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1 1 DELET - EE - UFRGS Citcuitos Eletrônicos I ENG 04077 TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR - TJB Prof. Dr. Hamilton Klimach ENG-04077CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 2 Dispositivos Eletrônicos Elementares ATIVOS (amplificação) PASSIVOS (relação IxV) Transistor de Junção Bipolar BJT Transistor de Efeito de Campo FET NPN PNP de Junção JFET de Porta Isolada MOSFET Canal N Canal P Lineares Não-Lineares Não-reativo: R Reativos: L, C Diodos Termistores Varistores ... DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS

Prof. Dr. Hamilton Klimach - UFRGS · TBJ NPN TBJ PNP i B v B i C i v C v i C≈ βi B i E i v E v C C i C≈ βi B O TBJ entra em CORTE quando a junção B-E estiver com polarização

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1

1

DELET - EE - UFRGS

Citcuitos Eletrônicos I

ENG 04077

TRANSISTOR DE JUNÇÃO

BIPOLAR - TJB

Prof. Dr. Hamilton Klimach

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 2

Dispositivos Eletrônicos

Elementares

ATIVOS

(amplificação)

PASSIVOS

(relação IxV)

Transistor de

Junção Bipolar

BJT

Transistor de

Efeito de Campo

FET

NPN

PNP

de Junção

JFET

de Porta Isolada

MOSFET

Canal N

Canal P

Lineares

Não-Lineares

Não-reativo: R

Reativos: L, C

Diodos

Termistores

Varistores

...

DISPOSITIVOS

ELETRÔNICOS

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2

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I

Transistor Bipolar de Junção

• Diversos tamanhos e encapsulamentos,

conforme aplicação (limites de potência,

frequência, tensão, corrente etc)

3

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 4

Transistor Bipolar de Junção

Estrutura básica do TBJ - NPN

• Duas junções – Três camadas – NPN

• Camada intermediária muito fina (BASE)

• Camada do Emissor é mais fortemente dopada (NE > NB > NC)

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3

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 5

Transistor Bipolar de Junção

Estrutura básica do TBJ - PNP

• Duas junções – Três camadas – PNP

• Camada intermediária muito fina (BASE)

• Camada do Emissor é mais fortemente dopada (NE > NB > NC)

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 6

TBJ NPN – Operação

Junção BE:

• Polarização direta

• Existem mais portadores majoritários (e-) na região de emissor, apenas poucos elétrons que atravessam a junção se recombinam com lacunas (IB).

• A maioria dos elétrons livres que atravessa a junção se mantém como elétrons livres na base.

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4

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 7

TBJ NPN – Operação

• Como a base é muito fina, muitos destes elétrons livres se aproximam da junção BC (deslocam-se por difusão).

• A presença do campo elétrico resultante da tensão VCB faz com que os elétrons livres da base sejam “atraídos” para o coletor, formando a corrente IC.

• Como os elétrons que chegam ao coletor foram gerados juntos com os que se recombinaram na base, existe uma proporcionalidade entre IC e IB. (IC=βIB)

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 8

TBJ NPN – Operação

• Como o número de elétrons que não se recombina na base (IC) é resultado da alta concentração de impurezas no emissor, a relação entre IC e IB (β) é proporcional a relação de entre NE e NB .

• Como o número de elétrons que chega ao coletor é função da espessura da base (wB), o ganho de corrente (β) é inversamente proporcional wB.

• A junção B-E se comporta exatamente como um diodo.

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5

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 9

TBJ NPN – Operação

• A princípio, a captura de elétrons pelo coletor independe do valor de VCB (VCB > 0), portanto o coletor se comporta como uma fonte de corrente.

• De fato, o potencial VCB determina a largura da zona de depleção nesta junção, fazendo com que o valor efetivo de wB varie. Isso faz com que a IC apresente uma pequena dependência de VCB.

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 11

TBJ NPN – Fabricação

Espessura da Base

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6

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 12

TBJ NPN – Regiões de Operação

• Polarização Direta:

Tensões ou correntes aplicadas em sentido direto

– Ativa: correntes e tensões diferentes de zero

– Corte: corrente de coletor zero

– Saturação: tensão coletor-emissor próx. a zero

• Polarização Reversa:

Tensões ou correntes aplicadas em sentido contrário

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 13

TBJ NPN – Regiões de Operação

Região Ativa x Saturação

corte

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7

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 14

TBJ NPN - modelos

Modelo “T” para Região Ativa

EFC ii

EFB ii 1

SECTBE IinVv ln

T

BE

nV

v

SEC eIi

FCE ii

EFB ii 1

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 15

TBJ NPN - modelos

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

T

BE

nV

v

SBB eIi

BFC ii BFE ii 1

CBE iii

Modelo “Pi” para Região Ativa

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8

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 16

TBJ NPN - modelos

Ganho de corrente DC – BC 546/7/8

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 17

TBJ NPN - modelos

Modelo para Região Reversa

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9

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 18

TBJ NPN - modelos

Modelo de Ebers-Moll

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 19

TBJ NPN - modelos

Modelo Gummel-Poon: variante do modelo Ebers-

Moll, com a inclusão de resistências e capacitâncias

parasitas.

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10

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 20

Operação no Modo Ativo

TBJ PNP

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 21

Modelo para Região Ativa – Grandes Sinais

TBJ PNP - modelos

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11

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 22

TBJ PNP - modelos

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

T

EB

nV

v

SBB eIi

BFC ii BFE ii 1

CBE iii

Modelo Simplificado para Região Ativa

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 23

TBJ PNP e NPN - Símbolos

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ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 24

Comportamento IC x V

BE

Característica IC x VBE do Transistor npn Comportamento com a Temperatura

de IC x VBE

T

BE

nV

v

SBB eIi BFC ii CmVT

VBE

/2

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 25

Comportamento de β (hFE

) com T

• Beta aumenta com a temperatura, pois o processo de difusão de portadores na base se intensifica.

• Beta não é exatamente constante, mas varia pouco dentro da faixa de correntes usual.

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ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 26

Circuito de ensaio

Comportamento de IC x VCB

Comportamento IC x V

CB

Comportamento de Fonte de Corrente

(aproximado)

Ruptura reversa

da junção CB

Saturação: corrente

passa a depender

fortemente de VCB

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 27

Comportamento IC x V

CE

• Um incremento em IB implica em incremento

em IC

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ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 29

Dependência de IC com V

CE

• Para cada vBE temos um iB diferente

• Com aumento de VCE vemos que a corrente de coletor NÃO é constante – Efeito Early – diminuição da largura efetiva da região de Base – resulta em aumento de IC

– Modelo de Fonte de Corrente em paralelo a um resistor

– VA é denominada de tensão de Early.

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 30

Modelo de Grandes Sinais c/ Efeito

Early

Emissor Comum

PNP NPN

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15

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 31

Transistor Bipolar de Junção

- Polarização -

31

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 32

PNP

TBJ Polarização Direta

NPN

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16

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 33

Modelos de Polarização – Reg. Ativa

TBJ NPN TBJ PNP

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

Para que o TBJ

esteja na região

ATIVA é

necessário que a

junção B-E esteja

polarizada

diretamente com

uma tensão

suficiente para

que haja corrente

na BASE.

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 34

Modelos de Polarização – Corte

TBJ NPN TBJ PNP

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

iB

vB

iC

vC

iC≈ βiB

iE

vE

O TBJ entra em

CORTE quando a

junção B-E

estiver com

polarização

insuficiente para

que haja corrente

na BASE. Assim

a corrente de

COLETOR

também é “zero”,

pois iC=βiB.

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17

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 35

Modelos de Polarização – Saturação

TBJ NPN TBJ PNP

iB

vB

iC

vC

VCESAT

iE

vE

iB

vB

iC

vC

VCESAT

iE

vE

Em

SATURAÇÃO a

relação iC=βiB

NÃO É

VÁLIDA!

Nesta condição

pode-se inclusive

ter a corrente de

base maior que a

de coletor.

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 36

Polarização do TBJ

• VBB e RB determinam a corrente iB=IBQ (quiescente)

• A corrente iC=ICQ (quiescente) é proporcional: ICQ=βxIBQ

• vCE=VCEQ é definido por ICQ e RC

BBEQBBBQ RVVI

CCQCCCEQ RIVV

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18

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 37

Polarização do TBJ

Interpretação gráfica – Malha Base-Emissor – Região Ativa

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 38

Polarização do TBJ

Interpretação gráfica – Malha Coletor-Emissor – Região Ativa

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19

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 39

TBJ NPN – Exemplo de Polarização

• Considere:

– VBE = 0,7V

– β = 100

• Calcular RC e RE

para:

VC = 5V e IC = 2mA

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 40

TBJ PNP – Exemplo de Polarização

• Considere:

– VEB = 0,7V

– β = 50

• Calcular VB, VC e VE

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20

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 41

Polarização com Fonte Única

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 42

Mais de um Transistor

VBE1 = VEB2 = 0,7V

β = 100

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21

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 43

Autopolarização

CECCBBBECE

CB

BECCB

BE

BEBBCECC

RIVRIVV

RR

VVI

II

VRIRIV

)1(

)1(

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 44

Reflexão de Impedância - malha B-E

RE

VBB

IC

IB IE

RB

RE

VBB

IC

IB

RB/(1+β)

IE

(1+β)RE

VBB

IC

IB IE

RB

EB

BEBBB

BE

EEBEBBBB

RR

VVI

II

RIVRIV

1

1

EB

BEBBB

BE

EEB

EBEBB

RR

VVI

II

RIR

IVV

1

1

1

EB

BEBBB

BEEBBBBB

RR

VVI

VRIRIV

1

1

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22

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 45

Transistor Bipolar de Junção

- Sinal -

45

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 46

Polarização do TBJ

• VBB e RB determinam a corrente iB=IBQ (quiescente)

• A corrente iC=ICQ (quiescente) é proporcional: ICQ=βxIBQ

• vCE=VCEQ é definido por ICQ e RC

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23

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 47

Polarização do TBJ

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 48

Efeito do Sinal sobre o Ponto Q

• O sinal vi de entrada provoca uma pequena variação ΔIB=ib , de modo que iB=IBQ + ib e vBE=VBEQ + vbe ,

• A corrente iC sofre uma variação proporcional ΔIC=ic=βib , de modo que iC=ICQ + ic

• vCE varia no entorno de VCEQ , ou vCE=VCEQ + vce , sendo vce uma variação proporcional à ic

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24

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 49

Efeito do Sinal sobre o Ponto Q

Determinação gráfica das

componente de sinal vbe

, ib, i

c, e v

ce

quando um sinal vi é aplicado

(superposto) à tensão DC VBB

.

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 50

Limites de Excursão de Sinal

Aplicando-se um sinal a QA,

este corta antes de saturar.

Com QB, este satura antes de

cortar.

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25

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 51

O TJB como Amplificador

• Um sinal é aplicado à Base

• A saída é o Coletor do Transistor

• A amplitude na saída é maior que na entrada

• O circuito funciona como um amplificador

Circuito

Emissor Comum básico

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 52

Considerações sobre o TBJ

• VBEQ: entre 0,6V e 0,7V (quando conduzindo)

• rbe:

• Deriva térmica de VBE com a Temperatura

• Ganho de corrente

BQBQ

Tbe

b

bebe

I

mV

I

nVr

i

vr

26 ;

C

mV-

T

vo

be 5,2 a 2

ECBEBC

E

C

b

cfe

B

CFE

IIIIII

I

I

i

ih

I

Ih

1 ;)1( ;

1 ;

1 1)(

(sinal) (DC)

npn pnp

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26

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 53

Transistor Bipolar de Junção

- Estabilidade de Ponto Q -

53

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 54

Estabilizando o Ponto Q contra

variações de β

RE

VCC

RC

RB

VBB

IC

IE IB CB

E

BEBBE

EB

EEBEBBBB

IR

R

VVI

II

RIVRIV

)1(

)1(

E

BEQBB

CQB

ER

VVI

RRSe

)1(:

cerca de 10x

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27

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 55

Estabilizando o Ponto Q contra

variações de VBE

%100%100

1

%

1

BEQBB

BE

E

BEQBB

BE

E

CQ

CQ

BE

E

CQ

VV

TT

V

R

VV

TT

V

R

I

I

T

V

RT

I

E

BEQBB

CQB

ER

VVI

RRConsidere

)1(:

BEQ

CQ

CQ

BE

BB V

I

I

TT

V

V

%100

%

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 56

Estabilizando o Ponto Q contra

variações de VBE

: Exemplo

VV

CC

mV

V

I

I

TT

V

V BEQ

CQ

CQ

BE

BB 45,17,0%100%10

305,2

%100

%

Exemplo:

Qual o VBB mínimo que garante uma variação máxima de 10% em

ICQ, para uma variação de temperatura ΔT = 30oC?

Considere:

VBEQ = 0,7V e ΔVBE/ΔT = -2,5 mV/oC

Conclusão:

É necessário que VBB ≥ 1,45 V, para garantir a variação máxima de

10% em ICQ, para uma variação de temperatura ΔT = 30oC.

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28

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 57

Transistor Bipolar de Junção - Capacitores de desacoplamento e

passagem -

57

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 58

Capacitores de desacoplamento DC

• A conexão da CARGA e da FONTE DE SINAL a um amplificador

transistorizado é geralmente feita através de capacitores de desacoplamento DC

(CB e CC).

• A função destes capacitores é evitar que a carga ou a fonte de sinal interfiram no

ponto quiescente do transistor.

• Estes capacitores são dimensionados de forma que suas reatâncias representem

um valor desprezível, frente às impedâncias a que estão conectados, para toda a

faixa de freqüências do amplificador.

sinal vO RL vi

AMPL

VCC

sinal

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

CC

RL

fCXC

2

1

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29

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 59

Capacitores de desacoplamento DC

C

β.ib vbe vce rbe

ib ic B

E R2 R1 RC vo

io

vi

ii

RL

RE

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

CC

RL

RE

VCC

RC

RB

VBB

IC

IE IB

Polarização:

•XC→ ∞

•Fontes fixas que variam com t morrem

•Modelo do TJB para polarização

Sinal:

•XC→ 0

•Fontes fixas que não variam com t morrem

•Modelo do TJB para sinal

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 60

Capacitores de desacoplamento DC

C

β.ib vbe vce rbe

ib ic B

E R2 R1 RC vo

io

vi

ii

RL

RE

RE

VCC

RC

RB

VBB

IC

IE IB

Polarização: Sinal:

)1(

BE

BEQBB

EQCQ

EEBEBBBB

RR

VVII

RIVRIV

Ebe

LC

i

oV

EbbebiLCbo

Rr

RR

v

vA

RirivRRiv

)1(

)//(

)1()//(

E

BEQBB

CQ

BE

R

VVI

RRSe

)1(:

be

LCV

E

r

RRA

RSe

)//(

0:

Estabilidade

de ponto Q

Aumento de

Ganho

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30

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 61

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

CE

CC

RL

Capacitor de passagem (bypass)

RE

VCC

RC

RB

VBB

IC

IE IB

Polarização:

•XC→ ∞

•Fontes fixas que variam com t morrem

•Modelo do TJB para polarização

Sinal:

•XC→ 0

•Fontes fixas que não variam com t morrem

•Modelo do TJB para sinal

C

β.ib vbe vce rbe

ib ic B

E R2 R1 RC vo

io

vi

ii

RL

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 62

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

CE

CC

RL

Capacitor de passagem (bypass)

Polarização:

•IBQ= 12,2μA

•ICQ= 3,66mA

•VCEQ= 7,13V

Sinal:

•rbe= VT/IBQ= 2,14k

•Sem CE: AV= -2,44

•Com CE: AV= -115,6

Considerando:

•R1= 10k; R2= 1,8k; RC= 1k

•RE= 330Ω; RL= 4,7k;

•VCC= 12V

•VBEQ= 0,6V; β= 300

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31

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 63

Transistor Bipolar de Junção

- Excursão de Sinal de Saída -

63

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 64

Excursão de Sinal de Saída

vg

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

VCEMAX=VCC

vCE

iC

VCEQ1

Q1

0

EC

CECCC

EC

EECECCCC

RR

vVi

ii

RivRiV

ICMAX=

VCC/(RC+RE)

ICQ1

inclinação:

K=1/(RC+RE)

CORTE

IC = 0

SATURAÇÃO

VCE ≈ 0

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32

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 65

Excursão de Sinal de Saída

vg

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

VCEMAX=VCC

vCE

iC

VCEQ2

Q2

0

EC

CECCC

EC

EECECCCC

RR

vVi

ii

RivRiV

ICMAX=

VCC/(RC+RE)

ICQ2

CORTE

IC = 0

SATURAÇÃO

VCE ≈ 0

inclinação:

K=1/(RC+RE)

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 66

Excursão de Sinal de Saída

vg

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

VCEMAX=VCC

vCE

iC

VCEQ=VCEMAX/2

QMES

0

EC

CECCC

EC

EECECCCC

RR

vVi

ii

RivRiV

ICMAX=

VCC/(RC+RE)

ICQ

metade da

reta de carga

inclinação:

K=1/(RC+RE)

Máxima Excursão

Simétrica (MES)

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33

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 67

Excursão de Sinal de Saída

EC

CECCC

EC

EECECCCC

RR

VVI

II

RIVRIV

vg

R1

R2

VCC

RC

RE

CB vO

vi

vCE

CE

CC

RL

C

β.ib vce

ic

E

RC vo

io

RL

LC

cec

ceECc

ec

RR

vi

vRRi

ii

//

)//(0

Polarização:

Sinal:

•Quando há capacitores na malha C-E, o

comportamento desta malha para

polarização é diferente do para sinal.

•Isso faz com que tenhamos 2 retas de

carga, uma DC (polarização) e outra AC

(sinal).

•O ponto de cruzamento destas retas é

sempre o ponto Q.

VCC

RC

RE

VCE

IE

IC

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 68

Excursão de Sinal de Saída

VCEMAX=VCC

vCE

iC

VCEQ2

Q1

0

ICQ2

KDC=1/(RC+RE)

KAC=1/(RC//RL)

ECCE

CDC

EC

CECCC

RRV

IK

RR

VVI

1

LCce

cAC

LC

cec

RRv

iK

RR

vi

//

1

//

Polarização:

Sinal:

Q2

ICQ1

VCEQ1

ICMAX

O ponto Q é determinado através do

ajuste da polarização B-E. corte

ic = 0

saturação

vce ≈ 0

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34

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 69

Excursão de Sinal de Saída - MES

VCEMAX

vCE

iC

VCEQMES

QMES

0

ICMAX

ICQMES

metade da

reta de carga AC

KDC=1/REQ_DC

KAC=1/Req_AC

DCEQ

DCR

K_

1

ACeq

ACR

K_

1

Polarização (reta DC):

Sinal (reta AC):

REQ_DC: resistência equivalente vista

pelos terminais C-E para DC, com as

fontes mortas.

Esta reta é definida pelos pontos VCEMAX

(corte) e ICMAX (saturação).

Req_AC: resistência equivalente vista

pelos terminais C-E para AC , com as

fontes mortas.

Esta reta é definida pelo ponto Q e por

KAC.

Generalizando:

Máxima Excursão

Simétrica (MES)

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 70

Excursão de Sinal de Saída - MES

VCEMAX

vCE

iC

VCEQMES

QMES

0

ICMAX

ICQMES

metade da

reta de carga AC

KDC=1/REQ_DC

KAC=1/Req_AC

)( CEMAXCEDCC VVKI

Polarização (reta DC):

Sinal (reta AC):

Generalizando:

vcemax=

2VCEQMES

)( maxceceACc vvKi

Para MES: vcemax=2VCEQMES

No ponto Q: vce= VCE = VCEQMES

ic= IC = ICQMES

Resolvendo-se:

DC

AC

CEMAXCEQMES

ACDC

CEMAXCQMES

K

K

VV

KK

VI

111

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35

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 71

Transistor Bipolar de Junção

- Modelo Linear Híbrido

para “pequenos” SINAIS -

71

ENG04447 – Eletrônica I

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 72

Modelo Linear Híbrido do TJB

Se as variações de tensão e corrente no TJB forem suficientemente pequenas, pode-se considerar os pequenos trechos de excursão de sinal das suas curvas como segmentos de retas. Isso permite que se substitua o TJB por um modelo linear (quadripolo).

TJB na configuração

Emissor Comum

vbe vce

ib

ic

B

E E

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce

Modelo linear híbrido do TJB

hie

ib ic

hre.vce

B

E E

C

ceoebfec

cerebiebe

vhihi

vhihv

00

00

bce

bce

ice

coe

vb

cfe

ice

bere

vb

beie

v

ih

i

ih

v

vh

i

vh

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36

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 73

Parâmetros do Modelo Híbrido

•os parâmetros são fornecidos através de curvas ou

tabelas, em função do ponto quiescente (VCEQ ; ICQ )

•hre: geralmente é desprezível (muito pequeno)

•1/hoe: se muito maior que a resistência total vista pelo

coletor, pode ser desprezado

•hie, hfe: sempre são considerados

Exemplo: BC 548B @ VCE = 5V; IC = 2mA

(valores típicos do manual da Philips)

hie = 4,5 kΩ; hre = 2x10-4 V/V

hfe = 330 A/A; hoe = 30 μA/V

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 74

Parâmetros do Modelo Híbrido

Exemplo: BC 546/7/8 – manual do fabricante

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37

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 75

Parâmetros do Modelo Híbrido

Exemplo: BC 546/7/8

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 76

Transistor Bipolar de Junção

- Configurações

Amplificadoras Básicas -

76

ENG04447 – Eletrônica I

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38

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 77

Configurações Básicas Possíveis

Assim, 3 configurações amplificadoras são possíveis:

• Emissor-comum:

entrada: B

saída: C

• Base-comum:

entrada: E

saída: C

• Coletor-comum:

entrada: B

saída: E

vbe

vce

ib

ic

in B

E

in/out

Malha de

controle

(causa):

entrada

C out

ie Malha

controlada

(efeito):

saída

O TJB possui 3 terminais, sendo que:

ice = f(vbe) • B-E: malha que controla seu funcionamento através de vbe (possíveis entradas);

• C-E: malha cuja corrente ic é controlada (possíveis saídas).

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 78

Análise das Configurações

Amplificadoras

• polariza-se o TJB

• uso de capacitores de desacoplamento

(isolam a polarização do sinal )

• estabelece-se uma das 3

configurações amplificadoras

• substitui-se o TJB pelo seu modelo

linear para sinal (híbrido)

• calcula-se os parâmetros do modelo

linear do amplificador (Ri, Ro, Av,

Ai, Ag ou Ar)

B

R1

R2

VCC

RC

RE

E

C

CB CE CC

Transistor Polarizado

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39

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 79

Análise das Configurações

Amplificadoras

Modelos Lineares do Amplificador

AV.vi Ri

Ro

vi vo RL

Amplificador de Tensão ii io

Ai.ii Ri Ro vi vo RL

Amplificador de Corrente ii io

00

00

00

oo

oo

io

ii

or

vi

og

vi

oi

ii

ov

vo

oo

vi

ii

i

vA

v

iA

i

iA

v

vA

i

vR

i

vR

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 80

Configuração Emissor Comum

Transistor Polarizado Modelo Linear do Amplificador

B

R1

R2

VCC

RC

RE E

C

CB CE CC vi

vo

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce hie

ib ic B

E E

R2 R1 RC vo

io

vi

ii

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40

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 81

Configuração Emissor Comum

Cálculo de Ri:

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce hie

ib ic B

E E

R2 R1 RC vo

io

vi

ii

ie

vi

ii hRR

i

vR

o

21

0

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 82

Configuração Emissor Comum

Cálculo de Ro:

oe

C

vo

oo

hR

i

vR

i

1

0

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce hie

ib ic B

E E

R2 R1 RC vo

io

vi

ii

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41

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 83

Configuração Emissor Comum

Cálculo de Av:

fe

ie

oeC

ii

ov h

h

hR

v

vA

o

1

0

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce hie

ib ic B

E E

R2 R1 RC vo

io

vi

ii

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 84

Configuração Emissor Comum

Cálculo de Ai:

fe

ieB

B

vi

oi h

hR

R

i

iA

o

0

C

hfe.ib 1/hoe vbe vce hie

ib ic B

E E

R2 R1 RC vo

io

vi

ii

RB = R1 // R2

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42

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 85

Configuração Coletor Comum

Transistor Polarizado Modelo Linear do Amplificador

B

R1

R2

VCC

RC

RE E

C

CB CE CC vi

vo

E

hfe.ib 1/hoe vbc vec

hie

ib ie B

C C

R2 R1 RE vo

io

vi

ii

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 86

Configuração Coletor Comum

Cálculo de Ri:

oe

LEfeie

Ri

ii

hRRhhRR

i

vR

L

1121

RL

E

hfe.ib 1/hoe vbc vec

hie

ib ie B

C C

R2 R1 RE vo

io

vi

ii

Obs: RL influencia Ri nesta configuração!

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43

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 87

Configuração Coletor Comum

Cálculo de Ro:

E

fe

ie

oevo

oo R

h

h

hi

vR

i

1

1

0

E

hfe.ib 1/hoe vbc vec

hie

ib ie B

C C

R2 R1 RE vo

io

vi

ii

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 88

Configuração Coletor Comum

Cálculo de Av:

1

11

11

0

oeEfeie

oeEfe

ii

ov

hRhh

hRh

v

vA

o

E

hfe.ib 1/hoe vbc vec

hie

ib ie B

C C

R2 R1 RE vo

io

vi

ii

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44

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 89

Configuração Coletor Comum

Cálculo de Ai:

fe

ieB

B

vi

oi h

hR

R

i

iA

o

1

0 RB = R1 // R2

E

hfe.ib 1/hoe vbc vec

hie

ib ie B

C C

R2 R1 RE vo

io

vi

ii

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 90

Configuração Base Comum

Transistor Polarizado Modelo Linear do Amplificador

B

R1

R2

VCC

RC

RE E

C

CB CE CC

vi

vo C

hfe.ib

1/hoe

veb vcb hie

ie ic E

B B

RE RC vo

io

vi

ii

ib

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45

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 91

Configuração Base Comum

Cálculo de Ri:

fe

ie

fe

ie

oe

E

vi

ii

h

h

h

h

hR

i

vR

o

11

1

0

C

hfe.ib

1/hoe

veb vcb hie

ie ic E

B B

RE RC vo

io

vi

ii

ib

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 92

Configuração Base Comum

Cálculo de Ro:

C

oevo

oo R

hi

vR

i

1

0

C

hfe.ib

1/hoe

veb vcb hie

ie ic E

B B

RE RC vo

io

vi

ii

ib

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46

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 93

Configuração Base Comum

Cálculo de Av:

fe

ie

oeC

oefe

ie

oeC

ii

ov h

h

hR

hhh

hR

v

vA

o

1

1

1

0

C

hfe.i

b

1/hoe

veb vcb hie

ie ic E

B B

RE RC vo

io

vi

ii

ib

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 94

Configuração Base Comum

Cálculo de Ai:

11

1

1

1

0

fe

ie

fe

ie

oefe

ie

E

oefe

ie

vi

oi

h

h

h

h

hh

h

Rhh

h

i

iA

o

C

hfe.ib

1/hoe

veb vcb hie

ie ic E

B B

RE RC vo

io

vi

ii

ib

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47

ENG-04077– CIRCUITOS ELETRÔNICOS I 95

Comparação entre Configurações

Ri Ro Av Ai

EC Médio-alto Alto Alto

(inversor) Médio-alto

CC Alto

(depende da carga) Baixo < 1 (≈1) Alto

BC Baixo Alto Alto

(não-inversor) ≈ − 1