11

Eletrônica II

Germano Maioli Penello

gpenello@gmail.com

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html

Aula 13

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Pauta (T3 e T4)

BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211

CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311

CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411

DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611

FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911

GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211

GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911

HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111

HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211

LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111

LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911

NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111

TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211

ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711

BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611

FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411

GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311

HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311

HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011

HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311

IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611

JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011

LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211

33

Pauta (T5 e T6)

ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411

BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811

FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511

HELDER NERY FERREIRA 200620350811

ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011

JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111

JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811

LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111

MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611

MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511

NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911

PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011

RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111

VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011

VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611

VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411

ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011

BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011

CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911

DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011

GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211

ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911

LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111

LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311

LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211

MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611

MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511

RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211

RICARDO ALVES BARRETO 200420419111

WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711

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Transistor de junção bipolar

Da mesma forma que vimos o MOSFET, apresentaremos agora o BJT

• Estrutura física

• Como a tensão entre dois terminais controla a corrente e qual a

equação que descreve esta relação IxV

• Como analisar e projetar circuitos com BJT

• Como construir um amplificador linear

• Configurações de amplificadores

• Circuitos com componentes discretos.

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BJT – estrutura físicaPolarização das junções

Duas junções pn:

Junção emissor-base (EBJ)

Junção coletor-base (CBJ)

A região ativa é utilizada para construit um amplificador

As regiões de saturação (não confundir com o MOSFET!) e corte são

utilizadas para chaveamento

Ver modelo de

Ebers-Moll

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BJT – região ativa

IS é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente

proporcional à área da EBJ.

IS ~ 10-12 a 10-18 A

(extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C)

VT ~25 meV (@300K)

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BJT – região ativa

Corrente de base (duas componentes)

h+ injetados no emissor – iB1 h+ fornecidos para a recombinação – iB2

iB = iB1 + iB2

Proporcional à corrente coletada:

β é um parâmetro do transistor (50 ~200)

Chamado de ganho de corrente de emissor

comum

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BJT – região ativa

Corrente de emissor

Regra dos nós � iE = iC + iB

Ex: Se β = 100, α = 0.99 α é chamado de ganho de corrente de base comum

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BJT

http://php.scripts.psu.edu/users/i/r/irh1/SWF/Semiconductors.swf

Acompanhe a animação a partir de Diodo/rectifier

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BJT – símbolo e

resumo da região ativa

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Efeito Early

Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE

Valores de tensão baixos

(VCB < -0.4V), CBJ está

polarizado diretamente e

estamos na região de

saturação.

VCB > -0.4V, CBJ está

polarizado reversamente e

estamos na região ativa.

E

B

Sat

Ativa

~0,4V

~0,3V

12

Exercício

13

Exercício

Note que os dois transistores não conduzem

simultaneamente.

VBE Q1 = VEB Q2

Se EBJ de Q1 está polarizado diretamente,

EBJ de Q2 está polarizado reversamente

Neste caso, Considerando que Q2 conduz

(Q1 em corte):

Corrente flui do R1k para a base de Q2. Portanto, a base está em um potencial negativo

e a corrente deveria fluir da base para o potencial +5V, o que é um impossível!

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Exercício

5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0

IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA

Corrente flui do R1k para a base de Q2. Portanto, a base está em um potencial

negativo e a corrente deveria fluir da base para o potencial +5V, o que é um

impossível! Com isto, percebemos que Q1 conduz enquanto Q2 está em corte.

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Exercício

IE = 0.039 x (101) = 3.9 mA

VE = 3.9 m x 1k = 3.9V

VB = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V

BJT como amplificador

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BJT tem que estar na região ativa (fonte de corrente controlada por tensão)

Corrente ic em função de vBE

Claramente não linear (relação exponencial)

Desejamos um amplificador de tensão. Como fazer para que uma

fonte de corrente seja transformada em uma fonte de tensão?

Já fizemos algo similar com o MOSFET!

BJT como amplificador

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vCE

BJT como amplificador

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Na região ativa:

Relação não linear!

vCE

BJT como amplificador linear

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Polarizando o BJT

Ponto de operação DC (quiescente)

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BJT como amplificador linearSuperpondo AC e DC:

O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude.

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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno

Inclinação da reta no ponto Q

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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno

23

BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno

Ganho negativo!

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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno

Ganho negativo!

Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão

em Rc e a tensão térmica.

Ainda não estamos nomeando as configurações dos amplificadores, mas

baseado no que aprendemos no MOSFET, qual é o nome desta configuração?

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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno

Ganho negativo!

Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão

em Rc e a tensão térmica.

Alto VRc causa baixo vCE limitando a varredura de

sinal negativos na saída.

Aproximação de sinal pequeno

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Análise DC: Incluindo fonte de tensão AC:

Aproximação de sinal pequeno

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Análise DC: Incluindo fonte de tensão AC:

Aproximação de sinal pequeno

28

Análise DC: Incluindo fonte de tensão AC:

Aproximação de sinal pequeno:

Se vbe << Vt, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência

(série de taylor)

Aproximação de sinal pequeno

29

A aproximação só é válida quando vbe << Vt.

Para fins práticos, à temperatura ambiente (Vt ~ 25mV) � vbe < 10mV.

Dentro desta aproximação:

Aproximação de sinal pequeno

30

A aproximação só é válida quando vbe << Vt.

Para fins práticos, à temperatura ambiente (Vt ~ 25mV) � vbe < 10mV.

Dentro desta aproximação:

A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC

Aproximação de sinal pequeno

31

A aproximação só é válida quando vbe << Vt.

Para fins práticos, à temperatura ambiente (Vt ~ 25mV) � vbe < 10mV.

Dentro desta aproximação:

A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC

Analisando a componente AC:

Chamamos gm de transcondutância

� Onde:

Transcondutância

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A transcondutância do BJT é

proporcional à corrente IC

Para que a transcondutância seja

previsível, precisamos de IC estável

(ponto quiescente estável)! E

também temperatura estável.

IC ~ 1mA � gm ~ 40 mA/V (transcondutância maior que do MOSFET)

Segmento linear na curva exponencial

iB e resistência de entrada na

baseResistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

33

iB e resistência de entrada na

base

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Resistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de

entrada na base

Só estamos interessados na corrente de sinal

portanto

iB e resistência de entrada na

base

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Resistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

rπ é proporcional a β e inversamente proporcional à corrente de base IB (consequentemente à corrente de polarização IC)

iE e resistência de entrada no

emissor

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Resistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

iE e resistência de entrada no

emissor

37

Resistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

Calculando a corrente ie, determinamos a resistência de

entrada no emissor

Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal

Portanto,

iE e resistência de entrada no

emissor

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Resistência vista pela fonte de sinal AC:

A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

Relação entre re e rπ

�

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(a) Calcular IC.

A partir de IC, calcular VBE

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(b) Relacione vCE com vBE e utilize a equação

Daria para utilizar a transcondutância?

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(c) Limite da saturação? Corrente neste limite? Novo vBE? Diferença entre o novo vBE e o

antigo?

vCE

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(d) Para vCE = 0.99VCC, qual a nova corrente?

Qual o novo vBE? Qual é a variaçã em vBE?

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