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Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP
Transistor Bipolar de Transistor Bipolar de Junção TBJ – Parte IJunção TBJ – Parte I
Jadsonlee da Silva Sá
[email protected]/~jadsonlee.sa
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Introdução - Junção PNIntrodução - Junção PN
Anodo
Catodo
Materiais Semicondutores Silício
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Introdução - TBJIntrodução - TBJ Transistor TBJ Formado por duas junções PN.
Possui três regiões semicondutoras: emissor, base e coletor.
Existem dois tipos de TBJ: NPN e PNP.
Tipo NPN Tipo PNP
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Introdução - TBJIntrodução - TBJ
Dependendo da polarização de cada junção (direta ou reversa) obtém-se diferentes modos de operação.
Modo JEB JCB Aplicação
Ativo Direta Reversa
Amplificador
Corte Reversa
Reversa
Chaveamento
Saturação Direta Direta Chaveamento
Ativo reverso
Reversa
Direta ---
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TBJ – Modo AtivoTBJ – Modo Ativo JEB - Direta e JCB - Reversa.
Corrente do
Coletor
Corrente do
Emissor
Corrente da Base
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo Corrente do coletor.
Corrente da base.
Corrente de emissor.
(1)BE
T
vV
C Si I e12 1910 10
25 S
T
I a A
V mV
(2)BE
T
vVC S
B
i Ii e
(3)E C Bi i i
β – 50 a 200 - (hFE)
Ganho de corrente de emissor comum
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo Das Eqs. (2) e (3) e depois de (1), obtemos:
(4)1
(5)1
BE
T
CE C C
vV
E S
ii i i
i I e
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo A Eq. (4) pode ser expressa por (6):
(6)
(7)1
(8)1
C Ei i
α 1 - (hFB)
Ganho de corrente em base comum.
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo Em resumo.
A tensão de polarização direta vBE faz com que uma corrente iC (exponencial) flua pelo terminal do coletor.
iC é “independente” de vC, enquanto que JCB estiver reversamente polarizada (vCB ≥ 0).
No modo ativo, o coletor se comporta como uma fonte de corrente ideal, onde iC é determinada por vBE.
iB é muito menor que iC, então, iE ≈ iC.
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo Representação do modelo de operação – Modo ativo.
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TBJ NPN – Modo AtivoTBJ NPN – Modo Ativo Na prática.
JCB – Reversa vCB ≥ -0,4.
JBE – Direta vBE entre 0,6 e 0,8 V.
E o TBJ PNP?
JCB – Reversa vBC ≥ -0,4 V.
JBE – Direta vEB entre 0,6 e 0,8 V.
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Relações i-v para o TBJ – Modo AtivoRelações i-v para o TBJ – Modo Ativo
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ExercíciosExercícios1. Considere um transistor npn com vBE = 0,7 V e iC = 1
mA. Calcule vBE para iC = 0,1 mA e 10 mA. (0,64 V; 0,76 V)
2. Um transistor foi especificado para ter β com valores na faixa de 50 a 150. Encontre a faixa de valores de α. (0,980 a 0,993)
3. Medições em um TBJ npn mostram que iB = 14,46 uA, iE = 1,460 mA e vBE = 0,7 V. Calcule α, β e IS. (0,99; 100; 10-15A)
4. Calcule o valor de β para dois transistores que possuem α = 0,99 e 0,98. Para correntes de coletor de 10 mA, calcule iB para cada transistor. (99; 49; 0,1 mA; 0,2 mA)
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ExercíciosExercícios5. No circuito abaixo, a tensão no emissor foi medida
como -0,7 V. Se β = 50, calcule IE, IB, IC e VC.
0,93 mA; 18,2 uA; 0,91 mA; 5,45 0,93 mA; 18,2 uA; 0,91 mA; 5,45 V.V.
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ExercíciosExercícios6. No circuito abaixo, medições indicam VB = 1,0 V e VE =
1,7 V. Quais são os valores de α e β para esse transistor? Calcule VC.
0,994; 165; -1,75 0,994; 165; -1,75 V.V.
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Características do TBJCaracterísticas do TBJ
Característica iC-vBE TBJ NPN.
As características iE-vBE e iB-vBE são idênticas, mas com fatores de escalas diferentes, IS/α (iE) e IS/β (iB).
BE
T
vV
C Si I e Idêntica a do diodo, exceto que temos n = 1.
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Características do TBJCaracterísticas do TBJ A tensão na junção EB diminui cerca de 2 mV para cada 1 °C de aumento na temperatura, considerando que a corrente é constante.
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Características Base ComumCaracterísticas Base Comum Forma de descrever a operação de um TBJ é traçar a curva iC-vCB para vários valores de corrente.
Podemos utilizar essa curva para verificar o modo saturação (JEB e JCB - direta).
Retas não são horizontais – iC depende
um pouco de vC.
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Efeito EarlyEfeito Early Vimos que na região ativa, iC depende levemente de vC.
Outra forma de perceber tal comportamento.Configuração
emissor comum
Característica emissor comum.
Para vCE baixos, vC-vB < - 0,4,
JCB fica diretam. polariz.
vCE = -VA (entre 50 e 100V) – Tensão de Early.
Para vBE, se vCE cresce, IS aumenta e iC aumenta proporcionalmente – Efeito Early.
