistor NPN e base no transistor PNP).
- POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR:
Polarizar um circuito transistorizado significa escolher os componentes (resistores) e as tensões contínuas
de alimentação do circuito de modo a obter um certo valor para as tensões entre coletor e emissor (VCE), entre
base e emissor (VBE) e entre coletor e base (VCB) e para as corrente de emissor, coletor e base (IE, IC e IB).
Ie
I
c
I b
E
C
B
TRANSISTOR NPN
I
e
Ic
Ib
E
C
B
TRANSISTOR PNP
- FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR
Nos circuitos da figura 3 a fonte de tensão VCC polariza a junção base-coletor do transistor em sentido
inverso e a junção base-emissor em sentido direto. A polarização inversa da junção base-cooletor faz que sua
resistência seja muito maior do que a resistência da junção base-emissor e a maior parte da tensão da fonte V CC
fica na junção base-coletor. A tensão na junção base-emissor, apesar de ter a polaridade correta, é muito
pequena e não possui intensidade suficiente para vencer a barreira de potencial desta junção, que é de 0,7 V para
o silício e 0,3 V para o germânio. Isto faz com que o transistor não conduza e as corrente de emissor, coletor e
base sejam praticamente nulas.
Para que o transistor funcione é preciso conectar uma segunda fonte de tensão, conforme mostrado na
figura 4. Esta fonte de tensão polariza a junção base-emissor no sentido direto, tanto em polaridade quanto em
intensidade, resultando em uma redução da barreira de potencial desta junção, conforme pode ser visto pintado
de cinza na figura 4a. Com a redução da barreira de potencial, um grande número de elétrons se difundem (se
deslocam) da região de emissor para a base.
À medida que os elétrons se deslocam do emissor para a base, novos elétrons entram na região de
emissor, provenientes do terminal negativo das fonte VBB e VCC, constituindo a corrente de emissor (IE). Nos
circuitos da figura 4 a corrente de emissor foi representada saindo do emissor porque estamos trabalhando com o
sentido convencional de corrente elétrica (deslocamento de cargas positivas).
Os elétrons que entram na base podem seguir dois caminhos: em direção ao coletor ou em direção ao
terminal da base. O caminho em direção ao terminal da base é estreito e longo, apresentando elevada
C
E
B
figura 3.a figura 3.b
N
P
N
_
_
V
CC
_
R
C
E
C
B
VCC
_
R
C
figura 4a figura 4.b
VCC
N
P
N
_
_
IE
I
C
I
B
_
VBB
_
R
C
R
B
C
E
B
VCC
IE
I
C
I
B
_
VBB
_
RC
RB
V
BE
_
VCE
_
V
CB
_
- EQUAÇÕES PARA O TRANSISTOR
1º ) Aplicando-se a lei das correntes de Kirchoff ao transistor da figura 4, ou da figura 6, como se ele fosse
um único nó, resulta:
IE = IB + IC (1)
Mas, a maior parte dos elétrons que entram na base alcança o coletor, portanto:
I
C
>> I
B
( I
B
= 1 à 5 % de I E
2º ) Analisando-se as figuras 4.b ou 6.b, obtém-se:
VCE = VCB + VBE (3)
Porém, a junção base-emissor é sempre polarizada no sentido direto, de modo que a tensão V BE
= 0,7 ou
0,3 V para transistores de Si e Ge, respectivamente.
- GANHO DE CORRENTE DO TRANSISTOR ( ou H FE
Por definição:
B
C
FE
I
I
β H (4)
Uma vez que IC é muito maior do que IB, resulta que >> 1. Para transistores de baixa potência (ICMÁX
pequena) varia de 50 à 400. Para transistores de potência (I CMÁX
grande) varia de 2 à 20.
- EFEITO DA VARIAÇÃO DA TENSÃO VBB NO FUNCIONAMENTO DO TRANSISTOR:
Uma vez que a tensão entre base e emissor é praticamente constante, um pequeno aumento na tensão da
fonte V BB
, nos circuitos das figuras 4 ou 6, produzirá um pequeno aumento na corrente de base. Este pequeno
aumento na corrente de base produzirá grande aumento na corrente de coletor pois IC = .IB (equação 4). Este
grande aumento na corrente de coletor resultará em um grande aumento da tensão sobre o resistor R C
(V
RC
RC.IC). Analisando-se as figuras 4 e 6, vê-se que a tensão de saída (VCE) é igual à tensão da fonte VCC
descontada a queda de tensão sobre o resistor RC (VRC), ou seja:
VSAÍDA = VCE = VCC - VRC = VCC - RC.IC (5)
O grande aumento da tensão no resistor de coletor (V RC
) causará grande redução na tensão de saída do
circuito (V CE
), o que comprova o efeito amplificador do transistor pois esta grande variação da tensão de saída foi
causada por uma pequena variação da tensão de entrada (VBB) do circuito.
Análise semelhante pode ser feita quando a tensão da fonte VBB diminuir.
- REGIÕES DE OPERAÇÃO DO TRANSISTOR:
1º ) REGIÃO ATIVA
Quando o transistor é polarizado na região ativa, uma variação na corrente de entrada do circuito (corrente de
base) produz uma variação proporcional na corrente de saída (corrente de coletor) e uma variação inversa na tensão de
saída (V CE
), ou seja, se a corrente de coletor aumenta, a tensão de saída diminui (ver equação 5).
O transistor polarizado na região ativa apresenta corrente de coletor e tensão entre coletor e emissor diferentes
de zero, portanto, a potência dissipada pelo transistor (IC x VCE ) também é diferente de zero, ou seja:
( 0 < V
CE
< V
CC
Na região ativa a junção base-coletor é polarizada inversamente.
V
CE
IC 0
P 0
2º ) REGIÃO DE SATURAÇÃO
Nos circuitos das figuras 4 e 6 se a corrente de coletor aumenta, a tensão no resistor de coletor (V RC
aumenta e a tensão entre coletor e emissor (V CE
) diminui. Se a corrente de coletor aumentar muito, o valor da
tensão V CE
será reduzido para aproximadamente 0 V. Como a tensão V CE
não pode diminuir mais, pois sua
intensidade já está próxima de 0 V, a corrente de coletor não pode mais aumentar. A partir deste ponto, se a
corrente de base aumentar, a corrente de coletor não aumentará, e o transistor estará operando na região de
saturação. Portanto, ao contrário da região ativa, na região de saturação, uma variação da corrente de base
não produz variação na corrente de coletor.
Dividindo-se a corrente de coletor pelo ganho de corrente (β) do transistor (equação 4) obteremos o valor
da corrente de base que coloca o transistor operando no limite entre a região de saturação e a região ativa. Se a
corrente de base for maior do que este valor, o transistor estará operando na região de saturação, caso contrário
estará operando na região ativa.
O transistor polarizado na região de saturação apresenta corrente de coletor (IC) diferente de zero e tensão
entre coletor e emissor (V CE
) aproximadamente nula. Assim, na região de saturação, a potência dissipada pelo
transistor é aproximadamente igual à zero ( P = VCE x IC 0 x IC 0 ).
Na região de saturação a junção base-coletor é polarizada diretamente com uma tensão de
aproximadamente 0,5 V.
3º ) REGIÃO DE CORTE
Polarizar um transistor na região de corte significa fazer com que sua corrente de coletor seja nula. A
tensão de saída (VCE) neste caso é igual à tensão da fonte, pois a queda de tensão no resistor RC é nula. Para
levar um transistor ao corte devemos adotar o seguinte procedimento:
a ) Transistor de Silício:
Para polarizar um transistor de silício na região de corte (I C
= 0) é necessário curto-circuitar a entrada do
circuito com a massa ou abrir o circuito de base, como mostrado na figura 7. Em qualquer dos dois casos tem-se
IB = 0 e, consequentemente IC = 0, ou seja, o transistor não conduz.
b ) Transistor de Germânio:
Para fazer com que o transistor de Germânio fique cortado, é preciso aplicar à Junção base-emissor uma
tensão reversa da ordem de 0,1 V. Com a base aberta (Ib=0), pode-se ter uma corrente de emissor e de coletor
de valor considerável, principalmente em temperatura elevada.
VCE 0
IC 0
P 0
V
CC
_
V
BE
VCE
R
B
RC
_
IB = 0 _
IC = 0
V
CC
_
V
BE
VCE
R
B
VBB
_
R
C
_
_
IB = 0
IC = 0
figura 7.a figura 7.b
- CAPACIDADES MÁXIMAS DO TRANSISTOR:
Além do ganho de corrente, os fabricantes de transistores costumam informar em seus catálogos pelo
menos 3 itens:
1º) A capacidade máxima de dissipação de potência (PCMÁX).
2º) A corrente máxima de coletor (ICMÁX) que especifica o máximo valor de corrente permissível circulando
do emissor para o coletor.
Quando se pretende construir um circuito com transistores, deve-se escolher um transistor que tenha
corrente e potência máxima superiores às do circuito no qual vai ser utilizado.
3º) A tensão máxima entre coletor e emissor (VCEMÁX)
Devemos escolher o transistor de modo que a tensão (VCEMÁX) seja maior do que a tensão da fonte de
alimentação V CC
- CONFIGURAÇÃO DARLINGTON:
Um único transistor nos oferece, em geral, um baixo ganho de corrente e, quando necessitamos de um
ganho elevado, a solução é utilizar o circuito da figura 10 onde temos dois transistores ligados em configuração
Darlington.
figura 10
IC2 = 2 .IB2 mas IB2 = IE
I
E
I
C
1
.I
B
portanto
O circuito mostrado na figura 10 pode ser encontrado em um único invólucro, como se fosse um único
transistor, apresentando 3 terminais, base, coletor e emissor.
Conforme podemos ver na figura 10, para o transistor Dárlington VBE = VBE1 + VBE2, portanto, VBE = 1,4 V
(0,7 + 0,7 V) se o transistor for de silício.
- Desvantagens da configuração Darlington:
- Aumenta a tensão VCE de saturação e a tensão entre base e emissor.
- Reduz a velocidade de chaveamento.
IC
Tr
Tr
I
B
IE1 = IB
IE
IC
I
B
E
C
IC2 = 1 . 2 .IB1 I
- EXEMPLOS DE APLICAÇÕES DOS TRANSISTORES:
o
- ) INTERFACEAMENTO DE UM CIRCUITO DIGITAL COM RELÉ UTILIZANDO TRANSISTOR:
- Funcionamento do circuito:
a) Com nível lógico 1 na saída da porta lógica:
Nível lógico 1 na saída de um circuito digital significa que temos tensão positiva na saída deste circuito em
relação à massa, conforme mostrado na figura 11.a. Esta tensão polariza diretamente a junção base-emissor do
transistor (positivo na base P e negativo no emissor N) levando-o ao estado de saturação e fazendo com que ele
se comporte como chave fechada entre coletor e emissor (VCESAT = 0,2 V). Temos, portanto, um circuito fechado,
composto pelo transistor, fonte e bobina do relé, por onde circula a corrente de coletor do transistor (I C
), corrente
esta que excita a bobina do relé, fazendo com que seu contato comute, ou seja, passe da posição 1 para a
posição 2, ligando a carga por ele comandada. O diodo está inversamente polarizado pela tensão da fonte e não
conduz.
b) Com nível lógico 0 na saída da porta lógica.
Rb
D
VCC
_
VOUT = 0
_
VBE = 0
IC = 0 pois o transistor
está no corte
ID
_
Rb
D
+ 5 V
VCC
_
V
OUT
_
VBE N
P
IC
_
figura 11.a
figura 11.b
B–) UTILIZANDO REGULADOR DE TENSÃO EM CIRCUITO INTEGRADO COMO ELEMENTO DE REFERÊNCIA:
Podemos utilizar o transistor para aumentar a capacidade de corrente de um circuito regulador de tensão
em CI (tensão de saída fixa ou ajustável), conforme mostrado na figura 13
- FUNCIONAMENTO:
A tensão na carga é igual à tensão na saída do regulador de tensão descontada da diferença de potencial
entre base e emissor, ou seja:
VL = VOUT - VBE
Mas a tensão de saída de um circuito regulador de tensão (V OUT
) e a tensão entre base e emissor de um
transistor (VBE) são constantes, portanto, a tensão na carga (VL) também é constante.
Observe que a corrente de carga circula praticamente toda pelo coletor do transistor. No regulador de
tensão temos apenas a corrente de base do transistor que é muito menor do que a corrente da carga (I E
Na figura 13, C1 é um capacitor eletrolítico de alumínio que tem função de filtro, ou seja, manter a tensão na
entrada do regulador de tensão acima da tensão mínima que ele precisa para funcionar. C2 é um capacitor de
tântalo de, no mínimo 0,1 microfarad, sua função é eliminar possíveis variações da tensão de saída (supressor).
- CONCLUSÃO:
Os reguladores de tensão lineares, como os mostrados nas figuras 12 e 13 desta unidade, apresentam
baixo rendimento (30 a 50 %) e grandes dimensões. Isto se deve a dois fatores:
o
- O transistor opera na região ativa, ou seja, a tensão entre coletor e emissor do transistor e a corrente de
coletor são diferentes de zero. Portanto, a potência dissipada pelo transistor também é diferente de zero. A
elevada dissipação de potência no transistor torna necessária a utilização de dissipadores de calor de grandes
dimensões, aumentando o volume da fonte.
o
- O circuito trabalha com baixa freqüência o que exige a utilização de capacitores com elevada
capacitância e grandes dimensões, o que torna a fonte volumosa.
Por apresentar baixo rendimento e grandes dimensões o regulador de tensão linear só é economicamente
viável para potência de saída de até 10 W.
o
- PONTE H PARA ACIONAMENTO DE MOTORES:
É um circuito utilizado para controlar a velocidade e o sentido de rotação de um motor elétrico a partir de
sinais gerados por circuitos digitais (microcontrolador, temporizador 555, etc.). A saída destes não suporta a
corrente necessária e nem possui a tensão adequada para acionar um motor, é necessária uma unidade de
potência que possa alimentá-lo convenientemente.
Quando ligamos um motor DC à uma fonte de tensão contínua observamos que ele gira numa velocidade
constante e numa única direção. Para alterarmos o sentido da rotação do motor, basta apenas ligar os terminais
do motor de forma invertida. Para que não seja necessário fazer essa operação manualmente, podemos utilizar
VL
_
RL
V
OUT
_
C 1
C 2
VBE
_
VIN
_
I I
C
I
E
= I
L
I
B REGULADOR
DE TENSÃO
figura 13
uma ponte H. Pode-se criá-la facilmente com a finalidade de controlar o sentido da rotação de um motor utilizando
chaves simples, relés ou transistores. Uma ponte H básica é composta por 4 chaves mecânicas ou eletrônicas
posicionadas formando a letra “H”, sendo que cada uma localiza-se num extremo e o motor é posicionado no
centro, conforme mostrado na figura 14.
Para que o motor funcione, basta acionar um par de chaves diagonalmente opostas, o que faz a corrente fluir
do pólo positivo para o negativo atravessando o motor e fazendo-o girar. Para inverter a rotação, desligamos essas
chaves e acionamos o outro par de chaves, o que faz a corrente circular no motor em sentido contrário ao anterior
invertendo sua rotação, conforme mostrado na figura 15. Deve-se tomar o cuidado de não acionar as duas chaves
de um mesmo lado pois isto ocasionaria um curto-circuito na fonte.
Para que o motor possa ser acionado por um microcontrolador, ou outro circuito digital, devemos substituir
as chaves mecânicas por chaves eletrônicas, como por exemplo: transistores, mosfets ou tiristores. Na figura 16
foi mostrado o circuito de uma ponte H construída com transistores.
MOTOR
CC
VCC
_
figura 14
MOTOR
CC
+ VCC
figura 15.a
MOTOR
CC
+ VCC
figura 15.b
OBS: A ponte H com transistores mostrada nas figuras anteriores só pode ser utilizada se a tensão da
fonte VCC for igual ou inferior à tensão nas saídas digitais quando estas estiverem em nível lógico 1. Caso
contrário, quando uma das saídas for para nível lógico 1 teremos dois transistores de um mesmo lado da ponte
(esquerdo ou direito) conduzindo o que curto-circuitará a fonte, danificando os transistores e a própria fonte.
A ponte H também pode ser utilizada para acionar motores de corrente alternada. Neste caso, os pares
de transistores são acionados alternadamente, ora T 1 e T 4 conduzem ora T 2 e T 3 conduzem. Isto faz com que a
corrente no motor circule ora num sentido, ora em sentido contrário. Variando-se a velocidade de chaveamento
dos transistores, podemos variar a freqüência da corrente alternada que a fonte CC entrega para o motor e,
consequentemente, sua velocidade. Este circuito é chamado de conversor ou inversor de freqüência e é
amplamente utilizado para variar a velocidade dos motores de indução monofásicos e trifásicos. Neste último
caso a ponte é constituída de 3 pares de transistores. A fonte de tensão contínua VCC é a tensão alternada da
rede retificada, através de retificadores monofásicos ou trifásicos, controlados ou não. A tensão da rede, após ser
retificada é filtrada por circuito de filtro.
figura 17
MOTOR
CC
VCC
_
R
R
R
R
CIRCUITO
MICROCONTROLADO
SAÍDA
DIGITAL 1
SAÍDA
DIGITAL 2
T 1
T 4
T 2
T 3
I
_
+ V
_
_
figura 18
MOTOR
CC
VCC
_
R
R
R
R
CIRCUITO
MICROCONTROLADO
SAÍDA
DIGITAL 1
SAÍDA
DIGITAL 2
T 1
T 4
T
2
T 3
I
_
_
Na tabela abaixo temos um resumo do funcionamento da ponte H.
Se a tensão da fonte que alimenta o motor for diferente da tensão de saída em nível lógico 1 do circuito
digital, devemos acrescentar quatro transistores NPN ao circuito, conforme mostrado na figura 19.
Quando a saída digital 1 (SD 1
) vai para nível lógico 1, a junção base-emissor dos transistores 5 e 7 é
polarizada diretamente levando estes transistores ao estado de condução. A condução do transistor 5 fará com
que a base do transistor 1 (PNP) tenha potencial negativo em relação ao emissor, levando-o ao estado de
condução. Por outro lado, a condução do transistor 7 fará com que a base do transistor 3 (NPN) tenha potencial
nulo em relação ao emissor, levando-o ao estado de corte. Se a saída digital 2 (SD 2
) estiver com nível lógico 0 o
os transistores 6 e 8 estarão no estado desligado. Estando o transistor 6 desligado(chave aberta), não haverá
tensão para polarizar a junção base-emissor do transistor 2 (PNP) que também ficará no estado desligado. Se o
transistor 8 estiver desligado, a base do transistor 4 (NPN) terá potencial positivo em relação ao emissor, levando-
o ao estado de condução. Portanto, a corrente no motor irá circular da esquerda para a direita no circuito da
figura 19.
Fazendo-se a mesma análise com a saída digital 1 em nível lógico 0 e a saída digital 2 em nível lógico 1,
conclui-se que os transistores 2, 3, 6 e 8 estarão conduzindo e os transistores 1 , 4, 5 e 7 estarão desligados,
levando a corrente no motor a circular da direita para a esquerda.
SAÍDA DIGITAL 1 SAÍDA DIGITAL 2 EFEITO
1 0 Rotação em determinado sentido
0 1 Rotação em sentido contrário
0 0 Não parte, ou pára suavemente
1 1 Não parte, ou pára suavemente
figura 19
MOTOR
CC
V
CC
_
R 1
R 1
T
1
T 4
T 2
T 3
T 5
R
2
SD 1 SD 2
T 7
R
2
+ V
CC
R 1
R 1
R 2
R 2
T 6
T 8
+ V
CC
Q 1
Q 2
DK
DK
470 pF
1 kV
470 KΩ 470 KΩ
1N
1 μF
2 50 V
4,7 nF
1,2 KV
10 Ω
100 nF
63 V
10 Ω
DIAC 32 V
D
L 2
150 T
3 T
3 T
3 T
T 1
D 1
D 2
D 3
D 4
1N 4005
47Ω
0,1 μF
250 V (^10) μF
20 0 V
L 1
REDE
127 V
50/60 HZ
FL 1
figura 20
- IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS E DO TIPO DE UM TRANSISTOR:
A identificação dos terminais e do tipo de um transistor pode ser feita consultando-se o catálogo ou o manual
do fabricante. Na falta deste, com o auxílio de um multiteste, podemos utilizar alguns procedimentos que, em
geral, nos permitem determinar o tipo e identificar os terminais do transistor.
a-) Identificação do tipo e do terminal da base do transistor:
O transistor possui 3 terminais, conforme mostrado na figura 21 , que chamaremos de terminais 1, 2 e 3.
Para identificar a base do transistor, devemos proceder da seguinte maneira:
1º- Colocar a chave seletora do multiteste na posição x 10 ohm.
2º- Conectar as ponteiras do multiteste a um par de terminais do transistor de cada vez, conforme indicado
na tabela abaixo.
3º- Se o transistor estiver em bom estado, duas situações poderão ocorrer:
- Com o pólo positivo da bateria do multiteste em um dos terminais do transistor, e o negativo em qualquer
um dos outros dois terminais o instrumento indicou baixa resistência. Neste caso, o terminal do transistor onde se
encontra o pólo positivo da bateria do multiteste é a base e o transistor é do tipo NPN. Esta situação está
mostrada na figura 2 2 .a, onde temos as duas junções polarizadas no sentido direto.
- Com o pólo negativo da bateria do multiteste em um dos terminais do transistor, e o positivo em qualquer
um dos outros dois terminais o instrumento indicou baixa resistência. Neste caso, o terminal do transistor onde se
encontra o pólo negativo da bateria do multiteste é a base e o transistor é do tipo PNP. Esta situação está
mostrada na figura 2 2 .b, onde temos as duas junções polarizadas no sentido direto.
OBS: No multiteste analógico, a ponteira que tem polaridade positiva é a preta (comum), pois é neste terminal
que está conectado o pólo positivo da bateria interna do instrumento, a ponteira vermelha tem polaridade
negativa. No multiteste digital normalmente não há esta inversão.
b-) Identificação dos terminais coletor e emissor do transistor:
Uma vez identificado o terminal de base e o tipo do transistor (NPN ou PNP), podemos identificar os
terminais de coletor e de emissor procedendo da seguinte maneira:
o
- Colocar a chave seletora do multiteste na posição x 1 Kohm.
2º- Conectar as ponteiras do multiteste entre os terminais desconhecidos do transistor, conforme mostrado na figura 2 3.
3º- Medir a resistência do transistor segurando com uma das mãos o terminal da base, e com a outra mão o
terminal do multiteste que corresponde à polaridade da base no sentido direto (positiva NPN – negativa PNP)
conforme mostrado na figura 2 3. Repita a medição invertendo os terminais do multiteste.
4º- Na medição em que o multiteste indicar menor resistência (maior deflexão do ponteiro), o terminal do
multiteste que corresponde a polaridade da base indicará o terminal de coletor e o outro será o emissor.
figura 21
N P N
figura 2 2 .a
P N P
figura. 2 2 .b
Como a junção PN formada entre gate e canal é polarizada inversamente, a corrente de porta é muito
menor do que a corrente de base dos transistores bipolares, o que é uma vantagem do JFET. A corrente de porta
de um JFET é da ordem de 10
O funcionamento do JFET de canal P é exatamente igual ao funcionamento do FJET de canal N , com os
papéis desempenhados pelos elétrons e pelas lacunas trocados. As fontes que polarizam o JFET devem ser
invertidas em relação à figura 26.
- SÍMBOLO:
Da mesma forma que no transistor bipolar de junção, no JFET a seta sempre aponta para o semicondutor
tipo N. Portanto no JFET de canal N a seta aponta para o canal (figura 27 .a) e no JFET de canal P a seta aponta
para a região da porta (semicondutor N – figura 27 .b).
1.3-) TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO – METAL ÓXIDO SEMICONDUTOR (MOS-FET):
O MOS-FET é um componente bastante utilizado na construção de circuitos integrados, pois suas
características nos permitem construir circuitos muito mais complexos e versáteis do que os construídos com
simples transistores de junção.
- ESTRUTURA INTERNA (ver figura 28):
O MOS-FET é constituído de uma região de elevada resistividade
(pouco dopada), denominada substrato e de duas regiões de baixa
resistividade (muito dopada) denominadas canal. O semicondutor utilizado
na construção do canal é oposto ao semicondutor do substrato. Se o canal
for do tipo N, o substrato será do tipo P e vice-versa. Sobre o conjunto é
depositada uma fina camada de SiO 2 (dióxido de silício), que é um material
isolante, na qual são feitos dois orifícios para que tenhamos acesso direto às
regiões denominadas por canal, nas quais são conectados dois contatos
denominados de fonte (S) e dreno (D). Um terceiro contato, denominado
gate (G) é conectado à estrutura canal + substrato, porém permanece
isolado desta através da fina camada de material isolante (SiO 2 ).
G G
CANAL N
V
DD
_
R
I
I
V
GS
_
figura 26
G
D
S
figura 27 .a – JFET de canal N figura 27 .b – JFET de canal P
G
D
S
CANAL CANAL
S G D
SUBSTRATO
figura 28
- FUNCIONAMENTO:
Se o terminal gate do MOSFET estiver aberto, ou se curto-circuitarmos o terminal gate (G) com o terminal fonte
(S) a diferença de potencial entre os dois terminais (V GS
) será igual a zero. Ainda que uma tensão seja aplicada entre
o dreno e a fonte, não haverá circulação de corrente pois a junção PN (J 2
) estará polarizada inversamente (figura 29.a).
Aplicando-se uma tensão positiva no gate em relação à fonte, conforme mostrado na figura 29.b, os
elétrons livres que estão presentes no semicondutor tipo P serão atraídos pelo pólo positivo de V GS
, deslocando-se
em direção à camada isolante de S i
O
2
. As lacunas serão atraídas pelo pólo negativo de V GS
, deslocando-se em
direção contrária (oposta à camada isolante). Os elétrons que se acumulam próximo à camada isolante do gate
formam um canal condutor tipo N que permite a circulação de corrente entre o dreno e a fonte. Por este motivo,
este tipo de MOS-FET é chamado de MOS-FET de canal N O MOS-FET continuará ligado (conduzindo corrente
entre o dreno e a fonte) enquanto tivermos tensão entre o gate e a fonte com valor e polaridade apropriados,
quando esta tensão for retirada o MOS-FET desligará.
A corrente no gate é igual à zero pois há uma camada isolante de S i
O
2
entre o terminal de gate e o
canal tipo N, por este motivo, dizemos que o MOS-FET é acionado por tensão, contrário ao BJT que é
acionado por corrente e necessita de uma quantidade de energia para ser acionado muito maior do que o
MOS-FET. Durante a comutação, ou seja, quando o MOS-FET passa do estado desligado para ligado, ou vice-
versa, teremos uma pequena corrente no gate devido à carga ou descarga do capacitor de gate que é formado pelo
contato metálico de gate, camada isolante de SiO 2 (dielétrico) e semicondutor tipo P. Esta corrente é de curtíssima
duração (no máximo algumas centenas de nanosegundos).
Além do MOS-FET de canal N existe também o MOS-FET de canal P, cuja estrutura é igual à do MOS-
FET de canal N, porém, os semicondutores são invertidos (troca N pelo P e P pelo N).
Os circuitos digitais da família CMOS utilizam transistores MOS-FET tipo N e MOS-FET tipo P. Uma vez
que estes transistores são complementares, agrega-se a letra C à palavra MOS resultando na palavra CMOS.
- SÍMBOLO:
- VANTAGENS DO MOSFET EM RELAÇÃO AO BJT:
a-) Devido à elevada resistência entre gate e fonte a corrente de gate é nula o que faz com que o MOS-FET
necessite de muito menos energia para ser ligado do que o BJT.
b-) Menor perda de energia durante a comutação.
c-) Menor tempo de comutação, o que permite que trabalhe com freqüência mais elevada.
fonte (source)
dreno
porta (gate)
MOS-FET CANAL N
fonte (source)
dreno
porta (gate)
MOS-FET CANAL P
Figura 30
CANAL N CANAL N
S G D
SUBSTRATO P
- VDD +
J 1 J 2
Figura 29.a
CANAL N CANAL N
S G D
SUBSTRATO P
- V
DD
- V
GS
CANAL N
INDUZIDO
Figura 29.b
