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Funcionamento – Parte 2 Continuando nosso tutorial, veremos mais um exemplo, com os mesmos componentes do exemplo anterior. Veja a figura 1 abaixo: Como vimos no tutorial anterior, pela seta do emissor, sabemos que é um transístor do tipo bipolar PNP. Na figura 1, como a base não tem tensão, a lâmpada está apagada. Na figura 2, a base está ligada ao positivo da fonte e o transístor está representado por uma chave aberta. Com isso, a lâmpada permanece apagada. Na figura 3, a base está ligada ao terra do circuito através do resistor. Sendo assim, a chave coletor-emissor se fecha, porque esta é a polaridade correta para este tipo de transístor. Como a corrente tem um caminho para circular, a lâmpada acende. Diferente do primeiro exemplo, os transístores do tipo PNP precisam receber em sua base uma tensão negativa para acionar a chave coletor-emissor. Se fosse usado um mosfet Canal P no lugar do transístor NPN, o circuito também funcionaria de forma idêntica, sendo que a tensão negativa seria injetada no gate do mosfet para fechar chave dreno-source. O importante é saber a polaridade da tensão que aciona a base (ou gate) do transístor. A diferença entre os dois circuitos, com transístor NPN e PNP, é a polaridade da tensão na base que como vimos, depende do tipo do transístor. Então, para funcionar corretamente: - O transístor NPN precisa de tensão positiva na base. - O transístor PNP precisa de tensão negativa na base. Para os mosfets precisamos: - Tensão Positiva no gate do mosfet Canal N. - Tensão Negativa no gate do mosfet Canal P. Caso as condições acima não sejam atendidas, o transístor (bipolar ou mosfet) se comportará como uma verdadeira chave aberta, impedindo a circulação de corrente. Com este simples exemplo, fica claro que se não houver tensão correta na base do transístor, ele não funcionará. Em outras palavras: Se não houver polarização correta na base, o transístor se mantém em estado de corte. Quando o transístor recebe a polarização correta na base, dizemos que ele está saturado ou está em estado de condução. Estes são os termos corretos para definir o estado do transístor, seja ele bipolar ou mosfet. Organizando as informações A polaridade da tensão necessária na base para cada tipo de transístor é fácil de memorizar: Observe a palavra N-P-N. A letra do meio (P) indica a polaridade da tensão que devemos ter na base deste tipo de transístor para que ele sature (funcione corretamente). Nesse caso, precisamos injetar uma tensão Positiva (P) no transístor NPN para que ele conduza (sature). O mesmo se aplica com a palavra P-N-P, em que a letra do meio é N. Sendo assim, precisamos de uma tensão Negativa (N) para o transístor PNP conduzir. Veja a imagem abaixo. Para os mosfets, devemos usar a seguinte regra: Canal N - Aplicar uma tensão positiva (P) no gate para ele conduzir. Canal P - Aplicar uma tensão negativa (N) no gate para ele conduzir. Note que a tensão para condução é o inverso do canal do mosfet: Canal N precisa tensão P (positiva). Canal P precisa de tensão N (negativa). Resumo Figura 1 - Transístor NPN - Seta do emissor apontada para fora. Precisa de tensão positiva na base para conduzir. Figura 2 - Transístor PNP - Seta do emissor apontada para dentro. Precisa de tensão negativa na base para conduzir. Figura 3 - Mosfet Canal N - Seta do source voltada para dentro. Precisa de tensão positiva no gate para conduzir. Figura 4 - Mosfet Canal P - Seta do source voltada para fora. Precisa de tensão negativa no gate para conduzir. Conclusão Essa é toda a teoria que precisamos saber para compreender o funcionamento do transístor no circuito. Acredito que com estas informações você deve estar pronto para: - Identificar um transístor no esquema. - Diferenciar um transístor bipolar de um mosfet. - Reconhecer seu tipo (NPN, PNP, Canal N e Canal P). - Saber seus estados de operação (corte e saturação). - Saber a tensão correta que polariza a base ou o gate. Na próxima parte deste tutorial estaremos analisando outros exemplos com transístores no circuito. Até lá. Este tutorial está disponível no formato PDF no link abaixo. https://eletronicabr.com/files/file/23628-transistores_-_teoria_e_pratica_-_parte_2_12732-eletronicabrcompdf/

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Prática Vimos que o transístor, seja ele bipolar ou mosfet, precisa de uma polarização em sua base (ou gate) para entrar em funcionamento, ou seja, sair do corte e entrar em saturação. Geralmente o componente responsável por levar a tensão de polarização para o transístor é o resistor. Sendo assim, precisamos conhecer alguns detalhes sobre como os resistores são usados no circuito. Na figura 1 abaixo, temos uma fonte de 12V e algumas associações de resistores. Veja que os resistores R1 e R2 formam um divisor de tensão. No ponto 1 temos uma tensão positiva, que será a média da tensão sobre os resistores. Esta tensão irá depender dos valores dos resistores usados no circuito. O importante para nós, é que nesse caso, teremos uma tensão positiva nesse ponto, quando o circuito for ligado. O mesmo acontece com os resistores R3, R4 e R5. Nos pontos 2 e 3 também teremos uma tensão positiva e seu valor dependerá do valor dos resistores. Fica claro que, independente da quantidade de resistores e de seus valores, eles formam um divisor de tensão e sempre teremos uma tensão positiva em suas junções. No caso de R6, ele está ligado ao positivo da fonte, mas vemos que não está ligado ao terra. Nesse caso, seus dois terminais terão a mesma tensão da fonte (12V), independente do seu valor. Isso é muito usado para manter o transístor em determinado nível de tensão, até que um sinal (tensão) altere seu estado. Veja na figura 2 o conjunto R10/Q10. Um dos terminais do resistor R10 está ligado ao positivo da fonte e o outro terminal está ligado à base de Q10. Com isso, a tensão na base do transístor fica com a tensão positiva (da fonte), aguardando um fator externo (sinal) para sair desta condição. Este resistor mantém o transístor saturado ou em estado de condução (porque ele é do tipo NPN). Uma variação deste circuito seria, no lugar do resistor R10, a base de Q10 ligada à junção de R1/R2 (ponto 1 na figura 1) para reduzir a tensão na base do transístor. Da mesma forma, o transístor seria mantido em saturação. Podemos dizer que a base do transístor está em nível alto, já que ela tem um potencial positivo. O resistor que tem a função de manter a base em nível alto é chamado de Pull-Up (lê-se pul - ápi), que quer dizer “puxando para cima”. É um termo bastante adequado, já que o resistor está “puxando” o potencial da base do transístor para um nível alto. Ainda na figura 2, vemos que no caso de R20/Q20 o resistor está mantendo o transístor em estado de corte. Note que ele também é do tipo NPN. Esse resistor (R20) recebe o nome de Pull- Dowm (lê-se pul - dáun) e significa que este resistor “puxa” o nível da base do transístor para um nível baixo (terra, gnd). Esses resistores geralmente têm valores altos (100KΩ ou mais) e além de manter a base do transístor em um nível fixo (alto ou baixo), evitam instabilidades no circuito, que certamente aconteceriam se a base ficasse em nível indefinido (nem baixo, nem alto). Para alterar o estado desses transístores, será necessária uma tensão (sinal) de polaridade oposta à que está na base de cada um deles. No caso de R10/Q10, o transístor está saturado e precisamos de uma tensão negativa na base para que ele altere seu estado e entre em estado de corte. Para o caso de R20/Q20 (que está em corte) precisamos de uma tensão positiva na base para saturá-lo, alterando seu estado atual. Um exemplo de como essa função é importante está na imagem abaixo, onde temos o esquema parcial de um notebook. Observe que o circuito é bastante semelhante ao descrito acima. O mosfet Q17 é responsável pelo acendimento do Led 7. Veja que Q17 é mantido no corte pelo resistor R452, exatamente como vimos acima. O sinal (tensão) PWR_LED# e o dreno de Q17 são mantidos em nível alto através do Led 7 e do resistor R700, que está ligado ao positivo da fonte +3VALW (exatamente como o R6 da fig.1). Nessa situação, o dreno do Q17 tem a tensão da fonte (3V) e o led permanece apagado. O responsável por acionar o gate do Q17 é o sinal PWR_LED, que é gerado em outra parte do circuito e terá um nível alto (tensão positiva). Quando este sinal chega ao gate do mosfet Q17, ele sai do estado de corte e passa ao estado de saturação. Com Q17 conduzindo (saturado), o terminal do led que está ligado ao dreno do Q17 será ligado ao terra (pela chave dreno-source) e o led acende. Veja que o sinal PWR_LED# está agora com o nível baixo (está ligado ao terra). Conclusão Esta situação de manter o transístor em um estado definido (corte ou saturação) e alterá-lo a partir de um sinal externo, é largamente usado em circuitos eletrônicos. Praticamente toda placa eletrônica que possui circuitos de acionamento, controle, proteção e outros, a função de chaveamento sempre será realizada por transístores (bipolar ou mosfet), exatamente com as configurações mostradas acima. Com os exemplos que vimos até agora, fica claro que comparar o transístor a uma chave, é bastante adequado, já que ele permite ou impede a passagem da corrente elétrica. Na próxima parte deste tutorial, veremos um circuito de chaveamento com três transístores, sendo um pouco mais complexo em si, mas com a lógica mostrada nesta e nos tutoriais anteriores, o entendimento deste circuito será bem simples. Até lá. Este tutorial está disponível no formato PDF no link abaixo. https://eletronicabr.com/files/file/23629-transistores-teoria-e-pratica-parte-3/

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