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Transístores - Teoria e Prática - Parte 4


Hélio

8.534 visualizações

Nesta parte do tutorial veremos como funcionam as tensões de polarização dos transístores em detalhes.  
Vamos analisar o circuito da figura abaixo.

image.png

 

Nela temos três mosfets, sendo que Q1 e Q3 são de canal N e Q2 de canal P. Temos essa informação devido à direção das setas no source destes componentes, conforme já vimos antes. Além dos mosfets, temos uma fonte 12V, uma chave S1, alguns resistores e uma lâmpada L1.  

Para ilustrar os diferentes caminhos que a corrente circula, cada linha possui uma cor e junto a ela temos os valores de tensão, representados por um quadrado da mesma cor da linha.  

Estes valores de tensão mostrados são uma estimativa dos valores dos resistores, que no momento, não são importantes para o nosso estudo. 

Nosso objetivo com este circuito é entender a polarização destes mosfets. 

Analisando o circuito da figura 1, vemos que a chave S1 está fechada, permitindo que o gate de Q3 receba uma tensão positiva (em verde) através de R5. Com isso, Q3 satura (conduz). 

Note que a chave S1 coloca R5 em série com R6. Da junção deste divisor de tensão (R5 e R6) é retirada a tensão positiva que irá polarizar o gate de Q3. 

Com Q3 saturado, toda a tensão que vem da fonte através de R1 em direção ao dreno de Q3 (em preto), é aterrada pelo fato do mosfet Q3 estar saturado. 

Vemos também que o gate de Q1 está em nível baixo, já que também está ligado ao dreno de Q3. Com isso, Q1 permanece em corte. 

Observe que o positivo da fonte (em vermelho) chega até o source de Q2, passa através de R3 e R4 e chega até o dreno de Q1 (que está no corte).  

Como esta linha não chega ao terra do circuito, temos em R3, R4 e dreno de Q1 a mesma tensão da fonte, indicada pelo quadrado junto ao dreno de Q1, que é de 12V.
Portanto, a tensão na junção de R3/R4 é de 12v, que é a mesma que está no gate de Q2.  

Como Q2 é de Canal P, sabemos que ele precisa de uma tensão negativa no gate para conduzir.
Como ele tem no gate uma tensão positiva (12V) ele permanecerá no corte.  

Concluímos com esta análise que a tensão positiva da fonte não chegará até a lâmpada L1 e ela permanecerá apagada. 

Vamos agora analisar o circuito da figura 2. 

image.png

 

Este circuito é o mesmo que o circuito anterior, exceto pela chave S1, que agora está aberta.
Isso altera completamente o seu modo de funcionamento. 

Com a chave S1 aberta, não temos tensão positiva no gate de Q3 e ele fica no corte. 

O gate de Q3 permanece em nível baixo devido ao resistor R6 atuando como um resistor de Pull-Down. 

Com Q3 em corte, a tensão da fonte consegue chegar ao gate de Q1, através do divisor resistivo formado por R1 e R2 (em azul). Com isso, Q1 é saturado, já que agora temos uma tensão positiva em seu gate. 

Com Q1 saturado, ele aterra o terminal de R4 que está ligado ao seu dreno e a tensão da fonte circula através de R3 e R4.  

Como R3 e R4 formam um divisor de tensão, na junção entre eles existe agora uma tensão de 9V, que pode ser vista no quadrado em verde.   

Essa tensão de 9V chega ao gate de Q2 permitindo que ele sature e a tensão da fonte flui através dele até chegar na lâmpada L1 e esta acende. 

 

Adicionando informações 

Até aqui falamos que o mosfet de canal P precisava de uma tensão negativa no gate para saturar. 

Vamos agora entender como o circuito da figura 2, com 9V no gate conseguiu conduzir a tensão da fonte até a lâmpada, já que a tensão de 9V em seu gate é teoricamente positiva. 

Para mostrar de uma forma detalhada, vamos analisar o circuito da figura 1. Vamos começar com Q3. 

Sabemos que ele é um mosfet de canal N e para entrar em condução precisa de uma tensão positiva em seu gate. 
Essa informação não é novidade e já vimos isso em outra parte deste tutorial. 

Ainda na figura 1, o quadrado verde indica que temos 6V no gate de Q3. 

Para facilitar, foi reproduzido abaixo o circuito da figura 1, onde foi adicionado um multímetro. Veja a figura abaixo.

image.png

 

Veja que estamos medindo a tensão no gate de Q3 e temos 6V, conforme indicado pelo multímetro.
Note também que o source de Q3 está ligado ao terra do circuito.  

Podemos então dizer que estamos medindo a tensão entre o gate e o source de Q3.  

Sendo assim, a ponta de prova vermelha no gate indica que temos uma tensão de 6V acima da tensão do source, que é onde está a ponta de prova preta.  

Como já sabemos, as medidas de tensão são feitas com relação ao terra.
Isso quer dizer que o multímetro indica o quanto a tensão na ponta de prova vermelha é maior que a tensão na ponta preta. 

Então podemos afirmar que o gate precisa de uma tensão maior que o source para entrar em condução (saturar). 

Anteriormente neste tutorial, foi falado que o mosfet Canal N precisa de tensão positiva no gate para conduzir
Comparando as duas afirmações, vemos que as duas são verdadeiras.  

O que acontece é que antes não tínhamos uma referência para a tensão de gate. Simplesmente admitimos que ela seria positiva.  

Agora sabemos que essa tensão positiva precisa ser maior que a tensão de source do mosfet para ele saturar. 

Então, a partir de agora, vamos considerar que:
O mosfet de canal N para saturar precisa de uma tensão positiva no gate maior que a tensão do source. 

Veja que na figura 2 acima, a chave S1 está aberta e o source de Q3 está ligado ao terra pelo resistor R6. Podemos ver que neste caso o gate e o source tem a mesma tensão (0V) e com isso, Q3 fica no corte. 

Voltando a falar dos transístores bipolares, tudo que foi visto até agora para o mosfet de canal N, servirá para o bipolar do tipo NPN.
Fazendo as devidas alterações, quanto ao nome dos terminais, ficaria assim:
O transístor NPN para saturar precisa de uma tensão positiva na base maior que a tensão do emissor. 

Fica claro, que tudo que foi visto para Q3 do circuito acima, serve para Q1 porque ambos são de Canal N. 

Vamos analisar o caso de Q2 acompanhando a figura abaixo:

image.png

 

Para medir Q2, vamos manter a ponta vermelha do multímetro no gate e a ponta preta no source do mosfet, exatamente como fizemos no caso anterior com Q3. Veja que temos a leitura de 3V negativos no multímetro (-3V). Essa medição nos indica que o gate está 3 volts mais negativo que o source. 

Já que o gate está com tensão negativa (em relação ao source), esta é a condição que o mosfet de Canal P precisa para saturar. 

Com isso o mosfet Q2 satura e a tensão da fonte consegue chegar até a lâmpada L1. 

Podemos afirmar que o mosfet de Canal P para saturar precisa de tensão negativa no gate. Também sabemos agora que esta tensão do gate é negativa em relação ao source do mosfet. 

Observe que a nossa tensão de referência neste caso, foi o positivo da fonte, porque o source do mosfet está ligado a este ponto.   

Independente de onde o source estiver ligado, ele sempre será nossa referência para medir a tensão do gate. 

Da mesma forma, o transístor bipolar PNP precisa de tensão negativa na base (com relação ao emissor) para saturar. 

Com estes exemplos, acredito que tenha ficado claro o funcionamento da tensão de polarização nos mosfets. 


Simplificando as medidas 

Na prática, seria suficiente fazer a medição tendo como referência o terra do circuito. 

Se fixarmos a ponta preta do multímetro no terra do circuito e com a ponta de prova vermelha medirmos o gate do mosfet e depois medirmos o source, teríamos uma das seguintes situações: 

Para o mosfet de Canal N 

A tensão do gate é maior que a tensão do source → O mosfet está saturado.
A tensão no gate é igual ou menor que a tensão do source → O mosfet está em corte. 

Para o mosfet de Canal P 

A tensão do gate é menor que a tensão do source → O mosfet está saturado.
A tensão no gate é igual ou maior que a tensão do source → O mosfet está em corte. 

 

Da mesma forma esta regra pode ser aplicada aos transístores bipolares: 

Bipolar NPN

A tensão na base é maior que a tensão do emissor → O transístor está saturado.
A tensão na base é igual ou menor que a tensão do emissor → O transístor está em corte. 

Bipolar PNP

A tensão da base é menor que a tensão no emissor → O transístor está saturado.
A tensão da base é igual ou menor que a tensão no emissor → O transístor está em corte. 


Com estas novas informações, podemos ver na figura 1 abaixo que: 

- Q3 tem uma tensão no gate maior que a tensão do source e por isso está saturado. 
- Q1 tem uma tensão de gate igual à tensão do source e por isso está no corte.
- Q2 tem uma tensão no gate igual à tensão do source e por isso está no corte.

Se Q2 está no corte, a tensão da fonte não chega até a lâmpada e esta fica apagada. 

image.png

 

Muito mais fácil e prático, não é mesmo? 

Vamos ver mais um exemplo como o da figura 2 abaixo, onde: 

- Q3 tem uma tensão de gate igual à tensão do source e por isso no corte. 
- Q1 tem uma tensão no gate maior que a tensão do source e por isso está saturado.
- Q2 tem uma tensão no gate menor que a tensão do source e por isso está saturado. 

Com Q2 saturado, a lâmpada recebe a tensão da fonte e acende. 

image.png

 

Com o resumo acima, fica muito mais fácil analisar o estado dos transístores no circuito.
Compare esta análise que acabamos de fazer com a que foi feita no início deste tutorial (topo da página). 


Resumo

Um resumo do que vimos está na tabela abaixo, onde podemos ver a condição necessária para o transístor saturar. 
Qualquer estado diferente da tabela, podemos admitir que o transístor estará em estado de corte. 

Mosfet Canal N Tensão do Gate MAIOR que a tensão do
SOURCE
SATURADO
Mosfet Canal P Tensão do Gate MENOR que a tensão do
SOURCE
SATURADO

 

Bipolar NPN Tensão da Base MAIOR que a tensão de
EMISSOR
SATURADO
Bipolar PNP Tensão da Base MENOR que a tensão de
EMISSOR
SATURADO

 

Os circuitos mostrados nesta parte do tutorial foram apenas com fins didáticos e podem até parecer sem sentido, já que existem outras formas para ligar uma lâmpada sem o uso de mosfets. 

Na próxima parte do tutorial será mostrado um exemplo deste mesmo circuito em uma aplicação comercial, além de outras informações, é claro. Até lá. 


Este tutorial está disponível no formato PDF no link abaixo.
https://eletronicabr.com/files/file/23630-transistores-teoria-e-pratica-parte-4/

 

  • Joinha 10
  • Legal 2

2 Comentários


Comentários em destaque

Hélio, acho que temos um pequeno ponto de confusão, aqui diz isso:

 

 Para o mosfet de Canal N

A tensão do gate é maior que a tensão do source → O mosfet está saturado.
A tensão no gate é igual ou menor que a tensão do source → O mosfet está em corte.

Para o mosfet de Canal P

A tensão do gate é menor que a tensão do source → O mosfet está saturado.
A tensão no gate é igual ou maior que a tensão do source → O mosfet está em corte.

 

Da mesma forma esta regra pode ser aplicada aos transístores bipolares:

 

Bipolar NPN

A tensão na base é maior que a tensão do emissor → O transístor está saturado.
A tensão na base é igual ou menor que a tensão do emissor → O transístor está em corte.

Bipolar PNP

A tensão da base é menor que a tensão no coletor → O transístor está saturado.
A tensão da base é igual ou menor que a tensão no coletor → O transístor está em corte.

 

E abaixo, no resumo, diz isso:

 

Mosfet Canal N     Tensão do Gate     MAIOR     que a tensão do SOURCE     SATURADO
Mosfet Canal N     Tensão do Gate     MENOR     que a tensão do SOURCE     SATURADO
 
Bipolar NPN     Tensão da Base     MAIOR     que a tensão de EMISSOR     SATURADO
Bipolar PNP     Tensão da Base     MENOR     que a tensão de EMISSOR     SATURADO

 

  • Joinha 1
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