Ganho do Transistor: h FE , h fe & Beta, β
O ganho de corrente é uma das importantes especificações de projeto de circuito eletrônico para um transistor bipolar – três números são frequentemente vistos: Beta β, h FE & h fe , cada um dos quais é ligeiramente diferente.
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O Tutorial de Transistor inclui:
Noções básicas de transistor | Ganho: Hfe, hfe & Beta | Especificações do transistor | Códigos de numeração de transistores e diodos | Escolhendo transistores de substituição
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Em qualquer circuito, o ganho de corrente de um transistor bipolar será de suma importância. Se o circuito é emissor comum, coletor comum, etc, e se usa transistores NPN ou transistores PNP.
Embora outros parâmetros desses dispositivos semicondutores também sejam importantes, o ganho de corrente é particularmente importante porque o transistor bipolar é um dispositivo operado por corrente.
O ganho de corrente do transistor é normalmente especificado em termos de h FE , h fe , ou a letra grega Beta β. Embora esses parâmetros sejam muito semelhantes à primeira vista, eles são diferentes e a quantidade certa deve ser usada para os elementos relevantes de um projeto de circuito eletrônico.
Ao projetar qualquer circuito de transistor, é necessário garantir que haja ganho suficiente para permitir que o circuito opere corretamente. Os níveis de ganho podem ser muito altos para muitos dispositivos de sinal pequeno, com ganhos de corrente de até 1000 não incomuns, mas para transistores de potência, os ganhos são muito mais baixos e às vezes podem estar na região de apenas 25 a 50.
Normalmente, as especificações de ganho de corrente para transistores normalmente têm uma tolerância muito ampla e, portanto, os circuitos precisam ser capazes de acomodar isso. No entanto, o ganho mínimo do transistor deve ser suficiente para suportar a operação correta do projeto de circuito específico.
Ganho do transistor e Beta, β
Os transistores bipolares são chamados de dispositivos controlados por corrente. Em outras palavras, a corrente que flui no circuito base controla o nível de corrente no coletor. Assim, o ganho de corrente entre a base e o coletor é o fator importante em qualquer projeto de circuito de transistor.
Ao realizar muitos cálculos em um projeto de circuito eletrônico, o ganho de corrente do transistor é dado em termos da letra grega Beta; β.
Este é o ganho de corrente direta para o transistor quando operado em um modo de emissor comum. Emissor comum é uma das configurações de circuito mais comuns para projetos de circuitos de transistores.
Embora não seja estritamente exata, a equação abaixo é mais do que precisa o suficiente para todos os cálculos práticos. Esta equação de ganho do transistor é aquela que é vista na maioria dos casos.
O ganho de corrente do transistor é usado não apenas para configurar as condições de polarização para o projeto do circuito, mas também para garantir que haja ganho suficiente dentro do circuito para fornecer a função geral necessária.
Por exemplo, ao projetar um circuito de transistor emissor comum, os valores de ganho de corrente são usados para garantir que o divisor de potencial que define a polarização para a base seja capaz de fornecer corrente suficiente.
Conhecendo a corrente do emissor, é possível determinar a corrente de base necessária e, assim, projetar o divisor de potencial para fornecer corrente suficiente na tensão necessária.
Leia mais . . . . equações de ganho de transistor em profundidade e teoria.
Transistor h fe
Transistor H fe , h fe são frequentemente citados como o valor de ganho de corrente para um transistor. Isso pode levar a alguma confusão, por isso ajuda a explicar o que cada um significa.
A razão para usar h fe é que se refere à maneira de medir os parâmetros de entrada e saída de um transistor.
Os parâmetros Z são um dos parâmetros básicos usados ao tratar um circuito como uma caixa preta. No entanto, como um transistor exibe uma baixa impedância de entrada e uma alta impedância de saída, uma forma de parâmetro conhecida como h ou parâmetros híbridos é usada.
h fe é a característica de transferência direta, ou seja, ganho do transistor quando usado no modo de emissor comum.
h fe é exatamente o mesmo que o transistor Beta, β – é apenas um pouco mais correto usá-lo em folhas de dados.
Ganho DC e transistor de pequeno sinal
O ganho do transistor varia ligeiramente quando medido para DC e para pequenas variações de sinal.
As notações para as duas figuras são ligeiramente diferentes. Freqüentemente, Β DC é usado para o ganho DC e Β AC é usado para o ganho AC, que também pode ser chamado de ganho de sinal pequeno do transistor.
Da mesma forma para hfe. H fe com H maiúsculo é usado para o ganho DC, enquanto o AC ou ganho de sinal pequeno é denotado por h fe com uma letra h minúscula.
Resumo do ganho do transistor
Existem várias notações diferentes usadas para o ganho de corrente do transistor. Vale a pena entender exatamente o que são e quais diferenças existem entre eles.
- Beta; β: Esta é a notação básica para o ganho de corrente direta de um transistor e é amplamente utilizada em muitos cálculos de projetos de circuitos eletrônicos.
- h fe : Este é o ganho de corrente para um transistor expresso como um parâmetro h (parâmetro híbrido). A letra f indica que é uma característica de transferência direta, e a letra e indica que é para uma configuração de emissor comum. A letra h minúscula indica que é um pequeno ganho de sinal. h fe e beta de pequeno sinal são os mesmos. Esta figura é amplamente utilizada em folhas de dados de transistores e, portanto, nos cálculos de projeto de circuito.
- h FE : O parâmetro h FE difere de h fe porque é o parâmetro h para o ganho de corrente contínua contínua ou de sinal grande em estado estacionário. Esta figura será usada ao configurar condições de polarização ou para uso em projetos de circuitos de fonte de alimentação ou outros circuitos em que o ganho CC é importante.
As diferentes abreviaturas usadas para o ganho do transistor, h FE , h fe e Beta são amplamente usadas, embora os parâmetros H fe , h fe tendam a ser mais amplamente usados em folhas de dados.
Com a ampla variação nos níveis de ganho de corrente encontrados em todos os transistores, isso torna os números exatos de ganho de corrente um pouco acadêmicos. Qualquer projeto de circuito de transistor deve ser capaz de acomodar uma ampla variação no nível de ganho de corrente, seja um sinal pequeno ou CC.
Pontos a observar
Existem vários pontos que são de interesse ao julgar o nível de ganho de corrente que um transistor possui:
- Ganho de transistores de potência: O ganho de transistores de potência é tipicamente muito menor do que o de pequenos dispositivos de sinal. Na verdade, os transistores de potência podem ter valores de ganho de corrente inferiores a 50.Essa falta de ganho pode ser superada usando outro transistor para acionar o transistor de potência, o ganho de corrente geral pode ser aumentado para o nível desejado. As configurações de Darlington em que dois transistores são usados juntos também podem ser úteis para aumentar o ganho geral de corrente, ao mesmo tempo em que mantém a alta capacidade de corrente do transistor de potência.
- O ganho de corrente varia muito: é importante notar que, para qualquer tipo de transistor, pode haver uma dispersão muito grande entre diferentes dispositivos. Normalmente, o desempenho do circuito não depende diretamente do ganho de corrente real, especialmente porque o feedback negativo é frequentemente incluído ou, para aplicações de comutação, o ganho real não é crítico.É sempre bom garantir que haja ganho de corrente suficiente disponível usando o valor mínimo fornecido nas folhas de dados.
Variação do ganho atual
Normalmente é esperado que o valor do ganho de corrente β para um transistor bipolar seja constante, porém existem algumas variações que ocorrem no valor de β ou h FE .
- Variações de β com corrente de coletor: O nível da corrente de coletor pode causar uma variação no nível de β ou ou h FE .
- Em baixa corrente: Isso ocorre quando o transistor bipolar está funcionando em níveis de corrente muito baixos como resultado de mecanismos de vazamento sendo vistos e afetando a corrente geral do transistor. Por exemplo, a especificação para um BC109B operando com uma corrente de coletor, I C de 10µA e uma tensão de emissor de coletor V CE de 5 V tem um ganho mínimo de 40, enquanto que para uma corrente de coletor, I C de 2mA e uma tensão de emissor de coletor V CE de 5 V tem um ganho mínimo de 200.
- Em alta corrente: Verifica-se que o nível de ganho de corrente do transistor bipolar β começa a reduzir à medida que a corrente aumenta. Isso resulta da ocorrência de uma injeção de alto nível.
- Efeitos da temperatura no ganho de corrente β: A temperatura tem um efeito importante em muitos parâmetros do transistor bipolar, um dos quais é o ganho de corrente, β / h FE , etc.
- Frequência: A frequência de operação terá um efeito marcante no valor do ganho de corrente. Para frequências baixas, o valor de hfe , ou seja, o pequeno ganho de sinal não variará muito do valor do valor DC h FE – uma boa regra é que o valor médio para h FE pode ser usado. Como a operação do circuito para qualquer circuito não deve ser criticamente dependente do ganho real do dispositivo semicondutor. Se a frequência aumentar e até começar a se aproximar do f T do dispositivo, um valor de ganho menor deve ser usado.
- Spreads de fabricação: Como resultado das tolerâncias nos processos de fabricação, o ganho de corrente dos transistores bipolares variará em uma faixa considerável. (Veja abaixo).
Nestas descrições as variações de β descritas para transistores bipolares podem ser igualmente aplicáveis a h FE .
Especificações da folha de dados de ganho de corrente
Como resultado dos processos de fabricação, os transistores bipolares normalmente possuem uma ampla faixa em seus valores de ganho de corrente.
Como já mencionado, os valores para H fe o ganho DC e h fe o ganho AC de pequeno sinal. Freqüentemente, são especificados valores para ambos os parâmetros.
Ao fornecer a especificação, as condições de teste são descritas. O nível de corrente e a tensão do emissor do coletor são normalmente especificados.
Tendo em vista a distribuição dos níveis de ganho de corrente nesses componentes eletrônicos, podem ser fornecidos valores mínimos, típicos e máximos. Freqüentemente, nem todos esses números são fornecidos: às vezes, apenas o valor mínimo para o ganho de corrente pode ser especificado.
Como pode haver uma variação significativa no ganho para um determinado tipo de transistor, uma letra de sufixo no final do número de peça do transistor pode especificar a faixa de ganho esperada para aquele dispositivo específico. Por exemplo, um BC109B tem um ganho de corrente h FE entre 200 e 450, e um BC109C tem um ganho de corrente h FE entre 420 e 800.
Razões para grandes diferenças de ganho entre transistores
Um dos fatos mais óbvios sobre os parâmetros do transistor, é a variação muito grande nos níveis de ganho entre diferentes transistores do mesmo tipo.
Essas grandes variações no ganho de corrente: β h FE e h fe podem ocorrer entre o mesmo tipo de transistor, entre lotes diferentes e até mesmo transistores diferentes fabricados no mesmo wafer.
O ganho de corrente depende das características de fabricação, como a espessura da base e o nível de dopagem. Estes não são exatamente os mesmos de um lote para outro ou mesmo de um transistor para outro, então o ganho irá variar significativamente.
Observando a estrutura de um transistor planar, pode-se ver que a espessura da região de base depende da profundidade à qual se estende a dopagem para a região do coletor e a região do emissor. Como a região da base é muito fina, mesmo pequenas variações na profundidade da dopagem podem causar grandes variações na espessura da região da base, além de quaisquer variações na dopagem da região da base.
Quando todas essas variações são somadas, elas dão origem à grande variação nos níveis de ganho de corrente: β h FE e h fe que são vistos.
Multímetro h Medições FE
Muitos multímetros digitais, DMMs têm capacidade para medir o ganho de um transistor. Esta pode ser uma função bastante útil, especialmente para verificar se um transistor ainda está funcionando ou não.
Geralmente, esse tipo de medição é incorporado nos multímetros digitais de extremidade inferior, pois não é um teste particularmente preciso e geralmente é mais apropriado para medições de estilo amador e de ‘verificação rápida’ da função do transistor.
Os valores de h FE fornecidos em uma folha de dados são obtidos sob condições definidas, enquanto a medição incorporada em um multímetro digital não será definida da mesma maneira.
Geralmente as medições feitas por DMMs usarão tensões CC e, portanto, a medição é de h FE em vez do valor h fe de ganho de sinal pequeno . Também as condições de tensão e corrente para o teste não serão conhecidas, pois normalmente não são fornecidas na folha de dados do multímetro digital.
Essas medições de ganho de transistor incorporadas nos DMMs são geralmente úteis para um tipo de medição rápida, mas seus valores de ganho podem nem sempre ser tão precisos quanto as outras funções no instrumento de teste.
Seja qual for o circuito usado, e se são usados transistores NPN ou transistores PNP, o ganho de corrente do transistor é um parâmetro chave. Embora existam variações significativas de ganho, a maioria dos circuitos é tolerante ao ganho real do transistor, exigindo que seja suficiente para garantir o correto funcionamento.
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