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- Eletrônica Analógica 1 -

Capítulo 3: Fundamentos dos transistores bipolares

Sumário

1 – O transistor bipolar de junção (TBJ)

2 – Configuração em base-comum

3 – Configuração em emissor-comum

4 – Configuração em coletor-comum

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares

4 – Configuração em coletor-comum

5 – Interpretação dos dados do TBJ

6 – A reta de carga

7 – Operação do TBJ

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1 – O transistor bipolar de junção (TBJ)

Sec. 1 – TBJ

• Transistor npn e pnp


3

• Bipolar: portadores + e -

• Diferentes níveis de dopagem

• Operação do transistor:

Sec. 1 – TBJCapítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares

4

BCEIII +=

• Polarização DIRETA do EMISSOR do transistor PNP:


• Polarização REVERSA do COLETOR do transistor PNP:

5

• Componentes de corrente:


� Note: sentido de IE e polaridade VEE

Sentido de IC e polaridade VCC

• Sentidos de corrente

6

Convencional Real


7Figuras retiradas de: http://www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/info/comp/active/BiPolar/page3.html

• Tipos de conexão de um transistor:Sec. 1 – TBJCapítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares

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Base-comum Emissor-comum

•casamento de impedância (baixa impedância na entrada e alta na saída);•ganho de corrente menor do que 1;•a entrada é aplicada ao emissor, a saída no coletor;• a base é comum tanto para a entrada como saída.

• bom ganhos de potência (tensão e corrente);• entrada aplicada ao circuito base-emissor e a saída no coletor-emissor (emissor “comum” para entrada e saída);• única que reverte fase entre entrada e saída

• usado como um controlador de corrente (as vezes conhecido como ‘seguidor-de-emissor’);•alta impedância na entrada e baixa na saída;•o coletor é comum tanto a entrada como saída.

Coletor-comum

• Comparação entre os tipos de configurações:

• Considerando as relações matemáticas:

CaracterísticaTipo

Base comum Emissor comum Coletor comum

Ganho tensão Alto Médio Baixo

Ganho corrente Baixo (α) Médio (β) Alto

Ganho potência Baixo Alto Médio

Impedância entrada Baixa Média Alta

Impedância saída Alta Média Baixa


• Considerando as relações matemáticas:

• Nomeclatura tradicional:– Número junções+Identificação de semicondutor+Número+Versão

– Exemplo: 2N3903A 9

E

C

I

I=α

B

C

I

I=β

• Parâmetros: de “ENTRADA”: I e V

2 – Configuração em base-comum (BC)

Sec. 2 – Configuração base-comumCapítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares

– de “ENTRADA”: IE e VBE

– de “SAÍDA”: IC e VCB

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• IC ≈ IE

• Três regiões de trabalho:

– ATIVA

– CORTE

– SATURAÇÃO

• Quando IE=0 tem-se uma corrente ICBO≈µA/nA

Eletrônica Analógica

Eletrônica Digital

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 2 – Configuração base-comum

• Na região ativa para o base-comum– Polarizar diretamente BASE-EMISSOR

– Polarizar reversamente BASE-COLETOR

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• Na região de CORTE:– Polarizar REVERSAMENTE a BASE-EMISSOR e BASE-COLETOR

• Na região de SATURAÇÃO:– Polarizar DIRETAMENTE a BASE-EMISSOR e BASE-COLETOR

• No modo ativo temos a relação:III += α


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• Modelo simplificado (IC ≈ IE e IB ≈ 0mA)

CBOECIII += α

• Ação de amplificação de tensão do BC:

– Resistência de entrada versus saída

– Exemplo: considere a figura abaixo e uma resistência de entrada de 20Ω (típico de diodo polarizado diretamente)


A amplificação de tensão será 50V/200mV = 250 vezes!

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Polarização CC omitida

• A amplificação aconteceu porque transferiu I de um circuito de baixa resistência para um de alta resistência

TRANSFERÊNCIA + RESISTOR = TRANSISTOR

3 – Configuração em emissor-comum (EC)

Sec. 3 – Configuração emissor-comumCapítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares

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• Características de entrada e saída

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 3 – Configuração emissor-comum

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• Note que para IB=0, temos IC» 0

Considerando IB=0 e α=0,995 temos:

Assim, IB=0 para definiremos o parâmetro ICEO

αα

ααα

−+

−=→++=→+=

11)( CBOB

CCBOBCCCBOEC

IIIIIIIIII

CBOCII 200=

1−=

αCBO

CEO

II


• Relembre o parâmetro β para o EC

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0I para B1 =−α

CEO

B

C

CC

I

I=β

constanteVCE =∆

∆=

B

C

ca

I

Iβ

ou hFEou hfe

• Exemplo: estimar βca e βcc para o ponto Q e suas excursão CA

– e


B

C

cc

I

I=β

teconVB

C

ca

CB

I

I

tan=∆

∆=β

Sec. 3 – Configuração emissor-comum

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• Algumas relações importantes

Considerando que

temosE

C

I

I=α

B

C

I

I=β

βαC

C

C

BCE

II

I

III

+=

+=


Outras relações básicas:

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βα

1+=

β

βα

α

αβ

−=

1

BCII β=

BEII )1( += β

• Alta impedância de entrada e baixa de saída

4 – Configuração em coletor-comum (CC)

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 4 – Configuração coletor-comum

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• CC tem curvas características semelhantes ao EC

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 4 – Configuração coletor-comum

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5 – Interpretação dos dados do TBJ• Limites de operação

– Variar Vcc e medir IC e VCE

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 5 – Interpretação dos dados do TBJ

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• Análise de datasheets

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 5 – Interpretação dos dados do TBJ

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• A reta de carga (EC com polarização da base):

6 – A reta de cargaCapítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 6 – A reta de carga

– Saturação

• O diodo coletor NÃO está reversamente polarizado

• Máxima corrente possível para o coletor

– Corte

• IB=0 e IC≈0 (existe uma pequena corrente de corte do coletor)

• Máximo VCE possível23

Variações de IB

Variações de Rc


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Variações de Rc

Variações de Vcc

• Ponto de operação quiescente (Q):– Considere o circuito abaixo de um β =100

– Considere um β variando entre 50 e 150

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 6 – A reta de carga

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• Identificação da saturação– A) Redução ao absurdo: Calcule IB, IC e VCE considerando o

transistor na região ativa e veja se tem resultados absurdos

– B) Estime IC(sat)

– Observação: quando saturado, o ganho de corrente é menor!


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• Saturação forte: existe IB mais do que suficiente para saturar o transistor

• Regra 10:1 (só quando VBB=VCC)


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• Tempos do transistor no corte/saturação


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• Modelo transistor

• Respostas CC e CA– A amplificação CA é a transferência de energia das fontes CC

(polarização).

– Projeto: análise CC e CA

7 – Operação do TBJ

Capítulo 3 – Fundamentos dos transistores bipolares Sec. 7 – Operação do TBJ

– Projeto: análise CC e CA

– Teorema de superposição

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• EC com polarização da base:

– Muito usado para corte/saturação

– Pouco usado na região ativa: grandes variações de β


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• Polarização do emissor

– Ponto Q mais estável


– Polarização base: corrente fixa na base

– Polarização emissor: corrente fixa no emissor

– Menor efeito de β pois:

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E

cc

cc

CII

1+=

β

β

• Exemplo aplicação: acionador de LED

– Polarização da base fortemente saturado


– Polarização emissor

• Independe da queda de tensão no LED

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• O fototransistor

– Mais sensível a luz que o fotodiodo


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• Exemplo 1: Determine para a configuração abaixo os valores IB, IC, VCE, VB, VC, VBC

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• Exemplo 2: Determine para a configuração abaixo os valores IB, IC, VCE, VB, VC, VE, VBC

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