Eletrônica Básica I – EE 530 – Transistores Bipolares de ...gf/aula6.pdf · F DE R DC B E C C...

Eletrônica Básica I –EE 530 –

Transistores Bipolares de Junção (TBJ)

Prof. Gustavo Fraidenraich

Transistor NPN

Transistor PNP

Modos de Operação

VCB

VEB

Fonte de corrente controlada por tensão

Fonte de corrente controlada por tensão

Transistor npn no modo ativo

Concentração de portadores minoritários

( ) YBE Vv

pp enn/

00 =

( ) ( )C

Vv

pnEp

nE

p

nEn iW

enqDA

W

nqDA

dx

xdnqDAI

TBE

−=−=

−==

/

00

( ) ( )

−=

W

xnxn pp 10

Corrente de Coletor

WN

nqDAI

WnqDAI

eIi

A

inES

pnES

Vv

SCTBE

2

0

/

/

=

=

=

Os elétrons que alcançarem a região de depleção coletor base serão arrastados por esta para o coletor.

Corrente de Base

Corrente de Base (iB)= Corrente de difusão de lacunas

da base para o emissor (iB1) + recombinação na base (i

B2).

TBE Vv

pD

ipE

B eLN

nqDAi

/

2

1difusãodecomponente =

Corrente de base –recombinação iB2

( )

comumemissordecorrentedeganhooé

2

1/1

2

1

2

1

2

02

1

ominoritárielétronumdemédiovidadetempo

osminoritáricarga

/

2/

2

21

/2

2

/2

2

2

βββ

τβ

τ

τ

τ

CVvSB

bnpD

A

n

pVv

bnpD

A

n

p

SBBB

Vv

Ab

iEB

Vv

A

iEn

pEn

b

nB

B

ie

Ii

D

W

LN

WN

D

De

D

W

LN

WN

D

DIiii

eN

qWnAi

eN

qWnAQ

WnqAQ

Qi

i

TBE

TBE

TBE

TBE

==

+=

+=+=

=

=

×=

=

=

Como β pode sermaximizado?

W e NA/ND

A corrente do emissor

( )

α

αβ

α

α

β

βα

α

β

β

β

β

−=

=

−

+=

=

+=

+=

+=

1

/

comumbaseem

correntedeganho

1

1

1

/

/

TBE

TBE

Vv

SE

EC

Vv

SE

CE

BCE

eIi

ii

eIi

ii

iii

Ic controlada por vBE Ic controlada por iE

Estrutura dos transistores reais

Seção transversal de um TBJ npn

Estrutura dos transistores reais

Modelo para o npn no modo ativo reverso

Ativo reverso Ativo Direto

Modelo de Ebers - Moll

( ) ( ) DCRDEFB

CEB

DEFDCC

DCRDEE

iii

iii

iii

iii

αα

α

α

−+−=

−=

+−=

−=

11

Modelo para prever a operação do TBJ em todos os seus possíveis modos.

Operação na saturação

Quando a tensão do coletor cai abaixo da tensão da base e, portanto, a junção JBC fica diretamente polarizada , a corrente da base aumenta e diminui o ganho β.

Modelo para o transistor em saturação

B

CSatforçado

I

I=β

Transistor pnp

Símbolos e polaridades para os transistores

Comparação npn x pnp

Exemplo 5.1

O transistor no circuito ao lado tem ββββ=100 e exibe um vBE=0.7 V quando iC=1mA. Projete o circuito de modo que uma corrente de 2mA circule pelo coletor e a tensão no coletor seja de +5V.

Resposta

( )

Ω=+−

=

−=

Ω==

=

+

×=

×=

−=

−

−

×− −

kR

VV

kmA

VR

VI

Vv

I

eI

E

E

C

S

TBE

S

S

07.702.2

15717.0

717.0

52

10

717.01102

ln

1091.6

110

3

16

1025/7.03 3

Representação gráfica das características do transistor

Fonte de corrente ideal

Exemplos

Saturação e região ativa

Limiar de saturação

Efeito Early

Dependência de iC com vCE

Tensão Early

VV

V

veIi

A

A

CEVv

SCTBE

10050~

1/

−

+=

Característica de transferência

Análise Gráfica

0=−− BEBBBB viRV

Curva iC x vCE

Ponto de operação

Ponto de Operação

Perto demais de Vcc

Perto demais da saturação

Resumo

αβ

β

β

β

β

=+

+=

=

=

1

exp1

exp1

exp

T

BE

SE

T

BE

SB

T

BE

SC

V

VII

V

VII

V

VII

Exemplo 5.4

Determine todas as tensões nodais e correntes nos ramos. (ββββ=100)

Exemplo 5.4

Exemplo 5.5

Determine todas as tensões nodais e correntes nos ramos. (ββββ≥≥≥≥50)

Exemplo 5.5

Assuma que otransistor estána região ativa

Exemplo 5.5

Transistor na região de saturação

Exemplo 5.6

Transistor na região de corte.

Exemplo 5.7: transistor pnp

Exemplo 5.8

Exemplo 5.9: transistor pnp

Solução

8.231.0

86.0

31.0

86.0

17.1

63.3

83.3

13.32.1

75.3

55.01.01.03.4

Usando

==

=

=

=

=

=

==

++=−

+=

forçado

B

C

E

C

E

B

BBB

CBE

mAi

mAi

mAi

VV

VV

VV

VVV

iii

β

Exemplo 5.10

Determine todas as tensões nodais e correntes nos ramos. (β=10β=10β=10β=100)

Exemplo 5.10

1+=

++=

βE

B

EEBEBBBBB

II

RIVRIVmA

RR

VVI

BBE

BEBBE 29.1

1

=

++

−=

β

Exemplo 5.11

Determine todas as tensões nodais e correntes nos ramos.

Resposta:

correntesetensõesastodas

novamentesecalculamformadessa

252.1028.028.1)R1em(I

iteraçãosegunda

)(028.0101

85.2

1

62.77.282.2

)100(82.2

85.215

3.97.0

6.8528.11515

iteraçãoprimeira

21C

22

222

222

2

22

12

111

−

=−=−=

==+

=

=×==

===

=−+

=

+=+=

+=×−=−=

mAII

zerodepróximomuitomAI

I

VRIV

mAII

mAR

VI

VVV

VRIV

BC

EB

CCC

EC

E

EE

CE

CCC

β

βα

Exemplo 5.21 - pág 263

Considere o circuito abaixo para o caso Vcc=+5V, vI=+5V, RB=RC=1kΩΩΩΩ e ββββ=100. Calcule a corrente de base, a corrente de coletor e a tensão de coletor. Se o transistor estiver saturado, encontre ββββforçado. Para qual valor RB deveria ser aumentado a fim de trazer o transistor para o limiar de saturação?

ΩkVmAmA 5.91/1.1/2.0/8.4/3.4:Resposta

Resposta:

Ω=−

=−

=

=

===−

=

=−=

===

=

=−

=

=−

=

−

K

mAi

R

V

VVVmAK

i

VVeVV

I

I

saturaçãoVtensãoVV

mAk

Vi

mAK

i

B

B

CECC

CECB

B

Csatforçado

CEC

SaturaçãoCE

C

B

48.91

100

7.4

7.057.05

7.0V

como logo,

3.07.41

3.05

logo,3.04.0saturaçãodelimiarNo

1.13.4

8.4

)(2.0

8.41

)(2.05

3.41

7.05

B

)saturaçãodelimiar(

β