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• Transistores Bipolares

O termo bipolar vem do fato de que buracos e elétrons participam do processo de injeção no material opostamente polarizado.

Ø Símbolo

Ø Função – Controlar a corrente elétrica que passa por ele.

Ø Construção

IB

NPN PNP

IC

E

B

C

IC função de IB

VEE VCC

P- N+ N-

B

E C

0,15’’

0,0001’’

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Ø Operação do transistor

• O transistor PNP operando com a região BE diretamente polarizada e com coletor aberto. Obs: A operação do transistor NPN é exatamente a mesma, se as funções dos elétrons e

buracos fossem trocadas.

ü A região de depleção BE foi reduzida em largura devido à tensão aplicada, resultando em um fluxo denso de portadores majoritários do material tipo P para o material tipo N.

• O transistor PNP operando com a região CE reversamente polarizada e com emissor aberto.

ü A região de depleção BE foi aumentada em largura devido à tensão aplicada, resultando em um pequeno fluxo de portadores minoritários do material tipo N para o material tipo P.

N- P-

B

E C

+ Portadores majoritários

N- P+ P-

B

E C

+ Portadores minoritários

VCC

VEE

P+

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• O transistor PNP operando com a região BE diretamente polarizada e com a região CE reversamente polarizada.

ü A componente de portadores minoritários IC0 é chamada de corrente de fuga (corrente IC com terminal do emissor aberto).

ü IC é da ordem de miliampères, enquanto IC0 é medido em microampères ou nanoampères. ü IC0 dobra de valor para cada 10°C de aumenta na temperatura.

Ø Parâmetros αα (alfa) e ββ (Beta)

• Na análise DC, os valores de IC e IE devidos aos portadores majoritários são relacionados por um parâmetro denominado αα (alfa) e definido pela equação:

E

CmajDC I

I=αα

Para IB = 0A ⇒

N- P+ P -

B

E C

+ Portadores minoritários (IC0)

VCC

+ Portadores majoritários (ICmaj.)

VEE

IC

IC = ICmaj. + IC0

IE

IE = IC + IB

IB

IC = αIE + IC0 IC = ICmaj. + IC0

IC = ICE0 = IC0 /(1- α)

IC = α(IC+IB) + IC0 IC = αIB/(1- α) + IC0 /(1- α)

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• Na análise AC, as variações nos valores de IC e IE são relacionadas por um parâmetro denominado αα (alfa) e definido pela equação:

E

CmajAC I

I

∆∆

=αα

• Na análise DC, os valores de IC e IB são relacionados por um parâmetro denominado ββ

(beta) e definido pela equação:

B

CDC I

I=ββ

• Na análise AC, os valores de IC e IB são relacionados por um parâmetro denominado ββ (beta) e definido pela equação:

B

CAC I

I∆∆

=ββ

Obs: Se a dependência da corrente IC com VCE fosse nula (impedância de saída na configuração emissor comum infinita), o ββAC seria igual ao ββ DC.

VCB = constante

IE = IC + IB

IC/α = IC + IC /β

IE = IB (β + 1)

1/α = 1 + 1 /β

α = β/(β +1)

VCE = constante

ICE0 = IC0 /(1- α) ICE0 ≈ βIC0

β = α/(1- α)

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Ø Curvas Características (EC)

• Curva característica ICE versus VCE parametrizada com IB

Curva característica ICE versus VCE parametrizada com IB

Curva característica IB versus VBE parametrizada com VCE

2mA

4mA

8mA

10mA

12mA

14mA

16mA

18mA

20mA

IC

20V 4V 16V 12V VCE

IB= 0 µA

8V

VCE(sat) Região de corte Região de saturação

Região ativa

IB= 10 µA

IB= 20 µA

IB= 30 µA

IB= 40 µA

IB= 50 µA

IB= 60 µA

IB= 70 µA

IB= 80 µA

ICE0 ≈ βIC0

VCE = 1V

IB (µµA)

VBE (V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

10

VCE = 10V

VCE = 20V

20

30

40

50

60

70

80

20

Ø Polarização

O termo polarização significa a aplicação de tensões DC em um circuito para estabelecer valores fixos de corrente e tensão.

O Ponto de polarização (ponto quiescente) deve ser localizado na região ativa e dentro dos valores máximos permitido.

• Equações importantes no projeto do circuito de polarização.

• Para a polarização do TBJ em uma sua região linear (ativa), as seguintes condições devem ser satisfeitas:

1. A junção base-emissor deve ser diretamente polarizada, com uma tensão resultante de

polarização de mais ou menos 0,6 a 0,7V. 2. A junção base-coletor deve ser reversamente polarizada, com a tensão reversa de

polarização situando-se dentro dos limites máximos do dispositivo. Observações:

• A tensão direta VBE para polarização direta é praticamente, para fins de cálculo de

polarização DC, constante e igual a 0,7 V para silício e 0,3V para germânio .

IC = βIB

IE ≈ IC

VBE = 0,7 V

α ≈ 1

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Ø Circuitos de Polarização

• Tipos mais comuns

1. Circuito com polarização fixa (na prática não é utilizado) Para análise DC, XC1 = XC2 ∝ Da malha base-emissor temos

Da malha coletor-emissor temos

Ponto Quiescente ⇒ Pobre estabilidade

Vo

VBE

VCE

RC

RB

VCC

Vi

C2

C1

IB

IC

VCC - RBIB - VBE = 0 IB = (VCC - VBE )/RB

IC = ICq = β IB

VCC - RCIC - VCEq = 0 VCEq = VCC - RCIC

VCEq , ICq

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• Exercício

Solução

IB = (VCC - VBE )/RB = (12V - 0,7V)/240kΩ = 47,08µµA a) Para ββ1 = 50 ICq = β1 IB = (50)(47,08µA) = 2,35mA VCEq = VCC - RCIC = 12V – (2,2kΩ)(2,35mA) = 6,83V

b) Para ββ2 = 100 ICq = β1 IB = (100)(47,08µA) = 4,71mA VCEq = VCC - RCIC = 12V – (2,2kΩ)(2,35mA) = 1,64V

Comentário: Uma variação de 100% em ββ produz a mesma quantidade de variação em ICEq.

VBE

VCE

RC

2,2kΩ RB

240kΩ

VCC = 12V

Vi

C2

C1

IB

IC

ββ 1 = 50 ββ 2 =100

V0

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• Escolhendo o ponto quiescente (ponto Q)

Reta de Carga e obtenção de um modelo AC (incremental)

1mA

2mA

3mA

4mA

5mA

6mA

7mA

IC

3V Vcc =12V 9V VCE 6V

IB= 20 µA

IB= 40 µA

IB= 60 µA

IB= 80 µA

IB= 100 µA

IB= 120 µA

VBE (V)

0,7V

100µAIB

ββ = 50

Q

VCE = VCC - RCIC IC = (VCC - VCE )/ RC

Vcc /Rc

Q(2,35mA, 6,83V)

∆∆ VBE/∆∆IB = vBE/iB = rππ

∆∆ VCE/∆∆IC = vCE /iC = r0

∆∆VBE/∆∆IC = vBE/iC = vBE/ββ iB = rππ /ββ

∆∆VBE/∆∆IC = 1/gm = re = rππ /ββ

Trans...

Com ∆∆VCE = vCE = 0

Com ∆∆IB = iB =0 ⇒⇒ vBE = 0

∆∆IC = iC = f (vCE, vBE)

∆∆

≅δδδδ