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Descrição de circuitos e seus componentes.

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Hélio

No tutorial anterior vimos um circuito com 3 mosfets e alguns outros componentes.

Na verdade, o exemplo anterior foi baseado no circuito abaixo, que é parte do esquema da placa Shuttle A14HM02.

image.png

 

Vamos ver algumas semelhanças entre eles.

A alimentação deste circuito, que é de 19V, vem do conector CN19. Podemos ver os mosfets Q19 e Q25 (Canal N) e o U15 (Canal P).

O sinal SAFTY_PROTECT(em verde) é equivalente à chave S1 do circuito anterior. Este sinal é controlado por outro circuito e o importante para nós, é que ele pode ter nível alto (S1 fechada) ou nível baixo (S1 aberta).

Vemos também que no lugar da lâmpada L1, temos agora quatro saídas (em azul):DC_IN_B; DC_IN; VIN e CHG_VCC.
Estas tensões irão alimentar outros estágios do notebook.

O modo de funcionamento é o mesmo descrito na parte 4 do tutorial e faremos apenas um rápido resumo, já que foi visto com detalhes anteriormente.

Para um funcionamento normal do aparelho, o sinal SAFTY_PROTECT deve estar em nível baixo. Com isso Q19 fica no corte e Q25 satura.
E assim, temos a tensão no divisor resistivo R277 e R278, que leva tensão ao gate de U15.
Com Q15 saturado, ele leva a tensão DC_IN+ do source até as quatro saídas citadas acima (em azul).
Esta análise pode ser comparada à figura 1 do tutorial 4.

Caso o sistema detecte algum mau funcionamento, o circuito responsável por gerar o sinal SAFTY_PROTECT atua, levando este sinal a um nível alto.
Com isso, Q19 satura e Q25 fica no corte.  Desta forma, o gate de U15 fica com a mesma tensão do source (19V) e fica no corte, impedindo que as saídas recebam alimentação.
Esta situação é semelhante à figura 2 do tutorial 4.

A rápida análise deste circuito teve a intenção de ressaltar a importância de conhecermos o funcionamento dos transístores.

É claro que para um entendimento do circuito completo deste esquema, teríamos que analisar outros circuitos que fogem totalmente do nosso assunto principal.

Sendo assim, veremos mais alguns exemplos baseados neste esquema, já que ele possui alguns circuitos que podemos analisar para fixar os conceitos que aprendemos até aqui sobre os transístores. Estes circuitos são amplamente usados em placas eletrônicas.

Veja a imagem abaixo.

image.png

 

Nela temos o mosfet Q10 que é responsável por gerar a tensão +3.3VS.

Sabemos que é um mosfet de canal N, já que a seta no source nos indica isso. A alimentação deste mosfet é feita pela tensão de+3.3VA (em seu dreno) e é gerada em outra parte do circuito.

Para termos a saída no source, este mosfet precisa estar saturado (chave dreno-source fechada).

O sinal 3.3VS_ON_HV (seta azul) é o responsável pelo chaveamento de Q10.

Concluímos com isso, que este sinal deve estar em nível alto para saturar o mosfet e gerar a tensão+3.3VS. Observe que a tensão+3.3VS é a mesma que a tensão+3.3VA que após passar através do mosfet, seu nome é alterado.

Observe também que se não tivermos a tensão +3.3VS neste circuito, a primeira providência seria verificar se este transístor está recebendo a alimentação em seu dreno (+3.3VA) e em caso positivo, verificamos se a tensão no gate está em nível alto. Caso não exista a tensão no gate (3.3VS_ON_HV), teríamos que procurar onde este sinal é gerado e analisar seu circuito. Outra possibilidade seria o Q10 com defeito. Neste caso, teríamos as tensões no dreno e no gate, mas não no source.

Vejamos outro exemplo.

image.png

 

No circuito acima temos Q33 de Canal N e Q18 de Canal P. O sinal VIN é o mesmo da figura 1 acima e vamos considerar que ele já exista na placa.
Sendo assim, ele é ligado ao source de Q18 através da bobina B12.

Se o sinal LVDS_VIN (linha tracejada) estiver em nível baixo (0V), Q33 permanece no corte (chave dreno-source aberta).

Com isso, Q18 também fica no corte, já que ele recebe uma tensão positiva no gate, através de R206 (pull-up).
Como o gate de Q18 tem uma tensão igual à tensão do source, esta situação mantém o mosfet no corte e o sinal VIN_LCD na saída não existirá.
Este sinal somente será gerado se Q18 estiver saturado.

Agora, vamos considerar que o sinal LVDS_VIN tenha um nível alto. Com isso Q33 satura, já que temos no gate uma tensão positiva maior que a tensão do source deste mosfet.

Com Q33 saturado, ele aterra o terminal de R206 que está ligado ao seu dreno e também o gate de Q18, que tem agora uma tensão no gate menor que a tensão do source, e entra em saturação gerando assim a tensão (sinal) VIN_LCD.

Outro circuito muito usado é o que vemos na figura abaixo.

image.png

 

Nele podemos ver o transístor Q48 (NPN) que é o responsável por gerar o sinal AUX_OFF. É um circuito interessante, já que este sinal (AUX_OFF) pode ter dois níveis diferentes.
Vejamos como.

Vamos considerar que a tensão +CPU_CORE já exista.

Se o sinal H_THRMTRIP# estiver em nível baixo, a base de Q48 também irá estar em nível baixo mantendo esse transístor no corte.
Com isso, a tensão+CPU_CORE flui através de R426 e o sinal AUX_OFF assume um nível alto.

Se agora o sinal H_THRMTRIP# tem um nível alto, Q48 satura e aterra o terminal de R426 que está ligado ao seu coletor.
Como o terminal do sinal AUX_OFF também está ligado ao coletor de Q48, ele também é aterrado e o sinal passa a ter um nível baixo (0 volt).

Modos de Operação 

Vimos que os transístores para funcionarem, precisam de um nível de tensão fixo no gate, que pode ser um nível alto (saturado) ou baixo (corte).
Este modo de operação é chamado de Modo Contínuo.

É chamado assim porque, como vimos antes, a chave dreno-source fica apenas em dois estados: aberta ou fechada.
Em outras palavras, o transístor fica no corte ou saturado. No modo contínuo, temos apenas estes dois estados.

Existe também o Modo Pulsante em que o transístor funciona em conjunto com um circuito PWM. Este circuito é largamente usado em fontes chaveadas (conversores DC-DC).

Não entraremos em detalhes sobre as fontes chaveadas, mas faremos alguns comentários sobre os transístores usados neste circuito.

image.png

 

Veja que na figura acima temos os mosfets Q14 e Q15.

Quem controla o estado de saturação e corte deles, neste caso, é o circuito integrado U3 que é um CI PWM.

O importante para nós, é que os pinos 14 e 17 deste CI geram uma onda quadrada que será enviada ao gate dos mosfets.
Para entender como este circuito funciona, devemos antes entender como funciona uma onda quadrada.

Veja a figura abaixo.

image.png

 

A onda quadrada inicia seu ciclo em 0 volt e permanece um certo tempo em nível baixo (em verde). Depois sobe para 5 volts e permanece algum tempo em nível alto (em vermelho). 
Em seguida, desce a nível baixo novamente (em marrom).

Este processo se repete dezenas, ou mesmo, centenas de vezes por segundo, dependendo do CI PWM.

Nos terminais 14 e 17 do CI PWM, temos ondas quadradas opostas (invertidas) em relação de uma para outra.

 

image.png

 

Como vemos, a onda do terminal 14 inicia o ciclo em 0 volt, mantendo Q14 no corte. A onda que sai do terminal 17 inicia o ciclo em 5 volts e mantém o mosfet Q15 saturado. Quando os ciclos se invertem, o estado dos mosfets
também inverte, ou seja, o que está no corte entra em saturação e o que estava saturado passa para o corte.

Este é o modo de operação pulsante ou chaveado. Para facilitar o entendimento, imagine a chave dreno-source sendo aberta e fechada centenas de vezes por segundo.
Neste caso, enquanto a chave dreno-source de Q14 estiver aberta, a chave de Q15 estará fechada.

Como a inversão de ciclos ocorre diversas vezes por segundo, ao medirmos a tensão no gate com um multímetro, teríamos a falsa impressão de ter uma tensão positiva neste ponto. Vimos que ela varia rapidamente e o multímetro não é o instrumento ideal para este tipo de medição.

Na verdade, o sinal no gate de mosfets que operam segundo o que acabamos de ver (Modo Pulsante) só é possível ser medido com a ajuda de um osciloscópio.

Neste tipo de circuito, o mosfet que recebe a tensão da fonte em seu dreno, é chamado mosfet de alta (neste exemplo é o Q15) e o mosfet que tem o source ligado ao terra é chamado mosfet de baixa (Q14).

A tensão de saída deste circuito é tomada na junção do source de Q15 e no dreno de Q14. O valor desta tensão também é dependente da frequência de operação do CI PWM.

Conclusão 

Todas as informações e conclusões que tiramos dos exemplos vistos até aqui, só foram possíveis porque temos um circuito de referência (esquema) para fazermos a análise e esta é a importância de sabermos interpretar um esquema elétrico.

Entendendo como funcionam os componentes que formam o circuito, a análise se torna bem mais fácil.

Uma última informação antes de finalizar esta parte do tutorial, é que vemos em diversas literaturas, o transístor ser chamado de chaveador, comutador, acionador e etc. Isto é devido à função que o transístor desempenha em determinado circuito, mas de uma forma geral, o transístor sempre irá se comportar da forma que vimos aqui e nas apostilas anteriores.

Na próxima parte deste tutorial, veremos como identificar um transístor na prática e como escolher um equivalente através do seu Datasheet.
Até lá.


Este tutorial está disponível no formato PDF no link abaixo.

https://forum.eletronicabr.com/files/file/23631-transistores-teoria-e-pratica-parte-5/

 

Hélio

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://forum.eletronicabr.com/files/file/23630-transistores-teoria-e-pratica-parte-4/

 

Hélio

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. 

image.png

 

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.

 

image.png       image.png

 

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://forum.eletronicabr.com/files/file/23629-transistores-teoria-e-pratica-parte-3/

 

Hélio

Funcionamento – Parte 2

Continuando nosso tutorial, veremos mais um exemplo, com os mesmos componentes do exemplo anterior. Veja a figura 1 abaixo:   

image.png

 

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. 

image.png

 

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. 

image.png

 

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://forum.eletronicabr.com/files/file/23628-transistores_-_teoria_e_pratica_-_parte_2_12732-eletronicabrcompdf/

 

 

Hélio

Introdução 

Este tutorial não tem intenção de ser um manual definitivo e visa fornecer informações relevantes ao estudo dos transístores de forma a facilitar o entendimento de suas funções em qualquer esquema elétrico, independente do circuito. 

Nos assuntos vistos neste material, pode ser que alguma informação seja omitida ou modificada, sempre com o objetivo de facilitar o entendimento sobre o assunto em questão. 

Se surgirem dúvidas sobre determinado assunto, recomendo que deixe seus comentários ou faça uma pesquisa na internet.  

Este material, que será dividido em partes, tem como objetivo mostrar o funcionamento dos transístores bipolares e mosfets. Compreender seu funcionamento é de extrema importância. 

A grande maioria desses transístores funciona como uma chave, permitindo ou impedindo a passagem da corrente elétrica.
É claro que existem outras funções para eles, mas para a análise e manutenção, seu uso como chave é o mais relevante e é o que veremos. 

Neste tutorial não serão abordadas informações sobre construção, materiais utilizados na fabricação, configurações e testes destes componentes.
Estes assuntos podem ser vistos em outros tópicos do fórum. 
Grande parte das placas atuais utilizam modernos circuitos integrados, mas o transístor, por suas características, sempre estará presente. 

Sendo assim, entender seu funcionamento é de grande importância para a manutenção dessas placas.


Teoria 

Na imagem abaixo, temos a simbologia dos transístores bipolares e mosfets. 
Veja que nos bipolares, a seta sempre estará no Emissor do transístor.
Já nos mosfets, a seta estará sempre no Source. 

image.png

 

De uma forma geral, o transístor NPN e o mosfet de Canal N funcionam da mesma maneira.  

O mesmo acontece com o transístor PNP e o mosfet de Canal P. 

A principal diferença entre eles (bipolar e mosfet) é a potência que cada um pode comandar. 

Para facilitar o entendimento, tudo que for falado sobre o transístor NPN servirá para o mosfet Canal N. 
O mesmo vale para o transístor PNP e o mosfet de Canal P. 


Identificando o transístor no esquema 

Para identificar o transístor bipolar pelo seu tipo (NPN ou PNP), use a seguinte regra: 

- Se a seta estiver "saindo" do componente, ele é NPN.
- Se a seta estiver "entrando" no componente, ele será PNP

image.png

 

Para os mosfets a regra é aplicada ao contrário, ou seja: 

Seta "entrando" no componente = Canal N
Seta "saindo" do componente     = Canal P 

image.png

 

Depois de memorizar essa regra, bastará ver o transístor no esquema para saber o seu tipo.  
Saber isso é fundamental para entender como ele funciona e é o que veremos a seguir.


Funcionamento – Parte 1 

Para facilitar o entendimento, a partir de agora, vamos considerar os transístores como simples chaves.

image.png

 

Como pode ser visto na imagem acima, esta chave irá fechar o coletor e o emissor dos transístores bipolares.
Nos mosfets, a chave fechará o terminal dreno e o source. 

Isso deve ser considerado apenas para entender seu funcionamento. 

Para que essa chave funcione, temos que ter um comando para acioná-la. 

Esse comando será uma tensão injetada na base do transístor bipolar (ou no gate do mosfet). 

Essa tensão pode ser positiva (nível alto) ou negativa (nível baixo).  

Sendo assim, a primeira informação que precisamos saber para entender seu funcionamento, é o tipo do transístor (se é NPN ou PNP).
Abaixo temos um exemplo.  

image.png

 

Na figura 1 temos um transístor bipolar do tipo NPN (veja a seta saindo do emissor), uma lâmpada e uma fonte de 12v. Na base do transístor temos um resistor.
Como a base não tem tensão, podemos comparar o transístor como uma chave aberta. A lâmpada está apagada. 

Na figura 2 vemos que a base está ligada ao terminal 2, que é o terra do circuito.
Veja que nesta figura o transístor também se comporta como uma chave aberta. A lâmpada permanece apagada. 

Finalmente na figura 3, a base está ligada ao terminal 1 que é o positivo da fonte.
Observe que agora o transístor é representado por uma chave fechada e a corrente tem um caminho para circular, saindo do positivo da fonte, passando pela lâmpada e pelo transístor, até chegar ao terra do circuito. Com isso, a lâmpada acende! 

Neste simples exemplo, podemos concluir que um transístor NPN precisa ter uma tensão positiva na sua base para fechar a chave entre o coletor e emissor.

Em relação à figura 3, dizemos que o transístor está saturado (chave coletor-emissor fechada).
Nas figuras 1 e 2 podemos afirmar que o transístor está em corte (chave coletor-emissor aberta).
Estes são os nomes dados aos estados dos transístores em toda literatura técnica.

Se no lugar do transístor NPN tivéssemos um mosfet de Canal N, o circuito funcionaria da mesma forma e também precisaríamos de uma tensão positiva no gate do mosfet para fechar a chave dreno-source. 

Neste exemplo, a tensão positiva na base do transístor vem do positivo da fonte (12v) através do resistor, mas esta tensão poderia ter sua origem em outra parte do circuito.
Veremos isso mais adiante. 


Na próxima parte deste tutorial continuaremos com mais alguns exemplos e novas informações.
Esta apostila também está disponível no formato PDF, no link abaixo.
https://forum.eletronicabr.com/files/file/23403-transistores_-_teoria_e_pratica_12703-eletronicabrcompdf/

 

Hélio

Comparadores de Tensão

Como Funciona o Comparador de Tensão

 

Um circuito de grande utilidade, disponível na forma integrada, apresentando características que permitem sua utilização numa infinidade de projetos é o comparador de tensão. Neste artigo mostramos como ele funciona e como podemos utilizá-lo nas aplicações práticas.

Um comparador de tensão mais é do que um amplificador operacional que possui um ganho muito alto e que pode operar normalmente com uma fonte de alimentação simples.

Temos basicamente duas formas de utilizar um comparador, as quais determinam o tipo de saída obtida.

Na primeira maneira, mostrada na figura 1, ligamos a entrada inversora do comparador a um par de resistores cujos valores determinarão a tensão de referência naquela entrada.

 

Figura 1 – Usando resistores como referência
Figura 1 – Usando resistores como referência

 

Se usarmos dois resistores de mesmo valor, por exemplo, a tensão de referência será metade da tensão de alimentação ou Vcc/2.

Para outras relações de valores, por exemplo, usando R1 e R2 quaisquer, a tensão de referência será dada por:

Vref = Vcc (R2/R1 + R2)

Outra possibilidade de se fixar a tensão de referência é com o uso de um diodo zener, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Fixando a referência com um zener
Figura 2 – Fixando a referência com um zener

 

Na outra entrada do comparador, aplicamos a tensão a ser comparada, ou seja, a tensão de entrada.

Se esta tensão for menor do que a tensão de referência, a saída do comparador apresentará uma tensão muito próxima de 0 V.

Se esta tensão for maior que a tensão de referência, as saída do comparador irá ao nível alto, ou seja, apresentará uma tensão muito próxima da tensão de alimentação.

Este comportamento pode ser ilustrado através de um gráfico conforme o da figura 3.

 

Figura 3 – Característica do comparador
Figura 3 – Característica do comparador

 

Veja que a região em que as tensões de entrada são muito próximas, temos um comportamento indefinido de saída, já que ocorre a transição.

O ganho muito alto do circuito faz com que esta faixa indefinida seja muito estreita, com apenas alguns milivolts ou no máximo, algumas dezenas de milivolts.

Na segunda modalidade de operação, a tensão de referência é aplicada à entrada não inversora (+) e a tensão de entrada é aplicada à entrada inversora, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 – Segundo modo de operação
Figura 4 – Segundo modo de operação

 

Nestas condições, se a entrada for menor do que a tensão de referência, a tensão de saída será positiva, bem próxima da tensão de alimentação.

Se a tensão de entrada for maior que a tensão de referência, a tensão de saída será bem próxima de zero.

Um gráfico que representa este comportamento é mostrado na figura 5.

 

Figura 5 – Gráfico para o segundo modo de operação
Figura 5 – Gráfico para o segundo modo de operação

 

Na prática as tensões não podem chegar a Vcc e nem a zero, devido as perdas nos componentes do circuito.

No entanto, existem comparadores em que a tensão é muito próxima desses valores, sendo por esse motivo, denominados rail-to-rail, ou seja, a tensão de saída oscila entre as duas linhas de alimentação (rail).

As correntes que podemos obter numa saída de um comparador são normalmente pequenas, da ordem de alguns miliampères ou pouco mais de uma dezena de miliampères, o que é permite que apenas LEDs comuns, no máximo sejam excitados, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Excitando LEDs
Figura 6 – Excitando LEDs

 

O resistor R tem seu valor determinado de acordo com a tensão de alimentação, de modo a limitar a corrente no LED a um valor que esteja dentro dos limites da capacidade do comparador.

Para uma etapa de potência, acionando relés, lâmpadas ou motores, por exemplo, podemos usar os circuitos da figura 7.

 

Figura 7 – Acionando circuitos de potência
Figura 7 – Acionando circuitos de potência

 

No primeiro circuito temos o acionamento de cargas até 100 mA, quando a saída do comparador estiver no nível alto, ou seja, próxima da tensão de alimentaçã.

No segundo circuito temos o acionamento de uma carga da mesma ordem, quando a tensão de saída for nula.

O terceiro circuito corresponde a uma etapa de maior potência com um transistor Darlington, com capacidade da ordem de 1 A.

Para um Darlington PNP temos o acionamento com uma tensão nula, enquanto que no exemplo indicado, o acionamento ocorre quando a saída do comparador estiver positiva.

Alimentação o comparador com uma tensão de 5 V ele pode excitar cargas TTL, e com outras tensões temos a compatibilidade com cargas CMOS, exigindo-se apenas a conexão de um resistor de pull-up externo tipicamente de 10k a 100 k, conforme mostra a a figura 8.

 

Figura 8 – O resistor de pull-up
Figura 8 – O resistor de pull-up

 

Este resistor é necessário pois a saída do comparador normalmente consiste num transistor que está com o coletor desligado (aberto).

Sem um resistor externo, o transistor não é polarizado.

 

Aplicações

Damos a seguir algumas aplicações importantes, cujos valores básicos dos componentes podem ser deixados em aberto, pois dependem do comportamento desejado para o circuito.

 

1. Alarme de Luz

Na figura 9 temos o circuito básico para o disparo de um sistema de alarme com o corte ou com a incidência de luz, tendo por base um comparador.

 

Figura 9 – Alarme de luz ou sombra
Figura 9 – Alarme de luz ou sombra

 

As cargas podem ser um dos circuitos indicados na figura 7, e a sensibilidade ou ponto de disparo é ajustado variando-se a tensão de referência através de um potenciômetro.

Este circuito tem como principal característica a velocidade de resposta já que, com uma mínima variação de luz a partir do ponto de ajuste, ele dispara.

Os sensores podem ser LDRs ou mesmo foto-transistor com aumento dos calores dos resistores.

 

2. Alarme de Temperatura

Com a utilização de termistores (NTC ou PTCs) como sensores, podemos controlar uma carga com pequenas variações da temperatura, utilizando a configuração em termostatos sensíveis.

Na figura 10 mostramos como fazer isso.

 

Figura 10 – Usando NTCs e PTCs como sensores
Figura 10 – Usando NTCs e PTCs como sensores

 

 

O ponto de disparo do circuito é ajustado no potenciômetro.

 

 

3. Comparador de Janela

Dois comparadores de tensão ligados conforme mostra a figura 11 formam uma configuração denominada”comparador de janela” ou “window comparator”.

Esta configuração se deve ao fato de que no gráfico que representa o comportamento deste circuito, mostrado na figura 12, temos uma “janela” em que a saída vai ao nível alto ou ao nível baixo (Vcc ou 0V), determinada pela relação entre os valores dos resistores de referência ou pelas tensões de referência.

 

Figura 11 – O comparador de janela
Figura 11 – O comparador de janela

 

 

 

Figura 12 – Característica do comparador de janela
Figura 12 – Característica do comparador de janela

 

 

Assim, para o circuito indicado, a carga será acionada somente quando a tensão de entrada estiver na faixa de V1 a V2. Abaixo de V1 e acima de V2 a carga estará desativada.

Se ligarmos na entrada deste circuito um LDR, conforme mostra a figura 13, e ajustarmos os potenciômetros P1 e P2 para que a saída permaneça desativada com a iluminação normal, qualquer perturbação da iluminação ambiente, aumentando ou diminuindo de intensidade, causará o disparo do sistema.

 

Figura 13 – Alarme de perturbação luminosa
Figura 13 – Alarme de perturbação luminosa

 

 

Em lugar do LDR, poderemos usar neste circuito outros tipos de sensores como NTCs PTCs, sensores de pressão, posição, etc.

 

4. Comparador Escalonado

Diversos comparadores ligados a uma rede de resistores em série capaz de fornecer tensões de referências escalonadas, conforme mostra a figura 14, permitem a elaboração de um comparador escalonado.

 

Figura 14 – O comparador escalonado
Figura 14 – O comparador escalonado

 

 

Podemos usar este circuito num VU-meter, acrescentando a entrada de áudio mostrada na figura 15.

 

Figura 15 – Entrada para VU-meter
Figura 15 – Entrada para VU-meter

 

 

Para termos um termômetro escalonado, podemos ligar na entrada o circuito mostrado na figura 16.

 

Figura 16 – Termômetro bargraph
Figura 16 – Termômetro bargraph

 

 

5. Oscilador

Um comparador de tensão também pode ser usado de modo a oscilador e com isso gerar sinais numa faixa de até algumas centenas de quilohertz.

A configuração para esta finalidade é mostrada na figura 17.

 

Figura 17- Oscilador com comparador
Figura 17- Oscilador com comparador

 

O capacitor C1 e o resistor R1 determinam a frequência de operação do oscilador (veja na seção de Matemática Para Eletrônica como calcular a frequência).

Outras configurações podem ser obtidas para se gerar formas de onda diferente.

Também existe a possibilidade de usarmos o comparador como amplificador, mas isso não será abordado neste artigo.

Veremos agora alguns tipos de comparadores com que pode realizar projetos atualmente.

 

O Comparador na Prática

Em princípio, qualquer amplificador operacional pode ser usado como comparador.

Assim, se precisarmos apenas de um comparador num projeto, podemos utilizar o amplificador operacional 741, sem problemas.

Na figura 18 temos o invólucro e a pinagem do amplificador operacional 741.

 

Figura 18 – O 741
Figura 18 – O 741

 

As principais características deste operacional são:

Tensão máxima: 18 + 18 V

Resistência de entrada: 2 M Ω

Ganho típico: 300 000

Resistência de saída: 75 Ω

Corrente máxima de saída: 25 mA (tip.)

 

Uma série de comparadores comum é a formada pelos LM293, 393 e LM2903 cuja pinagem é mostrada na figura 19.

 

Figura 19 – Amplificadores LM193, 293 e 393 mais LM2903
Figura 19 – Amplificadores LM193, 293 e 393 mais LM2903

 

As características destes amplificadores são as seguintes:

Faixa de tensões de alimentação: 2 a 36 V (18+18 V)

Ganho: 200 V/mV (tip.)

Outra família popular é a formada pelos LM139, 239, 339 e LM2901, mostrados na figura 20.

 

Figura 20 – Os LM139/239/339 e LM2901
Figura 20 – Os LM139/239/339 e LM2901

 

Num mesmo invólucro temos quatro comparadores que podem operar com tensões de 1 até 18 V e têm ganhos de 100 000 a 200 000 conforme o tipo.

A corrente máxima de saída é de 16 mA e ele exige um resistor de pull-up de 2k2 tipicamente.

 

Fonte: http://www.newtoncbraga.com.br

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