a) Onde colocar um capacitor de compensação de carga em um transistor bipolar?
b) Como ele atua para reduzir o tempo de armazenamento do transistor?

Passo 1

Você perguntou duas coisas bem objetivas:
a) Onde colocar um capacitor de compensação de carga em um transistor bipolar?
b) Como esse capacitor atua para reduzir o tempo de armazenamento do transistor?
Não há outros dados no enunciado; vou explicar passo a passo o que é o tempo de armazenamento, por que ele aparece, e então mostrar onde ligar o capacitor e exatamente como ele ajuda (com fórmulas e um exemplo numérico simples). Vou assumir um transistor BJT comum em comutação (saturando quando ligado e precisando desligar rápido).

Passo 2

O que é o tempo de armazenamento e por que ele existe (explicação física, sem pular etapas)
  • Quando um BJT entra em saturação (modo fortemente conduzido), há excesso de portadores minoritários injetados na base e no coletor. Esse excesso de carga armazenada vou chamar de Q_s.
  • Para desligar o transistor precisamos remover essa carga armazenada. Enquanto ela existir, a corrente de coletor não cai imediatamente: o transistor fica “preso” por um tempo chamado tempo de armazenamento t_s.
  • Uma forma simples de entender: para remover uma carga Q_s você precisa de uma corrente que a transporte. Se a corrente que retira carga é I_{\text{rem}} (corrente efetiva de retirada), então, em primeira aproximação,
t_s \approx \frac{Q_s}{I_{\text{rem}}}.
Explicando as variáveis: Q_s é a carga armazenada (coulombs) e I_{\text{rem}} é a corrente que efetivamente retira essa carga (ampères). Quanto maior I_{\text{rem}}, menor t_s.

Passo 3

Onde colocar o capacitor (resposta direta com justificativa prática)
  • O capacitor de compensação de carga é ligado entre a base e o coletor do transistor, ou seja, em paralelo com a junção base–coletor. Em símbolos: coloque C entre os terminais “base” e “coletor”.
  • Motivo prático: essa ligação permite que variações rápidas de tensão no coletor sejam acopladas à base por meio do capacitor (um “pulso deslocado”), gerando corrente através do capacitor que ajuda a remover carga da base exatamente no momento do desligamento.
  • Observação de montagem: deve ser montado fisicamente o mais próximo possível dos terminais base e coletor para reduzir indutâncias/parasitismos.

Passo 4

Como o capacitor age durante o desligamento — desenvolvimento passo a passo (com equações simples)
  • Durante o desligamento, a tensão do coletor sobe rapidamente (por exemplo, de um valor baixo em saturação para um valor alto). Essa variação de tensão gera uma corrente pelo capacitor dada por
i_C = C \,\frac{dV_{CB}}{dt},
onde V_{CB} é a tensão entre coletor e base (coletor relativo à base), C é o valor do capacitor e i_C é a corrente que flui pelo capacitor. Aqui i_C é a corrente de deslocamento que aparece instantaneamente quando V_{CB} varia.
  • A polaridade/direção: se o coletor sobe de tensão, o capacitor “puxa” corrente da base em direção ao coletor (ou empurra a base para potencial que retira portadores), ou seja, fornece uma corrente que ajuda a reduzir a carga armazenada na base. Na prática isso funciona como um pulso de corrente que ajuda a tornar I_{\text{rem}} maior durante o instante crítico.
  • Assim, o termo que retira carga deixa de ser apenas a corrente de circuito (por exemplo, corrente de base de sinal reverso) e passa a ser a soma dessa corrente com a corrente de deslocamento:
I_{\text{rem,efetivo}} \approx I_{\text{rem,sem C}} + i_C = I_{\text{rem,sem C}} + C\,\frac{dV_{CB}}{dt}.
  • Aplicando na fórmula do tempo de armazenamento:
t_s \approx \frac{Q_s}{I_{\text{rem,efetivo}}} \approx \frac{Q_s}{I_{\text{rem,sem C}} + C\,\dfrac{dV_{CB}}{dt}}.
Logo, para um mesmo Q_s e para uma subida de V_{CB} rápida (grande \dfrac{dV_{CB}}{dt}), o termo C\,\dfrac{dV_{CB}}{dt} aumenta e t_s diminui.

Passo 5

Interpretação intuitiva (sem fórmulas) — para fixar a ideia
  • Pense no capacitor como um “empurrão elétrico” instantâneo: quando o coletor sobe, o capacitor transfere parte dessa mudança para a base, produzindo um pulso de corrente que “suga” os portadores extras da base. É como abrir uma válvula extra para escoar a carga.
  • Sem esse pulso, remover Q_s depende só de correntes contínuas (mais lentas). Com o pulso capacitivo, a retirada é muito mais rápida, reduzindo o tempo em que o transistor fica “preso” na saturação.

Passo 6

Exemplo numérico rápido para ver ordens de grandeza
  • Suponha Q_s = 1\times 10^{-9}\\ \mathrm{C} (1 nC) e sem capacitor I_{\text{rem,sem C}} = 0,5\\ \mathrm{mA}. Então sem capacitor
t_s \approx \frac{1\times 10^{-9}}{0,5\times 10^{-3}} = 2\times 10^{-6}\\ \mathrm{s} = 2\\ \mu\mathrm{s}.
  • Agora suponha que C = 10\\ \mathrm{pF} e que durante a subida do coletor tenha \dfrac{dV_{CB}}{dt} = 10^8\\ \mathrm{V/s} (valor de ordem realista para transições rápidas). Então
i_C = C\,\frac{dV_{CB}}{dt} = 10\times10^{-12}\cdot 10^{8} = 1\times 10^{-3}\\ \mathrm{A} = 1\\ \mathrm{mA}.
  • Com isso I_{\text{rem,efetivo}}\approx 0{,}5\\ \mathrm{mA}+1\\ \mathrm{mA}=1{,}5\\ \mathrm{mA} e
t_s \approx \frac{1\times 10^{-9}}{1{,}5\times10^{-3}} \approx 0{,}67\\ \mu\mathrm{s}.
  • Conclusão do exemplo: o capacitor reduziu t_s de 2\\ \mu\mathrm{s} para cerca de 0{,}67\\ \mu\mathrm{s}. Isso mostra o efeito prático.

Passo 7

Observações práticas, limites e alternativas (importante para prova e projeto)
  • Valor do capacitor: muito grande vai atrapalhar a comutação de subida (turn‑on) porque acopla a saída ao ingresso (efeito Miller inverso), fazendo o transistor entrar em condução mais lentamente. Então escolhe-se um valor pequeno e otimizado.
  • Posicionamento físico: must be close to base e coletor para reduzir indutância/parasitic.
  • Alternativas/adições: diodo Baker, Schottky clamp, resistor de base em série e arranjos de livramento de saturação são outras formas de reduzir tempo de armazenamento; o capacitor é uma técnica complementar muito usada quando se quer um pulso de retirada rápido.
  • Em circuitos integrados ou TTL há capacitores internos (ou elementos equivalentes) que fazem exatamente esse acoplamento base–coletor para acelerar o desligamento.

Resposta

a) Coloque o capacitor entre a base e o coletor do transistor (em paralelo com a junção base–coletor), fisicamente o mais próximo possível dos terminais.
b) Ao ocorrer a subida rápida de V_{CB} durante o desligamento, o capacitor gera uma corrente de deslocamento i_C = C\,\dfrac{dV_{CB}}{dt} que é direcionada de/para a base, retirando carga armazenada. Isso aumenta a corrente que remove a carga ( I_{\text{rem,efetivo}} \approx I_{\text{rem,sem C}} + C\,\dfrac{dV_{CB}}{dt}), de modo que o tempo de armazenamento t_s \approx \dfrac{Q_s}{I_{\text{rem,efetivo}}} diminui.

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