Transistor Bipolar de Junção TBJ

Apresentação em tema: "Transistor Bipolar de Junção TBJ"— Transcrição da apresentação:

1 Transistor Bipolar de Junção TBJ
Jadsonlee da Silva Sá

2 Introdução - 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

3 Introdução - 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 Chaveamento Saturação Ativo reverso ---

4 Relações i-v para o TBJ – Modo Ativo

5 TBJ NPN – Modo Ativo Em resumo.
A tensão de polarização direta vBE faz com que uma corrente iC (exponencial) flua pelo terminal do coletor. No modo ativo, o TBJ se comporta como uma fonte de corrente ideal, onde iC é determinada por vBE. iB é muito menor que iC, então, iE ≈ iC.

6 Características 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). Idêntica a do diodo, exceto que temos n = 1.

7 Características 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.

8 Características 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.

9 Característica emissor comum.
Efeito Early Vimos que na região ativa, iC depende levemente de vC. Outra forma de perceber tal comportamento. Para vCE baixos, vC-vB < - 0,4, JCB fica diretam. polariz. Configuração emissor comum Para vBE, se vCE cresce, IS aumenta e iC aumenta proporcionalmente – Efeito Early. vCE = -VA (entre 50 e 100V) – Tensão de Early. Característica emissor comum.

10 Dependência de β Dependência de β com o nível de corrente de operação e com a temperatura.

11 TBJ - Amplificador e Chave
Principais áreas de aplicação do TBJ: Amplificador de sinais; Chave em circuitos digitais. Amplificador. No modo ativo, o TBJ funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão. O aumento de vBE resulta no aumento de iC. Como amplificar tensão?

12 TBJ - Amplificador e Chave
Como obter amplificação linear, visto que a relação entre iC e vBE é não linear? Polarizar o TBJ em uma tensão VBE e uma corrente IC. Superpor o sinal a ser amplificado sobre VBE. Se tal sinal for suficientemente pequeno, o TBJ operará em um segmento estreito e linear da curva iC-vBE. A variação de iC resultará em uma variação linear do sinal a ser amplificado.

13 TBJ - Amplificador Amplificador - Emissor Comum. - Determinar VC.
- Converter corrente em tensão. - Polarizar o TBJ. - Fornecer a potência do amplificador.

14 TBJ - Amplificador Amplificador - Emissor Comum.
RCEsat é baixa – Chave fechada TBJ em corte – Chave aberta. 0,1 a 0,2 V

15 TBJ - Amplificador Amplificador - Emissor Comum.
O ganho de tensão do amplificador Av é dado por, O amplificador é do tipo inversor – o sinal de saída está defasado em 180 graus com relação a entrada.

16 TBJ - Amplificador Amplificador - Emissor Comum.
Como maximizar o ganho de tensão? Aumentar o máximo possível a queda de tensão em RC  Significa diminuir ao máximo VCE. Problema  O ponto Q ficaria próximo do fim da região ativa – transistor poderá entrar na região de saturação e o pico negativo do sinal poderá ser ceifado. Ganho teórico máximo.

17 Modos de Operação do TBJ
Modo ativo  Amplificador. NPN  vBE > 0,5 V ... vBE = 0,7 V; vBC ≤ 0,4 V; vCE ≥ 0,3 V. PNP  vEB > 0,5 V ... vEB = 0,7 V; vCB ≤ 0,4 V; vEC ≥ 0,3 V. Modo Saturação  Chave fechada. NPN  vBE = 0,7-0,8 V; vBC = 0,5-0,6 V; vCE = 0,1-0,2 V. PNP  vEB = 0,7-0,8 V; vCB = 0,5-0,6 V; vEC = 0,1-0,2 V.

18 Modos de Operação do TBJ
Modo corte  Chave aberta. NPN  vBE < 0,5 V. PNP  vEB < 0,5 V.

19 TBJ como Chave Utilizado nos modos de operação corte (chave aberta) e saturação (chave fechada). Considere o circuito abaixo, onde a entrada vI é variável. Para vI < 0,5 V, vBE < 0,5 V  Corte. Então, iB = iC = iE = 0; vC = VCC. Para o TBJ conduzir, vBE = 0,7 V. Se vCB ≥ - 0,4 V ou vBC ≤ 0,4 V, o TBJ estará no modo ativo.

20 TBJ como Chave O que é necessário para o TBJ entrar na região de saturação? vCB ≤ - 0,4 V. Observe que, se vI aumenta, vBE e iC também aumentam. Mas, se iC aumenta, vC diminui e vCB também diminuirá. Quando vCB = -0,4 V, o TBJ estará no limiar para saturação (LPS).

21 TBJ como Chave Se aumentarmos vI acima de vI(LPS), o TBJ avança na região de saturação e vCE diminui. Vamos considerar sempre que vCEsat=0,2V na saturação. Nesse estado, o TBJ opera como chave fechada. Na saturação, podemos forçar o TBJ a operar em qualquer β desejado (βforçado) abaixo do valor normal.

22 Circuitos TBJ em CC Apenas tensões CC serão aplicadas.
Modelos simplificados serão utilizados. Em condução  |VBE| = 0,7 V. Na saturação  |VCE| = 0,2 V. Efeito Early é desprezado. Como fazer a análise de circuitos com TBJs? Temos que descobrir o modo de operação do TBJ.

23 Circuitos TBJ em CC Procedimento para analisar o circuito:
Suponha que o TBJ está no modo ativo. Determine as tensões e correntes. Verifique a consistência dos resultados baseado na suposição modo ativo. TBJ NPN  VCB > -0,4 V. TBJ PNP  VCB < 0,4 V. Se os resultados forem consistentes. O procedimento é finalizado. Caso contrário, suponha que o TBJ está no modo saturação.

24 Circuitos TBJ em CC Procedimento para analisar o circuito:
Determine as tensões e correntes. Verifique a consistência dos resultados baseado na suposição modo saturação. Teste  IC/IB = βforçado < βmin. Caso o teste seja verdadeiro, os dados são consistentes.

25 Polarização de Circuitos Amplificadores
Problemas a serem resolvidos. Estabelecer IC - Insensível às variações de temperatura e a grandes variações dos β encontrados em TBJs do mesmo tipo. Estabelecer o ponto de polarização no plano iC-vCE - Possibilitar a máxima excursão do sinal de saída. Algumas abordagens para resolver estes problemas.

26 Polarização de Circuitos Amplificadores
Relembrando... Estabilizar IE equivale a estabilizar IC, pois IC = αIE e α varia pouco. VBE diminui de 2mV/°C. β varia com a temperatura e IC.

27 Polarização de Circuitos Amplificadores
Arranjo para polarização mais utilizado. Para IE (IC) ser insensível à temperatura e às variações de β, as seguintes condições devem ser satisfeitas.

28 Polarização de Circuitos Amplificadores
Garante que pequenas variações em VBE são desprezíveis se VBB for grande. Problema: existe um limite superior para VBB. Para VCC constante, se VBB cresce, VCB diminui (VCB > -0,4). É desejável que a queda de tensão em RC seja grande para obtermos um ganho alto e uma grande excursão do sinal (antes de entrar em corte).

29 Polarização de Circuitos Amplificadores
Além disso, VCB (ou VCE) deve ser alto para proporcionar uma grande excursão do sinal (antes de entrar na saturação). Regra prática.

30 Polarização de Circuitos Amplificadores
Torna IE insensível às variações de β. Pode ser satisfeito se RB for pequeno, ou seja, para R1 e R2 pequenos. Isso implica em uma maior corrente drenada da fonte e na redução da resistência de entrada do amplificador. Regra prática: escolher R1 e R2 de forma que a soma de suas correntes esteja na faixa de IE a 0,1IE.

31 Polarização de Circuitos Amplificadores
Arranjo com duas fontes de tensão. Idêntica a equação do circuito anterior, exceto que VEE substitui VBB. As duas condições anteriores também se aplicam.

32 Polarização de Circuitos Amplificadores
Polarização utilizando um resistor de realimentação de coletor para base – Emissor comum. Neste circuito, VCC substitui VBB e RC substitui RE. As duas condições anteriores também se aplicam. RB determina a máxima excursão do sinal no coletor.

33 Polarização de Circuitos Amplificadores
Polarização usando uma fonte de corrente constante. Vantagem: IE não depende de β e de RB. Então, a resistência de entrada da base pode ser alta e não afetará a polarização. Se os β de Q1 e Q2 forem altos, IB1 e IB2 podem ser desprezados. Espelho de corrente.