Se você entendeu corretamente como usar transistores em circuitos, já deve ter conquistado metade da eletrônica e seus princípios. Neste post fazemos um esforço nesse sentido.
Introdução
Os transistores são dispositivos semicondutores de 3 terminais que são capazes de conduzir uma energia relativamente alta em seus dois terminais, em resposta a uma entrada de energia significativamente baixa no terceiro terminal.
Os transistores são basicamente de dois tipos: transistor de junção bipolar (BJT), e transistor de efeito de campo semicondutor de óxido de metal ( MOSFET )
Para um BJT, os 3 terminais são designados como base, emissor e coletor. Um sinal de baixa potência através do terminal base / emissor permite que o transistor alterne uma carga de potência comparativamente alta em seu terminal coletor.
Para MOSFETs, eles são designados como Gate, Source, Drain. Um sinal de baixa potência no terminal Gate / Source permite que o transistor alterne uma carga de potência comparativamente alta em seu terminal coletor.
Por razões de simplicidade, discutiremos BJTs aqui, uma vez que seus charcaeritics são menos complexos em comparação com MOSFETs.
Transistores (BJTs) são os blocos de construção de todos dispositivos semicondutores encontrado hoje. Se não houvesse transistores, não haveria nenhum IC ou qualquer outro componente semicondutor. Até mesmo os ICs são feitos de milhares de transistores estreitamente unidos que constituem as características de um chip específico.
Os novos entusiastas da eletrônica geralmente acham difícil lidar com esses componentes úteis e configurá-los como circuitos para uma aplicação pretendida.
Aqui, estudaremos as funções e a maneira de lidar e implementar transistores bipolares em circuitos práticos.
Como usar transistores como um switch
Transistores bipolares são geralmente um componente eletrônico ativo de três condutores que funciona fundamentalmente como uma chave para ligar ou desligar a energia para uma carga externa ou um estágio eletrônico associado do circuito.
Um exemplo clássico pode ser visto abaixo, onde um transistor é conectado como um amplificador emissor comum :
Este é o método padrão de usar qualquer transistor como uma chave para controlar uma determinada carga. Você pode ver quando uma pequena tensão externa é aplicada à base, o transistor liga e conduz uma corrente mais pesada pelos terminais do coletor emissor, ligando uma carga maior.
O valor base do resistor pode ser calculado usando a fórmula:
Rb= (Fonte de Base Vb- Tensão direta do emissor base) x hFE / Corrente de carga
Lembre-se também de que, o negativo ou a linha de aterramento da tensão externa deve ser conectada com a linha de aterramento do transistor ou do emissor, caso contrário, a tensão externa não terá efeito no transistor.
Usando o transistor como um driver de relé
Já expliquei em um de meus posts anteriores sobre como fazer um circuito de driver de transistor .
Basicamente, ele usa a mesma configuração mostrada acima. Aqui está o circuito padrão para o mesmo:
Se você está confuso sobre o relé, pode consultar este artigo abrangente que explica tudo sobre configurações de relé .
Usando Transistor para Light Dimmer
A configuração a seguir mostra como um transistor pode ser usado como um dimmer de luz usando um circuito emissor seguidor .
Você pode ver que conforme o resistor variável ou o potenciômetro variam, a intensidade da lâmpada também varia. Nós chamamos isso emissor-seguidor , porque a voltagem no emissor ou através da lâmpada segue a voltagem na base do transistor.
Para ser preciso, a tensão do emissor será apenas 0,7 V atrás da tensão base. Por exemplo, se a tensão de base for 6 V, o emissor terá 6 - 0,7 = 5,3 V e assim por diante. A diferença de 0,7 V é devido à classificação de queda de tensão direta mínima do transistor através do emissor de base.
Aqui, a resistência do potenciômetro junto com o resistor de 1 K forma uma rede divisora resistiva na base do transistor. Conforme o controle deslizante do potenciômetro é movido, a voltagem na base do transistor é alterada, e isso altera correspondentemente a voltagem do emissor na lâmpada, e a intensidade da lâmpada muda de acordo.
Usando o transistor como sensor
A partir das discussões acima, você deve ter observado que o transistor está fazendo uma coisa crucial em todas as aplicações. Basicamente, ele amplifica a tensão em sua base, permitindo que uma grande corrente seja comutada em seu coletor emissor.
Esse recurso de amplificação também é explorado quando um transistor é usado como sensor. O exemplo a seguir mostra como ele pode ser usado para detectar a diferença na luz ambiente e ligar / desligar um relé de acordo.
Aqui também o LDR e 300 ohm / 5 k preset forma um divisor de potencial na base do transistor.
Os 300 ohm não são realmente necessários. Ele é incluído para garantir que a base do transistor nunca seja totalmente aterrada e, portanto, nunca seja completamente desabilitada ou desligada. Ele também garante que a corrente através do LDR nunca possa exceder um certo limite mínimo, não importa o quão brilhante seja a intensidade da luz no LDR.
Quando está escuro, o LDR tem uma alta resistência que é muitas vezes maior do que o valor combinado de 300 ohm e 5 K predefinido.
Devido a isso, a base do transistor obtém mais voltagem do lado do terra (negativa) do que a voltagem positiva, e sua condução coletor / emissor permanece desligada.
No entanto, quando luz suficiente incide sobre o LDR, sua resistência cai para um valor de alguns quilo-ohms.
Isso permite que a voltagem básica do transistor suba bem acima da marca de 0,7 V. O transistor agora é polarizado e liga a carga do coletor, que é o relé.
Como você pode ver, também nesta aplicação os transistores estão basicamente amplificando a minúscula tensão de base de forma que uma carga maior em seu coletor possa ser ligada.
O LDR pode ser substituído por outros sensores, como um termistor para detecção de calor, um sensor de água para detecção de água, um foto-diodo para detecção de feixe infravermelho e assim por diante.
Pergunta para você: O que acontece se as posições do LDR e do preset 300/5 K forem trocadas?
Pacotes de transistores
Os transistores são normalmente reconhecidos por seu pacote externo no qual o dispositivo específico pode ser embutido. Os tipos mais comuns de embalagem em que esses dispositivos úteis estão incluídos são o T0-92, TO-126, TO-220 e TO-3. Tentaremos entender todas essas especificações dos transistores e também aprender como usá-los em circuitos práticos.
Compreendendo os transistores TO-92 de pequeno sinal:
Transistores como BC547, BC557, BC546, BC548, BC549, etc. estão todos nesta categoria.
Estes são os mais elementares do grupo e são usados para aplicações que envolvem baixas tensões e correntes. Curiosamente, essa categoria de transistores é usada de forma mais ampla e universal em circuitos eletrônicos devido aos seus parâmetros versáteis.
Normalmente, esses dispositivos são projetados para lidar com tensões em qualquer lugar entre 30 a 60 volts em seu coletor e emissor.
A tensão de base não é superior a 6, mas eles podem ser facilmente acionados com um nível de tensão tão baixo quanto 0,7 volts em sua base. No entanto, a corrente deve ser limitada a 3 mA aproximadamente.
Os três terminais de um transistor TO-92 podem ser identificados da seguinte maneira:
Mantendo o lado impresso voltado para nós, o cabo do lado direito é o emissor, o do centro é a base e a perna do lado esquerdo é o coletor do dispositivo.
ATUALIZAR: Quer saber como usar transistores com Arduino? Leia aqui
Como configurar um transistor TO-92 em projetos práticos
Os transistores são principalmente de dois tipos, um tipo NPN e um tipo PNP, ambos complementares entre si. Basicamente, ambos se comportam da mesma maneira, mas nas referências e direções opostas.
Por exemplo, um dispositivo NPN exigirá um disparo positivo em relação ao solo, enquanto um dispositivo PNP exigirá um disparo negativo com referência a uma linha de alimentação positiva para implementar os resultados especificados.
As três derivações do transistor explicadas acima precisam ser atribuídas com entradas e saídas especificadas para fazê-lo funcionar para uma aplicação particular que, obviamente, é para comutar um parâmetro.
Os leads precisam ser atribuídos com os seguintes parâmetros de entrada e saída:
O emissor de qualquer transistor é a pinagem de referência do dispositivo , o que significa que precisa ser atribuído à referência de alimentação comum especificada para que os dois condutores restantes possam operar com referência a ela.
Um transistor NPN sempre precisará de uma alimentação negativa como referência, conectada em seu cabo emissor para o funcionamento adequado, enquanto para um PNP, será a linha de alimentação positiva para seu emissor.
O coletor é o condutor de carga de um transistor e a carga que precisa ser comutada é introduzida no coletor de um transistor (veja a figura).
O base de um transistor é o terminal de disparo que deve ser aplicado com um pequeno nível de tensão para que a corrente através da carga possa passar, através da linha do emissor, completando o circuito e operando a carga.
A remoção da alimentação do gatilho para a base desliga imediatamente a carga ou simplesmente a corrente através do coletor e dos terminais do emissor.
Compreendendo os transistores de potência TO-126, TO-220:
Estes são transistores de potência médios usados para aplicações que requerem comutação de cargas relativamente poderosas, transformadores, lâmpadas, etc. e para dispositivos TO-3, por exemplo, BD139, BD140, BD135 etc.
Identificação de pinagens BJT
O pinagem são identificados da seguinte maneira:
Segurando o dispositivo com a superfície impressa voltada para você, o cabo do lado direito é o emissor, o cabo do centro é o coletor e o cabo do lado esquerdo é a base.
O funcionamento e o princípio de acionamento são exatamente semelhantes aos explicados na seção anterior.
O dispositivo é operado com cargas em qualquer lugar de 100 mA a 2 amperes em seu coletor para o emissor.
O gatilho de base pode estar em qualquer lugar de 1 a 5 volts com correntes não excedendo 50 mA, dependendo da potência das cargas a serem comutadas.
Compreendendo os transistores de potência TO-3:
Podem ser vistos em embalagens metálicas, conforme mostrado na figura. Os exemplos comuns de transistores de potência TO-3 são 2N3055, AD149, BU205, etc.
Os leads de um pacote TO-3 podem ser identificados da seguinte forma:
Segurando o lado do cabo do dispositivo em sua direção de forma que a parte de metal ao lado dos cabos com maior área seja mantida para cima (veja a figura), o cabo do lado direito é a base, o cabo do lado esquerdo é o emissor, enquanto o corpo metálico do dispositivo forma o coletor do pacote.
A função e o princípio de operação são praticamente os mesmos que os explicados para o transistor de sinal pequeno, no entanto, as especificações de potência aumentam proporcionalmente conforme mostrado abaixo:
A tensão do coletor-emissor pode estar em qualquer lugar entre 30 a 400 volts e a corrente entre 10 a 30 Amps.
O disparo básico deve ser idealmente em torno de 5 volts, com níveis de corrente de 10 a 50 mA, dependendo da magnitude da carga a ser disparada. A corrente base de disparo é diretamente proporcional à corrente de carga.
Tem perguntas mais específicas? Por favor, pergunte através de seus comentários, estou aqui para resolvê-los todos para você.
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