Transistor Npn

OBJETIVOS

Montar os circuitos multivibradores biestável, monoestável e astável, com o intuito de compreender o funcionamento e algumas aplicações do transistor operando como chave lógica.

RESUMO

Nesta experiência o transistor foi utilizado em três circuitos como chave, o que possibilitou o estudo de uma importante aplicação deste dispositivo em lógica digital.

O circuito biestável pode ser visto como um armazenador lógico de informação. O circuito monoestável tem uma importante aplicação como temporizador, em circuitos residenciais, semáforos ou qualquer outro aparelho que necessite dessa função. O circuito astável abrange uma ampla área de aplicações, podendo ser utilizado desde simples circuitos “pisca-pisca” até clock de sofisticados circuitos eletrônicos.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

O transistor é um componente eletrônico cujas funções principais são amplificar e chavear sinais elétricos. A impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida e, graças a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor e emissor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos pelo projetista do circuito eletrônico; esta variação é feita através da variação de tensão num dos terminais chamado base, que conseqüentemente ocasiona o processo de amplificação de sinal.

Entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal elétrico mais fraco em mais forte. Um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfone, é injetado em um circuito eletrônico, cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características, mas com potência suficiente para excitar os alto-falantes, a este processo todo se dá o nome de ganho de sinal.

O transistor é considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da importância do transistor na sociedade moderna é a sua habilidade de ser produzido em larga escala, usando técnicas simples, resultando em baixo custo. Atualmente, é impossível encontrarmos circuitos integrados que não possuam internamente uma grande quantidade de transistores, juntamente com outros componentes como resistências e capacitores.

Os materiais utilizados na fabricação do transistor são principalmente o Silício (Si), o Germânio (Ge), o Gálio (Ga) e alguns óxidos. Na natureza, o silício é um material isolante elétrico, devido à conformação das ligações eletrônicas de seus átomos, gerando uma rede eletrônica altamente estável. Atualmente, o transistor de germânio não é mais usado, tendo sido substituído pelo de silício, que possui características muito melhores.

O silício é purificado e passa por um processo que forma uma estrutura cristalina em seus átomos. O material é cortado em finos discos, que a seguir vão para um processo chamado de dopagem, onde são introduzidas quantidades rigorosamente controladas materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta de elétrons) ou negativo (tenha excesso de elétrons). Se a impureza tiver um elétron a mais, um elétron fica sobrando na estrutura cristalina. Se tiver um elétron a menos, fica faltando um elétron, o que produz uma lacuna (que funciona como se fosse um buraco móvel na estrutura cristalina). Como resultado, temos ao fim do processo um semicondutor.

O transistor é montado justapondo-se uma camada P, uma N e outra P, criando-se um transistor do tipo PNP. O transistor do tipo NPN é obtido de modo similar. A camada do centro é denominada base, e as outras duas são o emissor e o coletor. No símbolo do componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor PNP, ou para fora se for NPN. A seguir, são apresentadas as maneiras pelas quais os transistores são representados:

No transistor de junção bipolar o controle da corrente coletor-emissor é feito injetando corrente na base. O efeito transistor ocorre quando a junção coletor-base é polarizada reversamente, e a junção base-emissor é polarizada diretamente. Uma pequena corrente de base é suficiente para estabelecer uma corrente entre os terminais de coletor-emissor. Esta corrente será tão maior quanto maior for a corrente de base.

Uma aplicação do transistor é em circuitos multivibradores, em que ele atua como chave. Vejamos a seguir três configurações bastante usuais:

Circuito Multivibrador Biestável

Nesse circuito, a saturação do transistor Q1, através de R3 e R2, implica o corte de Q2, pois a corrente passará por R4, chegando ao terra, não havendo, portanto, corrente de base em Q2. Pulsando a chave CH2, nada ocorre, ao passo que pulsando CH1, a corrente de base de Q1 é cortada, implicando seu corte e, consequentemente, a saturação de Q2 através de R4 e R1. Dessa vez, pulsando CH1, nada ocorre, enquanto que pulsando CH2, há o corte de Q2 e saturação de Q1, reiniciando o processo.

Supondo R1=R2, R3=R4 e Q1=Q2 há igual probabilidade de saturação ou corte de cada transistor quando é acionada a alimentação do circuito. Por isso, é necessária uma intervenção externa que privilegie um ou outro transistor.

Tendo dois estados estáveis, este circuito fornece dois níveis lógicos diferentes (0 e 1) nas saídas S1 e S2 ao mesmo tempo, com controle de chaveamento, o que possibilita sua aplicação em circuitos de memória (flip-flops).

Circuito Multivibrador Monoestável

Nessa nova configuração, como o próprio nome sugere, há um estado estável e outro instável. Ao acionarmos a alimentação, o transistor Q2 é saturado por uma corrente de base que chega por R1 e R4, enquanto Q1 se mantém em corte. O circuito permanece desse modo até que um pulso seja aplicado em CH, quando Q2 é cortado e surge uma corrente de base em Q1, por meio do capacitor, saturando-o. Este estado é mantido durante o tempo caracterizado pelo produto R2*C, após o qual, o circuito retorna à sua forma estável.

Por essa característica, este circuito pode ser usado como um temporizador, regulável pelos parâmetros de resistência e capacitância, utilizando os níveis lógicos nas saídas S1 e S2.