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TRANSISTORES BIPOLARES FUNDAMENTOS 12 h

TRANSISTORES BIPOLARES

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FUNDAMENTOS 12 h. TRANSISTORES BIPOLARES. TRANSISTOR BIPOLAR NPN. TRANSISTOR BIPOLAR PNP. MODOS DE OPERAÇÃO. ModoBEBC AtivoDiretaReversa CorteReversaReversa SaturaçãoDiretaDireta InversoReversaDireta. OPERAÇÃO DO TRANSISTOR NPN NO MODO ATIVO. DENSIDADE DE PORTADORES. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: TRANSISTORES BIPOLARES

TRANSISTORES BIPOLARES

FUNDAMENTOS

12 h

Page 2: TRANSISTORES BIPOLARES

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TRANSISTOR BIPOLAR NPN

Page 3: TRANSISTORES BIPOLARES

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TRANSISTOR BIPOLAR PNP

Page 4: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODOS DE OPERAÇÃO

Modo BE BC

Ativo Direta Reversa

Corte Reversa Reversa

Saturação Direta Direta

InversoReversa Direta

Page 5: TRANSISTORES BIPOLARES

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OPERAÇÃO DO TRANSISTOR NPN NO MODO ATIVO

Page 6: TRANSISTORES BIPOLARES

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DENSIDADE DE PORTADORES

Page 7: TRANSISTORES BIPOLARES

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FLUXO DE CORRENTE

Os elétrons do emissor alcançam a base através de difusão, assim como lacunas da base alcançam o emissor, pois a junção BE está diretamente polarizada.

Como o emissor é mais fortemente dopado que a base, a corrente de elétrons é muito maior que a corrente de lacunas.

Na base, estes elétrons são minoritários e como a junção BC está reversamente polarizada eles são atraídos para o coletor.

Page 8: TRANSISTORES BIPOLARES

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FLUXO DE CORRENTE

Assim, da teoria de semicondutores temos:

np(0)=np0exp(vBE/VT)

onde np0 é a concentração de elétrons na base. O perfil linear de elétrons na base faz com que

haja uma corrente de difusão dada por:

-iC=AqDnnp(x)/x

-iC=-AqDnnp(0)/W

-iC=-AqDnnp0exp(vBE/VT)/Wpois pelo fato, da base ser estreita não há recombinação e todos os elétrons atingem o coletor.

Page 9: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTE DE COLETOR

Portanto,

iC=ISexp(vBE/VT)

onde IS=AqDnni2/W/NA

Observe que ic não depende de vCB, por outro lado IS é inversamente proporcional a W e diretamente proporcional a A. Observe também que IS será dependente da temperatura, pois ni é.

Page 10: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTE DE BASE

A corrente de base tem duas componentes. A primeira é devido às lacunas injetadas no

emissor e vale:

iB1=AqDpni2exp(vBE/VT)/ND/Lp

A segunda componente é devido às lacunas de base fornecidas pelo circuito externo para repor as perdidas por recombinação:

iB2=Qn/b

onde b é o tempo de vida dos minoritários e Qn é a carga da base.

Page 11: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTE DE BASE

Temos que a carga

Qn=Aqnp(0)W/2

Podemos ainda escrever que:

Qn=AqWni2exp(vBE/VT)/2NA

E portanto,

iB2=AqWni2exp(vBE/VT)/2NAb

Page 12: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTE DE BASE

Podemos ainda escrever a corrente de base total:

iB=iB1+iB2

Pode-se mostrar que:

iB=iC/onde

=1/(DpNAW/DnNDLp+W2/2Dnb) Tipicamente, =100, e que cresce com a

diminuição de W, e de NA/ND.

Page 13: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTE DE EMISSOR

Além disso, temos que:

iE=iC+iB

Portanto,

iE=(+1)/iCiC

E também que:

iC=iE

E portanto,=/(+1)

Tipicamente, =0,99.

Page 14: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELOS CIRCUITAIS NPN PARA GRANDES SINAIS

Page 15: TRANSISTORES BIPOLARES

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ESTRUTURA DE TRANSISTORES

Page 16: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELO PARA GRANDES SINAIS - MODELO DE EBERS-MOLL

Descreve um transistor bipolar em qualquer dos seus modos de operação.

É utilizado pelo SPICE. Este modelo é baseado no fato de que um

transistor bipolar é composto de 2 junções semicondutoras, como mostrado a seguir, onde:

iDE=ISE[exp(vBE/VT)-1]

iDC=ISC[exp(vBC/VT)-1]

Page 17: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELO DE EBERS-MOLL

Page 18: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTES NOS TERMINAIS DO TRANSISTOR

Temos além disso que,

FISE=RISC=IS

Podemos escrever que:

iE=iDE-RiDC

iC=-iDC+FiDE

iB=(1-F)iDE+(1-R)iDC

Page 19: TRANSISTORES BIPOLARES

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CORRENTES NOS TERMINAIS DO TRANSISTOR Substituindo as equações de iDE, iDC e IS,

iE=(IS/F)[exp(vBE/VT)-1]-IS[exp(vBC/VT)-1]

iC=IS[exp(vBE/VT)-1]-(IS/R)[exp(vBC/VT)-1]

iB=(IS/F)[exp(vBE/VT)-1]

+(IS/R)[exp(vBC/VT)-1]onde

F=F/(1-F)

R=R/(1-R)

Page 20: TRANSISTORES BIPOLARES

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APLICAÇÃO DO MODELO EM - MODO ATIVO DIRETO Neste caso, a junção BE está diretamente

polarizada enquanto a BC reversamente polarizada. Assim,

iE=(IS/F)exp(vBE/VT)+IS(1-1/F)

iC=ISexp(vBE/VT)+IS(1/F-1)

iB=(IS/F)exp(vBE/VT)-IS(1/F+1/R)

Page 21: TRANSISTORES BIPOLARES

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OPERAÇÃO DO TRANSISTOR PNP NO MODO ATIVO

Page 22: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELOS CIRCUITAIS PNP PARA GRANDES SINAIS

Page 23: TRANSISTORES BIPOLARES

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SÍMBOLOS NPN E PNP

Page 24: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIDADE DE TENSÕES E FLUXOS DE CORRENTES

Page 25: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.1

Dado o circuito a seguir, polarize o transistor para que IC=2 mA e VC=5 V. É dado que =100.

Solução:

RC=(VCC-VC)/IC=(15-5)/210-3=5 k A tensão de emissor é de aproximadamente

VE-0,7 V, e dado que ICIE, temos que

RE=(VE-VEE)/IE (15-0,7)/210-3=7,2 k

Page 26: TRANSISTORES BIPOLARES

26

EXEMPLO 5.1

Page 27: TRANSISTORES BIPOLARES

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VARIAÇÃO DE VBE COM A TEMPERATURA

Page 28: TRANSISTORES BIPOLARES

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EFEITO EARLY

Page 29: TRANSISTORES BIPOLARES

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EFEITO EARLY

A inclinação das retas converge para uma tensão denominada tensão de Early, que tipicamente vale 50VA100 V.

Incorporando este efeito no modelo anterior, temos

iC=ISexp(vBE/VT)(1+vCE/VA) Ela indica que a corrente de coletor deve ser agora

modelada por uma fonte de corrente mais uma resistência em paralelo, que é a resistência de saída, dada por:

ro=(iC/vCE)-1VA/IC

Page 30: TRANSISTORES BIPOLARES

30

EXEMPLO 5.2

Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=10 V, VBB=4 V. Solução:

IE=(VBB-VBE)/RE=(4-0,7)/3300=1 mA Supondo modo ativo, temos:

IBIE/=10 A

VE=4-0,7=3,3 V

ICIE=1 mA

VC=VCC-RCIC=10-470010-3=5,3 V

o que comprova o modo ativo.

Page 31: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.2

Page 32: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.4

Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=10 V, VBB=0 V.

Solução: Neste caso, VBE=0, e portanto

IE=0, IC=0, ou seja o transistor está operando no modo de corte. Portanto,

VC=VCC-RCIC=10 V

Page 33: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.4

Page 34: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.5

Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VEE=10 V, VBB=0 V,

VEE=-10 V. Solução: Supondo modo ativo, temos:

VE=0,7 V

IE=(VEE-VE)/RE=(10-0,7)/2000=4,7 mA

IB=IE/=47 A, ICIE=4,7 mA

VC=VCC+RCIC=-10+10004,710-3=-5,3 V

Page 35: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.5

Page 36: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.7

Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=15 V.

Solução: Supondo modo ativo, e usando o teorema de Thevenin na base, temos:

VBB=VCCRB2/(RB1+RB2)=5 V

RBB=RB1RB2/(RB1+RB2)=33 kIE=(VBB-VBE)/(RE+RBB/)=1,3 mA

VB=VBE-REIE=0,7+30001,310-3=4,6 V

VC=VCC-RCIC=15-50001,310-3=8,5 V

Page 37: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.7

Page 38: TRANSISTORES BIPOLARES

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TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR

Page 39: TRANSISTORES BIPOLARES

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TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Do ponto de vista DC, sabemos que:

IC=ISexp(VBE/VT)

VCE=VCC-ICRC

O sinal no coletor tem que ser pequeno o suficiente para que no seu pico negativo o transistor continue a operar no modo ativo.

Page 40: TRANSISTORES BIPOLARES

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A CORRENTE DE COLETOR E A TRANSCONDUTÂNCIA A tensão total na base:

vBE=VBE+vbe

A corrente de coletor:

iC=ISexp(vBE/VT)=ICexp(vbe/VT) Expandindo em série de Taylor:

iC=IC+ic

onde

ic=ICvbe/VT=gmvbe

gm40IC na temperatura ambiente.

Page 41: TRANSISTORES BIPOLARES

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OPERAÇÃO LINEAR

Page 42: TRANSISTORES BIPOLARES

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A CORRENTE DE BASE E A RESISTÊNCIA DE ENTRADA DE BASE

Usando o desenvolvimento anterior, temos

iB=iC/=IB+ib

onde

ib=ICvbe/VT=gmvbe/ A resistência obtida a partir da base é dada

por:

vbe/ib=r=/gm

Page 43: TRANSISTORES BIPOLARES

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A CORRENTE DE EMISSOR E A RESISTÊNCIA DE ENTRADA DE EMISSOR Usando o desenvolvimento anterior, temos

iE=iC/=IE+ie

onde

ie=ICvbe/VT=IEvbe/VT

A resistência obtida a partir do emissor é dada por:

vbe/ie=re=/gm1/gm

Comparando as equações anteriores, temos:

r=(+1)re

Page 44: TRANSISTORES BIPOLARES

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O GANHO DE TENSÃO

A tensão no coletor é dada por:

vC=VCC-iCRC

Usando que iC=IC+ic e que VC=VCC-RCIC, temos

vC=VC+vc

onde

vc=-icRC=-gmvbeRC

E portanto, o ganho de tensão é dado por:

Av=vc/vbe=-gmRC

Page 45: TRANSISTORES BIPOLARES

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AMPLIFICADOR COM AS FONTES DC ELIMINADAS

Page 46: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELO -HÍBRIDO

Page 47: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELO T

Page 48: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.9

Determine o ganho do amplificador a seguir, onde =100.

O primeiro passo é analisar a polarização,

IB=(VBB-VBE)/RBB=(3-0,7)/105=23 A A corrente de coletor vale IC=IB=2,3 mA e

a tensão de coletor:

VC=VCC-RCIC=10-32,3=3,1 V Portanto, o transistor está no modo ativo.

Page 49: TRANSISTORES BIPOLARES

49

EXEMPLO 5.9

Page 50: TRANSISTORES BIPOLARES

50

EXEMPLO 5.9

Do ponto de vista AC temos:

gm=40IC=92 mA/V

r=/gm=1,1 kre1/gm=10,8

Usando-se o modelo de pequenos sinais,

vbe/vi=r/(RBB+r)=0,011

vo/vbe=-gmRC=-276

vo/vi=-gmRCRBB/(RBB+r)=-3,04

Page 51: TRANSISTORES BIPOLARES

51

EXEMPLO 5.10

Page 52: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.11

Determine o ganho do amplificador a seguir, onde =100.

O primeiro passo é analisar a polarização,

IE=(VEE-VE)/RE=(10-0,7)/104=0,93 mA

A tensão de coletor vale:

VC=-VCC+RCIC=-10+50,93=-5,5 V

Portanto, o transistor está no modo ativo.

Page 53: TRANSISTORES BIPOLARES

53

EXEMPLO 5.11

Page 54: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.11

Do ponto de vista AC temos:

gm=40IC=36,8 mA/V

re1/gm=27 Usando-se o modelo de pequenos sinais,

ie/vi=1/re=37 mA/V

vo/ie=RC=5 kV/A

vo/vi=RC/rE=185

Page 55: TRANSISTORES BIPOLARES

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EXEMPLO 5.11

Page 56: TRANSISTORES BIPOLARES

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MODELO -HÍBRIDO COM EFEITO EARLY

Page 57: TRANSISTORES BIPOLARES

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ANÁLISE GRÁFICA

Dado o circuito a seguir, podemos escrever que:

vCE=VCC-iCRC

E também que:

iC=VCC/RC-vCE/RC

O que nos permite fazer a análise gráfica de circuitos com transistores.

Page 58: TRANSISTORES BIPOLARES

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ANÁLISE GRÁFICA

Page 59: TRANSISTORES BIPOLARES

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RETA DE CARGA

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RETA DE CARGA

Page 61: TRANSISTORES BIPOLARES

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RETAS DE CARGA PARA A MÁXIMA EXCURSÃO

Page 62: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO COM FONTE ÚNICA

Page 63: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO COM FONTE ÚNICA Neste caso,

VBB=VCCR2/(R1+R2)

RB=R1R2/(R1+R2)

IE=(VBB-VBE)/[RE+RB/(+1)] Para que IE fique insensível à temperatura e

com a variação de , temos que satisfazer:

VBB>>VBE

RE>>RB/(+1)

Page 64: TRANSISTORES BIPOLARES

64

EXEMPLO 5.12

Polarize um amplificador com fonte única de alimentação, com VCC=12 V, IE=1 mA e =100.

Considerando regra prática de que

VB=VCC/3=4 V e que VC=8 V, temos

VE=3,3 V

RE=VE/IE=3,3/10-3=3,3 k Utilizando a segunda desigualdade, e

considerando que um fator de K=10 vezes é muito maior:

RB=RE(+1)/K=33 k

Page 65: TRANSISTORES BIPOLARES

65

EXEMPLO 5.12

Além disso, temos que:

VBB=VCCR2/(R1+R2)

Portanto,

R1=RE(+1)VCC/KVBB=99 k

R2=(1/RB-1/R1)-1=49,5 k O resistor de coletor é calculado por:

RC=(VCC-VC)/IC=(12-8)/10-3=4 k

Page 66: TRANSISTORES BIPOLARES

66

POLARIZAÇÃO ALTERNATIVA COM FONTE ÚNICA

Page 67: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO ALTERNATIVA COM FONTE ÚNICA

Neste caso,

Vcc=IERC+IERB/(+1)+VBE

Portanto,

IE=(VCC-VBE)/[RC+RB/(+1)]

Para que IE fique insensível à variação de , temos que satisfazer:

RC>>RB/(+1)

Page 68: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO COM FONTE BIPOLAR

Page 69: TRANSISTORES BIPOLARES

69

POLARIZAÇÃO COM FONTE BIPOLAR Neste caso,

IE=(VEE-VBE)/[RE+RB/(+1)]

Para que IE fique insensível à variação de , temos que satisfazer:

RE>>RB/(+1)

Page 70: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO COM FONTE DE CORRENTE

Page 71: TRANSISTORES BIPOLARES

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POLARIZAÇÃO COM FONTE DE CORRENTE Neste caso,

IREF=(VCC-VBE+VEE)/R

Como Q1 e Q2 são idênticos e têm mesma tensão BE, então

I=IREF

Esta montagem é denominada espelho de corrente.

Page 72: TRANSISTORES BIPOLARES

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AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM

Page 73: TRANSISTORES BIPOLARES

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RESISTÊNCIAS DE ENTRADA E SAÍDA EM EMISSOR COMUM

Examinado-se o amplificador temos que a resistência de entrada e de saída são:

Ri=r

Ro=RC//ro

Page 74: TRANSISTORES BIPOLARES

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GANHO DE TENSÃO EM EMISSOR COMUM Podemos escrever que,

v/vs=r/(Rs+r)

vo/v=-gm(RC//ro)

Portanto,

Av=vo/vs=-(RC//ro)/(Rs+r)

Se o r>>Rs, o ganho é independente de

Av=vo/vs=-gm(RC//ro)

Page 75: TRANSISTORES BIPOLARES

75

GANHO DE CORRENTE EM EMISSOR COMUM O ganho de corrente é dado por:

Ai=io/ib

onde

i0=-gmro/(ro+RC)v

ib=v/r

Portanto,

Ai=io/ib=-ro/(ro+RC)

Page 76: TRANSISTORES BIPOLARES

76

AMPLIFICADOR EM EMISSOR COMUM COM RESISTOR DE EMISSOR

Page 77: TRANSISTORES BIPOLARES

77

RESISTÊNCIA DE ENTRADA EM EMISSOR COMUM COM RESISTOR DE EMISSOR Desprezando a resistência de saída do

transistor, ro, temos:

vb/ie=re+Re

ib=ie/(+1) E portanto,

Ri=vb/ib=(+1)(re+Re) E que faz com que a resistência de emissor

apareça refletido na base por um fator de +1.

Page 78: TRANSISTORES BIPOLARES

78

GANHO DE TENSÃO EM EMISSOR COMUM COM RESISTOR DE EMISSOR

Para o ganho de tensão, temos

vo/ie=-RC

E portanto,

vo/vb=-RC/(re+Re)-RC/(re+Re) Portanto, o ganho de tensão no transistor é

dado pela razão entre a resistência de coletor pela resistência de emissor.

Como,

vb/vs=Ri/(Ri+Rs)

Page 79: TRANSISTORES BIPOLARES

79

GANHO DE TENSÃO EM EMISSOR COMUM COM RESISTOR DE EMISSOR

Temos o ganho de tensão:

Av=-(+1)RC/[Rs+(+1)(re+Re)] Fazendo, Rs<<(+1)(re+Re)

Av=-RC/(re+Re)que é insensível ao valor de .

O ganho de corrente e a impedância de saída são iguais àquelas obtidas no caso anterior.

Page 80: TRANSISTORES BIPOLARES

80

AMPLIFICADOR EM BASE COMUM

Page 81: TRANSISTORES BIPOLARES

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GANHO DE TENSÃO DE AMPLIFICADOR EM BASE COMUM

Usando o modelo circuital, temos:

vo/ie=-RC

ie/vs=-1/(Rs+re)

Portanto,

Av=vo/vs=RC/(Rs+re)

que depende pouco de , mas infelizmente depende de Rs.

Page 82: TRANSISTORES BIPOLARES

82

GANHO DE CORRENTE DE AMPLIFICADOR EM BASE COMUM

Neste caso, temos:

io/ie=-

ii/ie=-1

Portanto,

Ai=io/ii=1

Page 83: TRANSISTORES BIPOLARES

83

RESISTÊNCIAS DE ENTRADA E SAÍDA DE AMPLIFICADOR EM BASE COMUM

Por inspeção, temos que a resistência de entrada é dada por:

Ri=re

E a resistência de saída:

Ro=RC

Page 84: TRANSISTORES BIPOLARES

84

AMPLIFICADOR EM COLETOR COMUM – SEGUIDOR DE EMISSOR

Page 85: TRANSISTORES BIPOLARES

85

RESISTÊNCIA DE ENTRADA DE AMPLIFICADOR EM COLETOR COMUM

Lembrando da propriedade da resistência refletida, temos que:

Ri=(+1)[re+(ro//RL)]

Para o caso em que re<<RL<<ro

Ri=(+1)RL

ou seja, apresenta uma alta impedância de entrada.

Page 86: TRANSISTORES BIPOLARES

86

GANHO DE TENSÃO DE AMPLIFICADOR EM COLETOR COMUM

Usando o circuito:

vb/vs=Ri/(Ri+Rs)

vo/vb=(ro//RL)/[re+(ro//RL)]1

Portanto,

Av=vo/vs=(+1)(RL//ro)/[Rs+(+1)(RL//ro)]

Que é próximo da unidade, pois em geral Rs<<(+1)(RL//ro)

Page 87: TRANSISTORES BIPOLARES

87

RESISTÊNCIA DE SAÍDA DE AMPLIFICADOR EM COLETOR COMUM Equacionando o circuito:

vx=-iere-(1-)ieRs

ix=vx/ro-ie

Temos que:

Ro=vx/ix=ro//[re+Rs/(+1)]re+Rs/(+1)ou seja, toda a resistência de base aparece no emissor dividido por , e que produz uma resistência de saída muito baixa.

Page 88: TRANSISTORES BIPOLARES

88

GANHO DE CORRENTE DE AMPLIFICADOR EM COLETOR COMUM Neste caso,

Ai=io/ib=(+1)ro/(ro+RL) Ou seja, o ganho para ro>>RL é

aproximadamente,

Ai=io/ib(+1) Um amplificador que tem ganho de tensão

unitário, alta impedância de entrada e baixa de saída é na verdade um circuito isolador, ou seguidor de tensão (“buffer”).

Page 89: TRANSISTORES BIPOLARES

89

TRANSISTOR COMO CHAVE - CORTE E SATURAÇÃO Considere o transistor como chave. Para vI0,5 V, o transistor estará cortado e

vC=VCC

Para vI>0,7 V, o transistor estará no modo ativo se vCB0

vC=VCC-RCiC, com iC= (vI-VBE)/RB

ou saturado se vCB0

vC=vCEsat0,2 V

Page 90: TRANSISTORES BIPOLARES

90

TRANSISTOR COMO CHAVE

Page 91: TRANSISTORES BIPOLARES

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REGIÃO DE SATURAÇÃO

Um transistor entra em saturação quando a corrente de coletor torna-se tão grande que a junção BC fica diretamente polarizada.

A máxima corrente de coletor sem que o transistor entre na saturação é dado por:

VC=VB

IC=(VCC-VB)/RC

Na saturação, temos que:

IBIC

VCEsat0,2 V

Page 92: TRANSISTORES BIPOLARES

92

MODELO PARA SATURAÇÃO

Page 93: TRANSISTORES BIPOLARES

93

EXEMPLO 5.13

Determine as tensões e correntes nos pontos principais do circuito. Considere =50.

Solução:

VE=VB-VBE=6-0,7=5,3 V

IE=VE/RE=5,3/3300=1,6mA

VC=VCC-RCIC=10-4,71,6=2,5<VE

transistor saturado

VC=5,5 V

IC=(VCC-VC)/RC=0,96 mA

IB=IE-IC=0,64 mA

Page 94: TRANSISTORES BIPOLARES

94

EXEMPLO 5.13

Page 95: TRANSISTORES BIPOLARES

95

EXEMPLO 5.14

Considere transistor com min=50. Determine RB para que o transistor trabalhe saturado e com uma relação ICsat/IB=min/10.

Solução:

ICsat=(VCC-VCEsat)/RC=(10-0,2)/1000=9,8 mA Para garantir saturação

IB=10ICsat/min=2 mA E portanto,

RB=(VB-VBE)/IB=(5-0,7)/210-3=2,2 k

Page 96: TRANSISTORES BIPOLARES

96

EXEMPLO 5.14

Page 97: TRANSISTORES BIPOLARES

97

EXEMPLO 5.15

Considere transistor com min=30. Determine as tensões e correntes nos pontos principais do circuito.

Solução:

IE=(VEE-VE)/(RE+RB/)=(5-0,7)/1333=4,3 mA

VC=-VCC+RCIC=-5+104,3=38 V Portanto o transistor está saturado.

Page 98: TRANSISTORES BIPOLARES

98

EXEMPLO 5.15

Page 99: TRANSISTORES BIPOLARES

99

EXEMPLO 5.15

Assim,

VE=VB+VBE=VB+0,7

VC=VE-VCEsat=VB+0,5

IE=(VEE-VE)/RE=(4,3-VB)/RE

IC=(VC+VCC)/RC=(VB+5,5)/RC

IB=VB/RB

Usando que IE=IC+IB, temos

VB=3,1 V VE=3,8 V VC=3,5 V

IE=1,2 mA IC=0,9 mA IB=0,3 mA

Page 100: TRANSISTORES BIPOLARES

100

MODO INVERSO

Este caso ocorre quando troca-se acidentalmente o pino emissor pelo coletor e vice-versa.

Neste caso, a junção BE opera reversamente polarizada enquanto a BC diretamente pol.

A figura a seguir ilustra esta situação. Neste caso,

IE=RIB

onde R é um número muito pequeno.

Page 101: TRANSISTORES BIPOLARES

101

TRANSISTOR NO MODO INVERSO

Page 102: TRANSISTORES BIPOLARES

102

INVERSOR LÓGICO

Considere um inversor lógico, constituído de um transistor bipolar e 2 resistores. Considere que RB=10 k, RC=1 k, =50, VCC=5 V.

Na característica de transferência de uma porta lógica, um transistor opera nos modos de corte, na região ativa e saturação.

Page 103: TRANSISTORES BIPOLARES

103

INVERSOR LÓGICO

Page 104: TRANSISTORES BIPOLARES

104

INVERSOR LÓGICO

Os níveis lógicos são VOL=VCEsat=0,2 V e VOH=VCC=5 V.

Para vi=VOL, temos que vO=VOH=5 V.

O transistor inicia a condução em 0,7 V, portanto,

VIL=0,7 V

Page 105: TRANSISTORES BIPOLARES

105

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DO INVERSOR LÓGICO

Page 106: TRANSISTORES BIPOLARES

106

EXCESSO DE PORTADORES MINORITÁRIOS NA BASE A saturação de um transistor NPN produz

uma injeção de elétrons a partir do emissor e também do coletor, pois a junção BC também trabalha diretamente polarizada na saturação.

Esta injeção eletrônica do coletor produz um excesso de portadores minoritários na base, e que impede que o transistor vá ao corte rapidamente.

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EXCESSO DE PORTADORES MINORITÁRIOS NA BASE

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CARACTERÍSTICAS DE SEGUNDA ORDEM A curva apresentada a seguir difere das

curvas já apresentadas em 3 aspectos:– Para altos valores de VCB a junção BC entra em

ruptura.– A região de saturação é mostrada.– A corrente de coletor depende da tensão VCB,

sugerindo a existência de uma resistência na junção BC denominada r, onde:

r>ro

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CARACTERÍSTICAS DE BASE COMUM

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MODELO -HÍBRIDO INCLUINDO r

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VARIAÇÃO DO COM A TEMPERATURA E COM IC

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CAPACITÂNCIAS INTERNAS DO TRANSISTOR BIPOLAR No modelo -híbrido duas capacitâncias

devem ser consideradas C e C. A primeira delas é dada por:

C=Cde+Cje

onde Cde é devido à carga dos minoritários na base, e é definida como:

Cde=Qn/vBE=Fgm

onde Qn=FiC e F é o tempo de trânsito de base direto.

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CAPACITÂNCIAS INTERNAS DO TRANSISTOR BIPOLAR

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CAPACITÂNCIAS INTERNAS DO TRANSISTOR BIPOLAR A capacitância Cje é a capacitância de

difusão da junção BE, dada aproximadamente por:

Cje2Cje0

A capacitância C é capacitância de depleção da junção BC, e é dada por:

C= C0/(1+VCB/V0c)m

onde V0c é a tensão interna da junção BC, dada aproximadamente por 0,75 V.

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FREQUÊNCIA DE CORTE

Seja dado o modelo de um amplificador na configuração emissor comum a seguir, onde foi incorporada a resistência rx, que existe entre o terminal de base e um terminal de base interno, que fisicamente está posicionado abaixo do emissor.

Além disso, o coletor foi curto-circuitado ao terra.

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FREQUÊNCIA DE CORTE

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FREQUÊNCIA DE CORTE

A corrente que passa pelo curto é dada por:

Ic=(gm-jC)V

Além disso,

Ib=V/(r//XC//XC) Portanto

=Ic/Ib=(gm-jC)/[1/r+j(C+C)] Em geral,

gm>>jC

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FREQUÊNCIA DE CORTE

Portanto

=0/[1+jr(C+C)]

onde 0=gmr

Portanto a frequência de corte,

f=1/[2r(C+C)] A frequência em que o ganho de corrente é

igual a 1 vale:

fT=0f=gm/[2(C+C)]

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FREQUÊNCIA DE CORTE

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VARIAÇÃO DE fT com IC