Eletrnica Bsica - ELE 0316 / ELE0937
Captulo 2 Transistor
2.1 - Breve Histrico
Diodo vlvula inventado em 1904 por J. A. Fleming;
De 1904 a 1947: uso predominante de vlvulas;
1906: Lee de Forest acrescenta terceiro elemento, a grade de controle: triodo;
Rdios e televiso usavam intensivamente tais dispositivos; 1922: 1 milho de vlvulas;
1937: 100 milhes de vlvulas;
Dcada de 30: tetrodo e pentodo;
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1943, iniciam-se os trabalhos com o ENIAC, o primeiro computador de grande escala, construdo com vlvulas: 18.000 vlvulas, consumindo 140 kW, 30 toneladas;
Caractersticas das vlvulas: Alto consumo de potncia (calor);
Baixa velocidade;
Vida til reduzida;
Baixa confiabilidade;
Pesada;
1947: Transistor de ponto de contato: Bardeen e Brattain;
1948: transistor: dispositivo que tinha uma caracterstica de transresistncia;
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Rplica do primeiro Transistor
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1951: Schockley inventa o transistor de juno;
1956: ganham o prmio Nobel;
Entre 1954 e 1956, 28 milhes de transistores haviam sido fabricados, rendendo US$ 55 M.
No mesmo intervalo havia sido produzido 1,3 bilhes de vlvulas, rendendo mais de US$ 1 B.
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2.1.1 - Princpio de Funcionamento do Transistor
cristal npn emissor, base e coletor transistor npn;
emissor: densamente dopado injeta eltrons na base;
base: pequena e levemente dopada permite que os eltrons vindos do emissor atinjam o coletor - dopagem 10 vezes menor que o emissor;
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coletor: dopagem intermediria coleta os eltrons que vm da base e a regio mais extensa, pois deve dissipar mais calor;
tamanho do emissor + coletor > que 150 vezes tamanho da base;
duas junes pn:
emissor/base: diodo emissor;
base/coletor: diodo coletor;
transistor pnp;
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transistor pnp;
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2.1.2 Transistor No-Polarizado
eltrons livres se difundem atravs da juno, criando duas camadas de depleo;
para cada camada de depleo, a barreira de potencial de 0,7 V;
quanto mais densamente dopada uma regio, maior a concentrao de ons prximo da juno;
quanto mais fracamente dopada, mais a camada de depleo avana na regio;
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2.2 Transistor Polarizado
Polarizao direta nos diodos emissor e coletor (Figura 5.3a); Correntes grandes;
Polarizao reversa nos diodos emissor e coletor (Figura 5.3b); Correntes pequenas, portadores minoritrios;
Transistores no so usados nessas formas de polarizao;
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2.2 Transistor Polarizado
Polarizao direta e reversa nos diodos emissor e coletor
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2.2.1 Polarizao Direta-Reversa
Diodo emissor com polarizao direta e diodo coletor com polarizao reversa;
Grande corrente no emissor e tambm no coletor;
Figura 5.4
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Corrente injetada pelo emissor entra na base;
Dois caminhos: descer pelo terminal da base ou seguir at o coletor;
Corrente pela base: corrente de recombinao;
Corrente pequena pois a base levemente dopada;
Base muito fina;
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Figura 5.4.d: fluxo estvel de eltrons
Polarizao VEB fora os eltrons do emissor a entrarem na regio da base;
Base fina e levemente dopada permite a passagem at o coletor;
Maioria dos transistores, mais de 95 % dos eltrons injetados do emissor fluem para o coletor;
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Resumindo, no Transistor:
Emissor: densamente dopado;
Base: fina e levemente dopada;
Coletor: grande e dopagem intermediria;
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2.2.2 - Ponto de Vista de Bandas de Energia
Polarizao direta do diodo emissor: permite que alguns eltrons livres se desloquem do emissor para a base;
Ao entrar na banda de conduo da base, tornam-se portadores minoritrios;
Pela dopagem da base, a maior parte se difunde pela camada de depleo do coletor;
Alguns eltrons se recombinam com lacunas na base, tornando-se eltrons de valncia e fluem para o terminal da base;
Descida dos eltrons da base para o coletor gera calor: regio mais extensa;
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Polarizao reversa do diodo coletor:
no tem grande influncia no nmero de eltrons que entram no coletor;
h pequena variao na corrente IC quando VCB aumentado;
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Exemplo:
IC = 4,9 mA IE = 5 mA
CC = 4,9 mA / 5 mA = 0,98
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2.2.4 Tenses de Ruptura
junes so semelhantes a diodos: tenso reversa pode danificar o transistor;
tenso de ruptura depende da largura da camada de depleo e dos nveis de dopagem;
diodo emissor: alto nvel de dopagem tenso reversa baixa, de 5 a 30 V;
diodo coletor: baixa dopagem tenso reversa de 20 a 300 V;
Funcionamento normal: diodo emissor diretamente polarizado e diodo coletor reversamente polarizado;
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Se VCB for grande demais, muita potncia dissipada e pode danificar o dispositivo;
Diodo emissor pode ser polarizado reversamente em alguns circuitos;
Tenses mximas reversas VBE e VCB no devem ser atingidas;
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2.2.5 Ligao Emissor Comum (EC)
Polarizao do transistor tendo o emissor como ponto comum (referncia);
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Figura 5.7. b, c e d
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Obter cc para CC = 0,9; 0,95; 0,98
Obter CC para cc = 10; 100; 1000.
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Diodo emissor deve estar polarizado diretamente;
Diodo coletor deve estar polarizado reversamente;
Tenso no diodo coletor deve ser menor que a tenso de ruptura;
Ligao EC: mais usada pois uma pequena corrente de base controla uma grande corrente de sada fonte de corrente;
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corrente do emissor e a soma da corrente do coletor mais a corrente da base;
corrente do coletor aproximadamente igual corrente do emissor;
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2. 2.6 Curvas Caractersticas do Transistor
grficos que relacionam correntes e tenses no transistor
Figura 5.10
variao das tenses VBB e VCC: gerar diferentes correntes e tenses;
fixa-se IB e varia VCC: mede-se IC e VCE;
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VCE entre 0 e 0,7 V: IC aumenta fortemente e depois se torna constante (polarizao reversa no diodo coletor);
VCE > 0,7V : no influencia muito a corrente IC ;
VCE elevada: diodo coletor rompe-se;
Tenso de compliance: faixa de tenso do coletor-emissor na qual o transistor funciona como uma fonte de corrente.
Quanto maior IB, maior o valor de IC;
Vrias curvas para IB diferente num mesmo grfico.
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cc = 100;
curva inferior, IB = 0, e IC prxima de zero (corrente de fuga ordem de nA);
tenses de rupturas: ficam menores conforme IB aumenta;
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2.2.8 - Curvas de Ganho de Corrente
varia muito entre os transistores (at 3:1):
variao com temperatura Figura 5.13;
variao de IC e de temperatura: pode variar em 9:1;
projetos no podem depender de valor exato de
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2.2.9 - Corte e Ruptura
IB = 0 : terminal de base aberto e gera ICE0 (Figura 5.14);
Produzida por portadores gerados termicamente e corrente de fuga superficial;
Tenso de ruptura para IB = 0 : BVCE0;
VCE deve ser mantido abaixo de BVCE0, regra de projeto: menor que a metade desse valor;
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2.2.10 - Tenso de Saturao do Coletor
Regies das curvas do transistor (Figura 5.15):
Regio de Saturao: Parte inicial da curva;
Toda curva entre a origem e o joelho;
Diodo coletor polarizado diretamente
Porta-se como uma pequena resistncia;
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Regio Ativa
Parte plana da curva;
Transistor funcionando como fonte de corrente controlada;
VCE (SAT) tenso acima da qual o transistor opera na regio ativa;
Regio de Ruptura
Parte final da curva;
Regio que deve ser evitada;
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Interseco da linha de carga cc com os eixos:
Figura 5.16b: linha de carga cc superposta as curvas do coletor
Ponto de operao (quiescente): Q
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Corte: Interseco da linha de carga com curva IB = 0;
Saturao: interseco da linha de carga e a curva IB = IB(SAT); corrente de coletor mxima
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2.3 - Circuitos Bsicos com Transistores Bipolares
2.3.1 O transistor como chave
Operao em dois pontos: corte e saturao
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2.3.2 Transistor como Fonte de Corrente
Acionamento do LED:
Fonte de corrente corrente fixa apesar da variao em VLED;
Circuito com Resistor de Emissor
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VBE aproximadamente 0,7 V;
IE ser aproximadamente constante para todos transistores: no depende de cc;
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Fonte de Corrente X Chave
IE fixa resistor de emissor emissor amarrado a tenso da base (- 0,7 V) Fig. 5.20.a);
IB fixa emissor aterrado atua como chave (Fig. 5.20.b) ;
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Chave Fonte de Corrente
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Exerccio: Calcular corrente no LED na Figura 5.21 a), as linhas de carga e os pontos Q considerando que a queda de tenso no LED varia entre 1,5 e 2,5 V.
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Exerccio: Calcular corrente no LED na Figura 5.21 a), as linhas de carga e os pontos Q considerando que a queda de tenso no LED varia entre 1,5 e 2,5 V.
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Polarizao com Realimentao do Emissor
opo para compensar parte da variao de cc ;
presena de resistor no emissor e VBB = VCC (figura 6.2.b);
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Polarizao com Realimentao do Emissor realimentao: corrente de sada (IE) usada compensar uma variao na entrada
(IC);
tenso atravs de RE para compensar possvel variao em cc ;
aumenta cc-> IC aumenta -> IE aumenta -> VE aumenta -> VB diminui -> IB diminui -> IC diminui e compensar variao de cc ;
para funcionar adequadamente, precisaria de RE muito grande;
Linha de carga cc
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- Obter Expresses de Ic pela malha de controle e malha de carga
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ou
Se RB = RC, ento que ligeiramente menor que IC
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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.3. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc 100 e 300.
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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.3. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc 100 e 300.
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mA9,14100910
15I )SAT(C
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Para RE,
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2.4.3 - Polarizao com Realimentao do Coletor
tambm chamado de autopolarizao (Figura 6.4);
resistor da base ligado ao coletor;
realimentao:
aumento de cc (com temperatura);
IC aumenta e VCE diminui;
VB diminui e fora IC a diminuir;
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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.5. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc : 100 e 300.
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Icsat, Vcorte
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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.5. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc : 100 e 300.
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso
chamada polarizao universal;
divisor de tenso nos resistores R1 e R2;
R2 polariza a base (diodo emissor);
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Tenso da base (Tenso Thevenin Figura 6.7):
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Tenso da base (Tenso Thevenin Figura 6.7):
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso
cc no aparece nas expresses: circuito imune variaes desse parmetro;
Divisor estabilizado:
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: O circuito da Figura 6.9.a tem um divisor de tenso quase-ideal.
Desenhe a linha de carga cc e mostre o ponto Q.
VCE (CORTE) e Icsat
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: O circuito da Figura 6.9.a tem um divisor de tenso quase-ideal.
Desenhe a linha de carga cc e mostre o ponto Q.
VCE (CORTE) = 30 V;
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: O circuito da Figura 6.9.a tem um divisor de tenso quase-ideal.
Desenhe a linha de carga cc e mostre o ponto Q.
VCE (CORTE) = 30 V;
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: Amplificador de dois estgios. Quais as tenses cc do
emissor para cada estgio? Quais as tenses cc do coletor?
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: Amplificador de dois estgios. Quais as tenses cc do
emissor para cada estgio? Quais as tenses cc do coletor?
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Calcule: ICSAT , VTH , IE , VC, VCE
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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso
ICSAT = Vcc / (RE + RC) = 15 / 590 = 25,4 mA
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Capitulo 5 Malvino (Edio revisada):
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Trabalho 3 Transistores (Para 09/04)
5.8; 5.10; 5.11; 5.12; 5.13; 5.14; 5.15; 5.16; 5.17
6.1; 6.2; 6.3; 6.4, 6.5, 6.6; 6.7; 6.8; 6.9 ;
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