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Eletrônica II
Germano Maioli Penello
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
Aula 12
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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:
b 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 b = 100, a = 0.99 a 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
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Exercício
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
rp é proporcional a b 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
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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 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 rp
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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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