1

N 1

EE530 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett

Aula N- Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

• Introdução• Estrutura Física e Modos de Operação• Operação do Transistor npn no Modo Ativo• Transistor pnp• Símbolos para Circuitos e Convenções

N 2

Primeiro Transistor

John Bardeen and Walter Brattain

Bell Labs

16 de Dezembro de 1947

2

N 3

Evolução …

Intel Pentium IIClock: 233MHz

Número de transistors: 7.500.000Gate Length: 0.35 µm

Primeiro circuito integrado

Jack S. Kilby, Texas InstrumentsContinha cinco componentes, três tipos:

Transistores, resistores e capacitores

19581958 19971997

N 4

E depois?

Tubes Semiconductors

MOS CMOS

Transistor IC ULSI ?????

1950 1960 2000

plastic electronics

optics

nanoelectronics

MEMS

biosensors

molecular nanotechnology

magnetoelectronics

2030

Fonte: IMEC

3

N 5

Estrutura simplificada de um transistor NPN

Fig. 4.1

Exemplo: Assuma que o NPN tenha a JEB diretamente polarizada e a JCB reversamente polarizada.Esboce os limites das camadas de depleção e aponte a direção dos campos elétricos nas junções.

NDE >> NAB > NDC

N 6Fig. 4.3

Transistor NPN operando no modo ativo

Difusão de elétrons Deriva de elétrons

Difusão de lacunas

4

N 7

Correntes em um NPN operando na região ativa

EI CI

BI

BEV CBV

Fluxo convencional

N 8

Corrente de emissor

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 /

5

N 9

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 alcançarão os limites da região de depleção coletor-base. Devido a ação do campo elétrico, estes elétrons serão transpostos para o coletor através do mecanismo de deriva.

2

0i

pA

nnN

=

N 10

Corrente de baseCorrente 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:

6

N 11

iB2 =Qn

τ b

12

(0)n pEQ A nq W= ×

2

e p2

x BE TE Vin

A

nN

A qWQ = v / 2

21 exp2

BE TVE iB

b A

A qWniN

=τ

v /

Corrente de base – Componente de recombinação (iB2)

2Carga de minoritários

Tempo de vida médio de um elétron minorit.Bi =

N 12

Corrente de base

Corrente de difusão de lacunas da base para o emissor ( iB1 ) +

Recombinação na base ( iB2 ) =

Corrente de base ( iB )

2

21 exp2

BE TVE iB

b A

A qWniN

=τ

v /

2

1 exp BE TE p i VB

D p

A qD ni

N L= v /

2

1 21 exp2

BE Tp VAB B B S

n D p n b

D N W Wi i i ID N L D

= + = + τ

v /

exp BE TVS CB

I ii = =β β

v / β é o ganho de corrente de emissor comum

+

=

7

N 13

Ganho de corrente de emissor comum (NPN)

CBii =β

β = 1/Dp

Dn

N A

ND

WLp

+ 12

W 2

Dnτb

Como β pode ser maximizado

N 14

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

8

N 15

Modelos Equivalentes para grandes sinais

Base comum

Emissor comum

N 16

Curva de Gummel e o índice de eficiência

exp BE TnVC Si I= v /

9

N 17

Estrutura dos transistores bipolares reais

N 18Fig. 4.7

Transistor PNP operando no modo ativo

10

N 19

Modelo para grandes sinais do pnp

Base ComumiC contrololada por vEB

Emissor ComumiC contrololada por vEB

N 20

Símbolos

11

N 21

Polaridades

N 22

Resumo das equações para o TBJ no modo ativo

expC Si I= BE Tv /V

exp BE TVC SBi 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 =

iEβ + 1

iC = β iB iE = (β + 1)iB β = α

1 − α α =β

β + 1

VT = tensão térmica = kT/q ≅ 25 mV a temperatura ambiente

12

N 23

Sugestão de estudo

• Sedra/Smith cap. 4 seções 4.1 até 4.4

Para saber mais:

Paul R. Gray e Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog integrated Circuits, John Wiley & Sons