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2019-1 1

Aula 7 – Transistores

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Patentes

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Definição

• Transistor “TRANSfer resISTOR”– Dispositivo semicondutor que pode controlar corrente a partir de corrente ou a

partir de tensão

– Indiretamente pode ser utilizado para controle de tensão

• Aplicações– Amplificação de sinal

– Chaveamento de sinal

– Armazenamento de informação

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Tipos de Transistores

Bipolares

Efeito de Campo – MOS (MOSFET)

UnijunçãoEfeito de Campo

IGBTs

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Transistor Bipolar

• Normalmente são de Silício

• Existem dois tipos– Depende da ordem dos tipos de materiais (dopagem)

• PNP

• NPN

• Funcionamento– Corrente de Base (tensão base – emissor)

• Regula a corrente Coletor Emissor

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Diagrama de Correntes em um PNP

Para o NPN basta inverter as tensões e trocar os portadores

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2019-1 7

Configurações NPN/PNP• Base comum

– Aplicação• Separa entrada da Saída• Alta freqüência (minimiza oscilações)

– Características • Ganho de Corrente < 1• Ganho de Tensão Elevado• Resistência de Entrada Baixa• Resistência de Saída Alta

• Coletor Comum– Aplicação

• Casamento de Impedância• Buffer (corrente)

– Características • Ganho de Corrente elevado• Ganho de Tensão >= 1• Resistência de Entrada Muito elevada• Resistência de Saída Muito Baixa

• Emissor Comum– Aplicação

• Amplificação de tensão• Amplificadores em geral

– Características• Ganho de Corrente elevado• Ganho de Tensão elevado• Resistência de Entrada Média• Resistência de Saída Alta

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Parâmetros Extremos

• Tensões de Ruptura– VCB0 Tensão de ruptura entre Coletor e Base com

Emissor aberto

– VCEO Tensão de ruptura entre Coletor e Emissor com a

Base aberta

– VCES Tensão de ruptura entre Coletor e Emissor com a

Base ligada ao Emissor

• Correntes de Fuga– IEB0 Corrente entre Emissor e Base com Coletor aberto

• Bastante incomum pois a polarização está reversa (diodo polarizado reverso)

– ICEO Corrente entre Coletor e Emissor com a Base Aberta

• Muito importante pois está associada à amplificação do circuito

– ICB0 Corrente entre Coletor e Base com o Emissor aberto

• Varia com a temperatura

• Apresenta valores maiores para transistores de Ge do que de Si

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Curva do NPN

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Curva do PNP

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2019-1 11

Tipos de Polarização

• Polarização com corrente de Emissor constante

– A variação de temperatura faz variar IC e consequentemente IE

– Introduzindo o resistor no Emissor aumenta a estabilidade

• Polarização com corrente de Emissor constante e divisor de tensão na Base

• Polarização com corrente de Emissor constante e realimentação negativa na Base

– Ganho reduzido

– Aumento da estabilidade

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Parâmetros de Amplificação

• Relação entre corrente de Coletor e de Emissor

• Relação entre corrente de Coletor e de Base

• Como para o transistor

– então

E

C

I

I=α

B

C

I

Ihfe ==β

ganho de corrente

ganho de corrente

BCE III +=

α

αβ

−==

1hfe

1+=

β

βα

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2019-1 13

Polarização de um Transistor (NPN)

• Parâmetros– VCC = 12 Volts

– IB = 20 µA

– B = 100

– VCE = 4 Volts

– RE = 800 Ω

– VBE = 0,6 Volts (característico de transistor de Si)

• Equação da Malha I

– Falta determinar IC, RC e IE

– Então IE é

mA 2A20 . 100I .II CBC ==⇒=⇒== µββB

C

I

Ihfe

EECECCCC

RECERCCC

IRVIRV

ou

VVVV

..

0

++=

=−−−

mA 2 00202,0202 ≅=+=+= AAmAIII BCE µ

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– Agora é possível determinar RC

• Equação da Malha II

– Neste caso os elementos desconhecidos são RB e VCB

– Então podemos determinar RB que é

Volts 4,36,04 =−=−=

+=

BECECB

CBBECE

VVV

ou

VVV

Ω=×

×−−=

−−=

−

−

k 2,3102

102.800412.3

3

C

EECECCC

I

IRVVR

CCCBBB

RCCBRB

IRVIR

ou

VVV

.. +=

+=

Ω=×

××+=

+=

−

−

k 4901020

102.102,34,3.6

33

B

CCCBB

I

IRVR

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2019-1 15

Região de Operação de um transistor

• ICM

– Corrente máxima do Coletor (dado do fabricante)

• VCE0

– Tensão máxima entre Coletor e Emissor com a Base aberta (especificação do fabricante)

• Hipérbole de Dissipação máxima– PMAX = VCE x IC

• Região de Alta Deformação– Não se deve trabalhar com valores de IC muito baixos

• A corrente de fuga passa a influenciar o comportamento

• Região de Saturação– Para operação continua esta região deve ser evitada

– Na operação como CHAVE é possível emprega-la

• Área útil– Zona de operação ideal do transistor

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Transistor Darlington

• Utiliza dois ou mais transistores interconectados– Permite obter elevados ganhos

• β = hfe > 1000

NPN PNP

hfe = 1000

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2019-1 17

Exemplos

• Transistores de Sinal– NPN BC546 .... (Data Sheet)

– PNP BC556 ..... (Data Sheet)

• Potência– NPN 2N3055 (Data Sheet)

– PNP 2N2955 (Data Sheet)

• Darlington (Potência)– NPN TIP120 (Data Sheet)

– PNP TIP125 (Data Sheet)

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Tipos de Transistores

Bipolares

Efeito de Campo – MOS (MOSFET)

UnijunçãoEfeito de Campo

IGBTs

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2019-1 19

FET family tree

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Transistor de Efeito de Campo de Junção (JFET)

• Estrutura– Material semicondutor de alta resistividade dopado p ou n

– Gate é polarizado em reverso (corrente muito baixa)

– Corrente no canal é controlada por tensão

– Portadores• Canal n elétrons maior mobilidade

• Canal p lacunas menor mobilidade

• Canal-n– Aplicação de tensao negativa na porta (gate)

• Aumenta a zona de depleção

• Estrangula o canal de passagem de corrente

• Canal-p– Aplicação de tensão positiva na porta (gate)

• Aumenta a zona de depleção

• Estrangula o canal de passagem de corrente

http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet.html

Funcionamento de um JFET Canal-n

Exemplo de data sheet 2N3819 (clique aqui)

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2019-1 21

MOS FET

• MOS (Metal Oxide Semiconductor)– Estrutura

– Funcionamento• Ao aplicar uma tensao na Porta

– Positiva

» Atrai Elétrons

» Repele Lacunas

» Pode formar um canal de Elétrons

» Pode fechar um canal de Lacunas

– Negativa

» Atrai Lacunas

» Repele Elétrons

» Pode formar um canal de Lacunas

» Pode fechar um canal de Elétrons

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Tipos de MOS-FETs

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2019-1 23

D

S

G

D

S

G

2019-1 24

D

S

G

D

S

G

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2019-1 25

Funcionamento

• Canal-n por Excesso

http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/mosfet.html

Funcionamento de um MosFet Canal-n por excesso

Exemplo de data sheet IRF630 (clique aqui)

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IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

• Aplicações– Comutação em alta potência

Exemplo de data sheet IRGP50B60PD1 (clique aqui)

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2019-1 27

Transistor de Unijunção

• Aplicações– Circuitos osciladores

– Geradores de pulsos

– Temporizadores

• Funcionamento

Exemplo de data sheet 2N2646 (clique aqui)

2019-1 28

FIM