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1
EE530 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett
4A - Física do Transistor Bipolar de Junção (TBJ)
• Introdução e evolução do transistor• Estrutura Física e Modos de Operação• Operação do Transistor npn no Modo Ativo• Transistor pnp• Símbolos para Circuitos e Convenções
2
Evolução da Eletrônica transistorizada19581947 1961 1997
1 transistor 7,5 M transistores
2
Comparativo e evolução da tecnologia para microprocessadores
8-Core Itanium
3,100,000,000 2012 Intel 32 nm * 544 mm²
62-Core Xeon Phi
5,000,000,000 2012 Intel 22 nm
3
Intel 4004 2,300 1971 Intel 10 µm 12 mm²
Nome nº de transistores ano Fabricante Pitch Área de Si
*
Circuitos conceituais
• Amplificador
• Chave
4
outV
in
VA
V= =
3
Transistor bipolar
N 5
Estrutura Símbolo
Análise preliminar das correntes envolvidas em um transistor operando na região ativa
6
4
N 7
Estrutura simplificada de um transistor NPN
Fig. 4.1
Exemplo: Assuma que o NPN tenha a JEB diretamentepolarizada e a JCB reversamente polarizada.Esboce os limites das camadas de depleção e aponte a direçãodos campos elétricos nas junções.
NDE >> NAB > NDC
N 8Fig. 4.3
Transistor NPN operando no modo ativo
Difusão de elétrons Deriva de elétrons
Difusão de lacunas
5
N 9
Correntes em um NPN operando na região ativa
EI CI
BI
BEV CBV
Fluxo convencional
N 10
Corrente no emissor devido a difusão de elétrons
0( ) (0) exp BE Tp p E n p V
n E n E n
dn x n A qD nI A qD A qD
dx W W
= = − = −
v /
Difusão:
0(0) exp BE TVp pn n= v /
0( ) exp BC TVp pn W n= v /
6
N 11
Corrente de coletor
0 exp BE TE n p VC n
A qD ni I
W= = v /
0E n pS
A qD nI
W=
exp BE TVC Si I= v /
IS =AEqDnni
2
N AW
A maioria dos elétrons que se difundem pela basealcançarão os limites da região de depleçãocoletor-base. Devido a ação do campo elétrico,estes elétrons serão transpostos para o coletoratravés do mecanismo de deriva.
2
0i
pA
nn
N=
N 12
Corrente de base
Corrente de base ( iB ) =
Corrente de difusão de lacunas da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 )
2
1 exp BE TE p i VB
D p
A qD ni
N L= v /
Componente de Difusão:
7
N 13
iB2 =Qn
τ b
1
2(0)n pEQ A nq W= ×
2
e p2
x BE TE Vin
A
n
N
A qWQ = v / 2
2
1exp
2BE TVE i
Bb A
A qWni
N=
τv /
Corrente de base – Componente de recombinação (iB2)
2
Carga de minoritários
Tempo de vida médio do elétron minoritário na baseBi =
N 14
Corrente de base
Corrente de difusão de lacunas da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 ) =
Corrente de base ( iB )
2
2
1exp
2BE TVE i
Bb A
A qWni
N=
τv /
2
1 exp BE TE p i VB
D p
A qD ni
N L= v /
2
1 2
1exp
2BE Tp VA
B B B Sn D p n b
D N W Wi i i I
D N L D
= + = + τ
v /
exp BE TVS CB
I ii = =
β βv / β é o ganho de corrente de
emissor comum
+
=
8
N 15
Ganho de corrente de emissor comum (NPN)
CB
ii =
β
β = 1/Dp
Dn
N A
ND
WLp
+ 12
W 2
Dnτb
Como β pode ser maximizado
N 16
Quatro pontos de vista a respeito do controle da corrente de coletor iC
• iC é controlada por vBE
• iC é controlada por iE• iC é controlada por iB• iC é controlada pelo excesso de carga na
base
9
Transistor bipolar como fonte de corrente
• Modelamento como fonte de corrente e sua característica I/V
• Modelo genérico para grandes sinais na região ativa
17
N 18
Modelos Equivalentes para grandes sinais
10
Características I versus V
N 19
N 20
Estrutura dos transistores bipolares reais
11
N 21Fig. 4.7
Transistor PNP operando no modo ativo
Deriva de lacunasDifusão de lacunas
Difusão de elétrons
N 22
Modelo para grandes sinais do pnp
Base ComumiC contrololada por vEB
Emissor ComumiC contrololada por vEB
12
N 23
Símbolos
N 24
Polaridades
13
N 25
Resumo das equações para o TBJ no modo ativo
expC Si I= BE Tv /V
exp BE TVC SB
i Ii
= = β β
v /
exp BE TVC SE
i Ii
= = α α
v /
Nota: Para o transistor pnp, substitua vBE por vEB
iC = αiE iB = (1 − α)iE =iE
β + 1
iC = β iB iE = (β + 1)iB
β = α1 − α α =
ββ + 1
VT = tensão térmica = kT/q ≅ 25 mV a temperatura ambiente
N 26
Sugestão de estudo
• Sedra/Smith cap. 4 seções 4.1 até 4.4• Razavi, cap. 4
Para saber mais:
Paul R. Gray e Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog integrated Circuits, John Wiley & Sons
14
N 27
FIM
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![D v µ v } W } } d v ( } u } / v o / v µ ] ] t P ] } v ^d D](https://img.document.onl/doc/110x75/618a7a776e7e510bdc631470/d-v-v-w-d-v-u-v-o-v-t-p-v-d-d-.jpg)
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