Eletronica analógica - diodo , trasistor

Estrutura atômica
• Se dividir uma substância em porções cada vez menores até
chegar a menor das porções, que denominamos molécula. Se
dividirmos a molécula em partes, chegaremos ao átomo, sendo
que este não mais conservará as propriedades do material
subdividido.
• O átomo é composto de outras partículas que são elétrons,
prótons e nêutrons
• Os prótons (p) possuem cargas elétricas positivas.
• Os elétrons (e) possuem cargas elétricas negativas.

O que é um Semicondutor
• O semicondutor é um material que possui uma resistência
entre um condutor e um isolante. A principal característica de
um semicondutor é a sua estrutura atômica, que permite uma
condução maior, mediante a adição de impurezas. A adição de
elementos de impureza em uma estrutura pura de germânio ou
silício denomina-se dopagem.
• Quando o número de elétrons livres (cargas negativas) é
aumentado, o semicondutor é do tipo negativo ou tipo N;
diminuindo o número de elétrons livres o semicondutor torna-
se do tipo P. Desta forma no semicondutor dopado do tipo N
prevalecem as cargas negativas, enquanto que no tipo P
prevalecem as cargas positivas.
• O carbono, germânio e silício são os semicondutores mais
conhecidos

Condutores, Isolantes e
semicondutores
• Condutores:
• Dizemos que um material é condutor, quando os elétrons são fracamente ligados ao núcleo e
• ao serem submetidos a uma diferença de potencial passam a se locomover no interior do
• material.
• Podemos citar como exemplo o ouro, a prata, o cobre e outros.
• Isolantes:
• Dizemos que um material é isolante, quando os elétrons se encontram fortemente presos em
• suas ligações, evitando a circulação desses elétrons.
• Podemos citar como exemplo, a borracha, a mica, a porcelana, etc.
• Semicondutores:
• Dizemos que um material é semicondutor se sua resistência se encontra entre a dos
• condutores e a dos isolantes.
• Os principais semicondutores utilizados são:
• Silício (Si)
• Germânio (Ge)
• A principal característica dos semicondutores é a de possuir 04 (quatro) elétrons em sua
• última camada, camada de valência. Isto permite aos átomos do material semicondutor a
• formação entre si de ligações covalentes.

Alguns tipos de condutores e
semicondutores

1 - CARACTERÍSTICAS DO
SEMICONDUTOR
As principais características do semicondutor puro (sem dopagem)
são:
• a) resistência maior do que os condutores metálicos, porém
menor do que isolantes;
• b) coeficiente negativo, isto é, a resistência diminui com o
aumento da temperatura;
• c) a valência dos átomos que constituem esses
semicondutores é  4; isto significa que a última camada desses
átomos possui 4 elétrons.

Classificação dos átomos quanto ao número de
elétrons na camada de valência
• Elemento trivalente:
É todo elemento que possua em sua última camada (camada de valência) um
total de 03 (três) elétrons
Exemplo:
Alumínio, índio, boro, gálio.
• Elemento tetravalente:
É todo elemento que possua em sua última camada (camada de valência) um
total de 04 (quatro) elétrons
Exemplo:
Silício, germânio, carbono, estanho.
• Elemento pentavalente:
É todo elemento que possua em sua última camada(camada de valência) um
total de 05 (cinco) elétrons.
Exemplo:
Antimônio, nitrogênio, fósforo, arsênio.

Dopagem do semicondutor
• Chama-se dopagem de um semicondutor, o processo utilizado para
construir elementos P e N, através da mistura ao silício (Si) ou
germânio (Ge) de quantidades reduzidas de impurezas de
elementos trivalentes ou pentavalentes.

Semicondutor tipo N
• Se introduzirmos na estrutura cristalina de um semicondutor uma
pequena quantidade de um material pentavalente, por exemplo,
antimônio (Sb), tendo este 05 (cinco) elétrons na camada de
valência, haverá a sobra de 01 (um) elétron do antimônio (Sb) que
não formará ligação covalente.
• O átomo do antimônio (Sb) que deu esse elétron chamamos de
doador. O silício (Si) ou germânio (Ge) dopados com elementos
pentavalentes são chamados de tipo N, sendo um material
negativo.
• Os portadores de carga no material tipo N, são os elétrons.

Semicondutor tipo P
• Se introduzirmos na estrutura cristalina de um semicondutor uma
pequena quantidade de um material trivalente, por exemplo índio
(ln), tendo este 03 (três) elétrons na camada de valência, faltará um
elétron.
• Essa falta de elétron comporta-se como uma carga positiva que
chamamos de lacuna. Os semicondutores dopados com elementos
trivalentes são chamados do tipo P, e ao elemento trivalente da
dopagem chamamos de aceitador.
• Os portadores de carga no material tipo P são as lacunas.

JUNÇÃO PN
A união de um cristal tipo p e um cristal tipo n, obtém-
se uma junção pn, que é um dispositivo de estado sólido
simples: o diodo semicondutor de junção.

Devido à repulsão mútua os elétrons livres do lado n
espalham-se em todas as direções, alguns atravessam a
junção e se combinam com as lacunas.
Quando isto ocorre, a lacuna desaparece e o átomo
associado torna-se carregado negativamente.
Um íon negativo atravessa a junção ele cria um par de íons.
Mas os íons estão fixo na estrutura do cristal por causa da
ligação covalente.
À medida que o número de íons aumenta, a região próxima
à junção fica sem elétrons livres e lacunas. Chamamos esta
região de camada de depleção.
JUNÇÃO PN

A intensidade da camada de depleção aumenta com cada elétron que
atravessa a junção até que se atinja um equilíbrio.
Além de certo ponto, a camada de depleção age como uma barreira
impedindo a continuação da difusão dos elétrons livres.
A diferença de potencial através da camada de depleção é chamada de
barreira de potencial.
JUNÇÃO PN

A diferença de potencial através da camada de depleção é
chamada de barreira de potencial.
Essa diferença de potencial é de 0,7 V para o silício e 0,3 V
para o germânio.
JUNÇÃO PN

2 - DIODO SEMICONDUTOR
Como o comportamento da junção PN diante da polarização direta e
reversa pode ser usado na realização de circuitos eletrônicos, ela
passou a ser conhecida comercialmente como diodo.
Como principal característica, o diodo pode comportar-se como
condutor ou isolante elétrico, dependendo da forma como a tensão é
aplicada aos seus terminais.
A principio, essa característica permitiu a aplicação do diodo na
transformação de corrente alternada em corrente contínua.

DIODO SEMICONDUTOR
Data sheet
1N4XXX

DIODO SEMICONDUTOR
VBR – Tensão de Pico Reverso
VR – Tensão de Rms Reverso
IZM – Corrente Máxima Diodo

2 – DIODOS (continuação)
Exemplo:

Exercícios
1 – Calcule as correntes nos circuitos que seguem. Aplicar o modelo
considerando Vd. Sendo D1 de silício e D2 de germânio.
a) b)
c) d)

6 – Qual lâmpada irá acender?

3 – APLICAÇÃO DE DIODOS
Circuitos com diodos
• Circuitos limitadores ou ceifadores
 Circuito limitador positivo
 Circuito limitador negativo
 Circuito limitador duplo
• Circuitos Retificadores
 Circuito Retificador de Meia onda
 Circuito Retificador de Onda Completa com CT
 Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte

1 -

Determine a forma de onda na saída no circuito Limitador Duplo mostrado
abaixo, utilizando o modelo 2 (Vy) e sabendo-se que a tensão de entrada
é de 20 VRMS.
2 -
Ep = 28 V
28 V

a) Vm = 3,18 V
b) Im = 318 mA
c) IDM = 159 mA
VBR= 5,7 V
RETIFICADORES
A figura abaixo mostra um transformador com derivação central e
tensão V2 de pico = 5,7 V ligado a um retificador de onda completa
(diodos de silício) com carga de 10 Ω. Considerando o valor de Vγ
do diodo (modelo 2) determinar
5 -

-18
RETIFICADORES
6 - Dado o circuito abaixo, calcule: Considere diodo com V = 0,7 V
a) Tensão média na carga (Vcc)?
b) Corrente média na carga (Icc)?
c) Tensão de pico inverso (VPI) ?
d) Gráfico da tensão no resistor
de carga?
a) Vcc = Vm = 11 V
b) Icc = Im = 5 mA
c) VPI = VBr = 36 V
de carga?
VRL
t

Vp = Vrms x 1,414
Vrms = Vp x 0,707
4 – RETIFICADORES

4 – RETIFICADORES
8 - Dado o circuito abaixo, calcule: Considere diodo com V = 0,7 V
a) Tensão média na carga (Vcc)?
b) Corrente média na carga (Icc)?
c) Tensão de pico inverso (VPI) ?
de carga?
a) Vcc = Vm = 10,5 V
b) Icc = Im = 5,3 mA
c) VPI = VBr = 17,9 V
de carga?
VRL
18
t
127 Vef
2KΩ

4 – RETIFICADORES
f = 60 Hz p/ ½ onda
f = 120 Hz p/ onda
completa
Vmf = tensão média na
carga após a filtragem
f = frequência da ondulação
( depende do tipo de
retificador )
RL = resistência da carga
C = capacitor de filtro

2 – DIODOS (continuação)
Copyright © 2011 Paulo Cesar S. Francisco. Todos os direitos reservados.

5 – DIODO ZENER
Uma fonte de alimentação possui uma tensão média de saída de 30V com ripple de 3V.
Determinar RS do regulador de tensão que elimina o ripple desta fonte e estabiliza sua
tensão em 15V , sabendo-se que ela será utilizada para alimentar cargas de 50Ω até
100KΩ e que o diodo zener do circuito tem as especificações dadas abaixo :
Especificações do diodo zener:
IZM = 700mA
IZm = 30mA VZ = 15V
IZM = 700mA
IZm = 30mA
• Condição de IZm :
IRLM = VZ / RLm ⇒ IRLM = 15/50 ⇒ IRLM = 300mA
VEm ≅ VE – Vr/2 ⇒ VEm = 30 – 3/2 ⇒ VEm = 28,5V
RSM = ( VEm – VZ ) / ( IZm + IRLM ) ⇒ RSM = ( 28,5 – 15 )/( 30 + 300 )*10-3 ⇒
RSM = 41Ω
• Condição de IZM :
IRLm = VZ / RLM ⇒ IRLm = 15 / 100*103 ⇒ IRLm = 150μA
VEM ≅ VE + Vr/2 ⇒ VEM = 30 + 3/2 ⇒ VEM = 31,5V
RSm = ( VEM – VZ )/( IZM + IRLm ) ⇒ RSm = ( 31,5 – 15 )/( 700*10-3 + 150*10-6)
RSm = 24Ω

5 – DIODO ZENER
Uma fonte de alimentação possui uma tensão média de saída de 30V com ripple de 3V.
Determinar RS do regulador de tensão que elimina o ripple desta fonte e estabiliza sua
tensão em 15V , sabendo-se que ela será utilizada para alimentar cargas de 50Ω até
100KΩ e que o diodo zener do circuito tem as especificações dadas abaixo :
IZM = 700mA
IZm = 30mA
Portanto, RS deve ser: 24Ω ≤ RS ≤ 41Ω
Valor comercial escolhido : RS = 33Ω
Fixado o valor de RS , pode-se calcular a potência dissipada por ele no circuito no pior caso,
ou seja, quando a tensão VE é máxima:
PRSM = VRSM2 / RS ⇒ PRSM = ( 31,5 – 15 )2 / 33 ⇒ PRSM = 8,25W
Portanto, RS pode ser um resistor de 10W.

85
Constituição
Um led é constituído por uma junção PN de material
semicondutor e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).
A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor
que o constitui.
Símbolo:
6 – DIODOS ESPECIAIS

86
Identificação visual dos terminais

87
Identificação visual dos terminais

88
LED BICOLOR

89
Aplicações dos led´s
Os led são utilizado como elementos indicadores
em calculadoras, aparelhos de medida,
indicadores numéricos de receptores de rádio, etc.
Fabricam-se individuais ou em conjunto (display de sete
segmentos) podendo neste segundo caso representar qualquer
caracter.
O display de sete segmentos é constituído por
díodos emissores de luz, tantos quantos os
segmentos do display.
Na figura pode ver-se um display constituído
por sete segmentos (cada segmento
corresponde a um led) e um ponto decimal (ou
seja, é constituído por oito led).

http://www.prof2000.pt/users/lpa 90
Display de sete segmentos
O cátodo de todos estes díodos emissores de luz é comum, pelo
que aplicando uma tensão directa de polarização aos diferentes
ânodos se acenderá um ou outro dos segmentos.
Cátodo comum
K
a b c d e f g
Combinando ordenadamente as tensões diretas aplicadas aos
ânodos pode formar-se qualquer carater.

91
Principio de funcionamento
Ao ser aplicada uma tensão
que polariza diretamente o led
ocorre que muitos elétrons não
têm a energia suficiente para
passarem da banda de valência
à banda de condução, ficando
na zona interdita ou proibida.
Como não podem permanecer
nessa zona voltam à banda de
valência tendo para esse efeito
de perder energia, o que
fazem emitindo luz (fotóns).
Energia
Banda de valência
Banda proibida
Banda de condução
Luz
Electrão

92
Características técnicas
A corrente direta (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA.
VF – Tensão máxima de polarização directa.
VR – Tensão máxima de polarização inversa.
Led vermelho
Material semicondutor que o constitui:
Fosfoarsenieto de gálio
VF = 1,6 V
VR = 3 V
Led verde
Led amarelo
Fosforeto de gálio
VF = 2,4 V
VR = 3 V
Led infra vermelho
Arsenieto de gálio
VF = 1,35 V
VR = 4 V

93
Polarização de um led
O led está directamente
polarizado, e emite luz,
quando o ânodo está
positivo em relação ao
cátodo.
O led está inversamente
polarizado, e não emite
luz, quando o ânodo está
negativo em relação ao
cátodo.

Vcc = 10V

7 – TRANSISTOR BIPOLAR (TJB)
• Física-O transistor de junção bipolar é um dispositivo
semicondutor de três terminais, formado por três camadas
consistindo de: duas camadas de material tipo “N" e uma
de tipo “P" ou de duas de material tipo “P" e uma de tipo
“N".
• O primeiro é chamado
de transistor NPN
enquanto que o
segundo é chamado de
transistor PNP.

Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é
constituído por duas junções PN (junção base-emissor
e junção base-colector) de material semicondutor
(silício ou germânio) e por três terminais designados
por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).
N – Material semicondutor com excesso de electrões livres
P – Material semicondutor com excesso de lacunas
Altamente
dopado
Menos
dopado que
o Emissor e
mais dopado
que a Base
Altamente
dopado
Camada
mais fina
e menos
dopada
Menos
dopado que
o Emissor e
mais dopado
que a Base
Camada
mais fina
e menos
dopada

Através de uma polarização de tensão
adequada consegue-se estabelecer um
fluxo de corrente, permitindo que o
transistor seja utilizado em inúmeras
aplicações como:
Chaves comutadoras
eletrônicas, amplifica-
dores de tensão e de
potência,etc.

Junções PN internas e símbolos
Junção PN
base -emissor
Junção PN
base - emissor
Junção PN
base - colector
Junção PN
base - colector

Para que o transístor bipolar conduza é
necessário que seja aplicada na Base uma
corrente mínima (VBE ≥ 0,7 Volt), caso contrário
não haverá passagem de corrente entre o
Emissor e o Colector.
IB = 0
O transístor não conduz
(está em corte)
X

Se aplicarmos uma pequena corrente na
base, o transístor conduz e pode amplificar a
corrente que passa do emissor para o
colector.
Uma pequena
corrente entre a base
e o emissor…
…origina uma grande
corrente entre o emissor
e o colector

Polarização
Transistor NPN com
polarização direta entre
base e emissor e
polarização reversa entre
coletor e base.
Transistor PNP com
polarização direta entre
base e emissor e
polarização reversa
entre coletor e base

Representação de tensões e correntes
VCE – Tensão coletor – emissor
VBE – Tensão base – emissor
VCB – Tensão coletor - base
Ic – Corrente de coletor
IB – Corrente de base
IE – Corrente de emissor
VRE – Tensão na resistência de emissor
VRC – Tensão na resistência de coletor

Relação entre correntes e Tensões
 Considerando o sentido convencional da corrente e
aplicando a lei dos nós obtemos a seguinte relação das
correntes num transistor bipolar.
Rc
Rb
+
IC
IE
IB
NPN
IE = IC + IB
IE
+
Rc
Rb
IC
IB
PNP
IE = IC + IB
IE = IC + IB

Relação entre correntes e Tensões
 A relação entre a corrente contínua de coletor e a
corrente contínua de base é chamada de ganho de
corrente βCC ou apenas β (beta).
 O parâmetro αcc ou apenas α (alfa) de um transistor
indica a relação entre a corrente de emissor e
coletor:
α = β / ( 1+β )
VCE = VCB + VBE β = IC
IB
α = IC
IE
β = α / ( 1- α )
α tende variar de 0,95 a 0,99
β  100 implica fazer IC=IE
hFE hFB

Características técnicas
Utilizando o código alfanumérico do transístor podem-se obter as suas
características técnicas por consulta de um data book ou de um data sheet do
fabricante.
IC É a máxima corrente de colector que o transístor pode suportar. Se
este parâmetro for excedido o componente poderá queimar.
VCEO Tensão máxima colector – emissor com a base aberta.
VCBO Tensão máxima colector – base com o emissor aberto.
VEBO Tensão máxima emissor – base com o colector aberto.
hFE ou  Ganho ou factor de amplificação do transístor. hFE = IC : IB
Pd Potência máxima de dissipação.
fT Frequência de transição (frequência para a qual o ganho do transístor
é 1 ou seja, o transístor não amplifica mais a corrente).

Corrente de Coletor-Base com Emissor
Aberto (Icbo)
Varia com a temperatura, sendo de grande importância, uma vez que,
para cada 10ºC de aumento de temperatura, essa corrente dobra. É a
corrente entre coletor e base, com o emissor aberto.
Corrente de Fuga no Transistor

Corrente de Coletor-Emissor com Base
Aberta (Iceo)
 ICEO: Esta corrente ao
contrário da anterior, tem um
elevado significado. Trata-se
da corrente entre coletor e
emissor com a base aberta.
 ICEO = ( + 1)ICBO
Basicamente determina a
amplificação de um circuito,
conforme será visto mais
adiante.

IEBO
 IEBO: É a corrente entre
base e emissor com o
coletor aberto. Não é normal
termos esta situação, uma
vez que a junção base-
emissor de um transistor é
sempre polarizada
diretamente.

Configurações básicas
Os transistores podem ser ligados em três
configurações básicas:
1. base comum (BC),
2. emissor comum (EC) e
3. coletor comum (CC).
Essas denominações relacionam-se aos pontos
onde o sinal é injetado e retirado, ou ainda, qual
dos terminais do transistor é referência para a
entrada e saída de sinal.

Base Comum (BC)
O sinal é injetado entre emissor e base e
retirado entre coletor e base. Desta forma,
pode-se dizer que a base é o terminal
comum para a entrada e saída do sinal.
O capacitor "C" ligado da base a terra
assegura que a base seja efetivamente
aterrada para sinais alternados.
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): < 1
Ganho de tensão (GV): elevado
Resistência de entrada (RIN): baixa
Resistência de saída (ROUT): alta

Emissor Comum (EC)
O sinal é injetado entre base e emissor e
retirado entre coletor e emissor.
O capacitor no emissor "CE" assegura o
aterramento do emissor para sinais
alternados. CA é um capacitor de
acoplamento de sinal.
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): elevado
Ganho de tensão (GV): elevado
Resistência de entrada (RIN): média
Resistência de saída (ROUT): alta

Emissor Comum (EC)
O capacitor CA – Facilita
a passagem de Sinais
Alternados e bloqueia a
corrente contínua
O capacitor CE – Facilita
a passagem de Sinais
Alternados escoar para
o terra.

Coletor Comum (CC)
O sinal é injetado entre base e emissor e
retirado do emissor.
O capacitor "CC" ligado do coletor a terra
assegura que o coletor esteja aterrado
para sinais alternados. CA é um capacitor
de acoplamento de sinal.
É conhecida como seguidor de emissor.
CARACTERÍSTICAS:
Ganho de corrente (Gi): elevado
Ganho de tensão (GV):  1
Resistência de entrada (RIN): muito elevada
Resistência de saída (ROUT): muito baixa

As configurações emissor comum, base comum e coletor
comum, são também denominadas emissor a terra, base a
terra e coletor a terra. Essas configurações também podem
ser apresentadas conforme ilustram as figuras abaixo:

• RETA DE CARGA
• A Figura mostra um circuito com polarização de base. O problema consiste em saber
os valores de correntes e tensões nos diversos componentes. Uma opção é o uso da
reta de Carga.
Malha CE
Malha BE

Regiões de operação
• A análise da malha CE fornece a corrente IC:
IC = (VCC - VCE )/ RC
• Nesta equação existem duas incógnitas, IC e VCE. A solução deste
impasse é utilizar o gráfico IC x VCE. Com o gráfico em mãos,
basta Calcular os extremos da reta de carga:
• VCE = 0  IC = VCC / RC ponto superior
• IC = 0 VCE = VCC ponto inferior
• A partir da reta de carga e definido uma corrente IB chega-se aos
valores de IC e VCE.

• No circuito suponha RB= 500KΩ.
Construa a linha de carga no gráfico e meça IC e VCE de
operação.
• SOLUÇÃO: Os dois pontos da reta de carga são:
VCE = 0  IC = VCC / RC (15 )/1k5 = 10mA  ponto superior
• IC = 0  VCE = VCC = 15V  ponto inferior
• O corrente de base é a mesma que atravessa o resistor RB:

VCEQ
ICQ
IBQ

Regiões de operação: Resumo
IB(CORTE) = 0 (aberto)
IB(SAT) = 50 µA
IB = 20 µA a 40 µA

130
CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO:
1 - POLARIZAÇÃO
POR CORRENTE DE
BASE CONSTANTE
Para este tipo de polarização: IC = IB
Para evitar o disparo térmico, adota-se geralmente: VCE = 0,5VCC

131
2 - POLARIZAÇÃO POR
CORRENTE DE
EMISSOR CONSTANTE
Aplicando LKT:
VCC = VRC + VCE + REIE onde: VRC = RCIC
logo: VCC = RCIC + VCE + REIE

132
CORRENTE DE
EMISSOR CONSTANTE

133
3 - POLARIZAÇÃO POR DIVISOR
DE TENSÃO NA BASE
O nome divisor de tensão é
proveniente do divisor de tensão
formado por RB1 e RB2, onde RB2
polariza diretamente a junção
base-emissor.

Ainda com o terminal da base aberto e VCC em curto, temos:
DIVISOR DE TENSÃO NA
BASE
Aplicando Thèvenin:
Abrindo o terminal da base temos: VTH =
B2
B1
CC
B2
R
R
V
.
R

RTH =
B2
B1
B2
B1
R
R
R
.
R


BASE
Isto nos dá o circuito equivalente de Thèvenin:
1
R
R
V
-
V
TH
E
BE
TH



Aplicando LKT:
VTH - RTHIB - VBE - REIE = 0
1
IE


Sendo: IB =
Temos: IE =

BASE
E
BE
TH
R
V
-
V
IE =
Para RE 10 X maior que podemos
simplif1car: 1
RTH


RTH  0,1RE
Para uma boa estabilidade no circuito utiliza-
se a regra 10:1, o que equivale dizer que:

BASE
Regras práticas para a elaboração de
um projeto de polarização por divisor de
tensão na base:
VE = 0,1VCC
VCE = 0,5VCC
VRC = 0,4VCC
RC = 4RE
RBB = 0,1 RE

6 3,69
310
3,69
1,57 1.571

310
33,06 33.064

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