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Transistor de junção bipolar Sedra & Smith, 4 a edição, capítulo 4 adaptação – Prof. Corradi

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Apresentação em tema: "Transistor de junção bipolar Sedra & Smith, 4 a edição, capítulo 4 adaptação – Prof. Corradi"— Transcrição da apresentação:

1 Transistor de junção bipolar Sedra & Smith, 4 a edição, capítulo 4 adaptação – Prof. Corradi Transistor npn Figura 4.1 Estrutura simplificada do transistor npn.

2 Transistor de junção bipolar (2) Transistor pnp Figura 4.2 Estrutura simplificada do transistor pnp. Dependendo da polaridade da tensão aplicada em cada junção, obtém-se diferentes modos de operação do TJB.

3 Modos de operação do TJB npn e Sedra. ModoJEBJCB CortadoReverso AtivoDiretoReverso SaturaçãoDireto Amplificadores com TJB Ligado – baixa impedância Saturado Liga/Desliga: circuitos lógicos Desligado – elevada impedância Cortado (v BC e v BE reversam. pol.) Pequena corrente reversa. A função do emissor e do coletor são invertidas (TJB não são normalmente simétricos).

4 Operação do transistor npn na região ativa Figura 4.3 Fluxo de corrente em um transistor npn polarizado de modo a operar na região ativa. (Componentes de corrente reversa devido ao movimento de deriva de portadores minoritários gerados termicamente não estão mostrados.) Estão mostrados apenas os componentes da corrente de difusão.

5 Concentração dos portadores minoritários Figura 4.4 Perfis das concentrações de portadores minoritários na base e no emissor de um transistor npn operando no modo ativo: v BE 0 and v CB 0. n coletor = 0 JBC diretamente polarizada

6 A corrente de coletor i C Corrente de difusão de elétrons I n : A corrente de coletor i C = I n : Observe que a magnitude de i C independe de v CB (contanto que seja 0). I S : fator de escala de corrente

7 A corrente de base i B Componente i B1 ( lacunas injetadas da base para a região do emissor ): Componente i B2 ( lacunas que devem ser fornecidas pelo circuito externo de modo a repor as lacunas perdidas na base pelo processo de recombinação ): D p : difusividade das lacunas no emissor; L p : comprimento de difusão de lacunas no emissor; N D : concentração de dopantes no emissor. b : tempo de vida do portador minoritário Q n : carga do portador minoritário na base.

8 A corrente de base i B (2) : ganho de corrente com emissor comum (usualmente, 100 < < 200). Para obter um elevado valor de (desejável), a base deve ser fina (W pequeno) e levemente dopada e o emissor fortemente dopado (N A / N D pequeno). Constante para um transistor em particular (no caso ideal)

9 A corrente de emissor i E : constante para um transistor em particular (idealmente), < 1 (se, por ex., = 100 0,99). Pequenas variações em correspondem a grandes variações em. : ganho de corrente em base comum.

10 Transistor npn na região ativa Tensão direta v BE : corrente i C (dependência exponencial com v BE ) flui no terminal de coletor. i C independe da tensão do coletor contanto que v CB 0. Na região ativa de operação, o terminal de coletor comporta-se como uma fonte de corrente constante ideal, em que o valor da corrente é determinada por v BE. i B = i C / ; i E = i C + i B i B >1) i E i C (i C = i E, < 1, mas 1)

11 Modelos de circuitos equivalentes Diodo D E : fator de escala de corrente = I S / fornece a corrente i E relacionada a v BE conforme as equações anteriores. Fonte de corrente não-linear controlada por tensão ( grandes sinais ). Pode-se convertê-la em uma fonte de corrente controlada por corrente expressando-se a corrente da fonte controlada por i E. B: terminal comum (terra) : ganho de corrente de E para C.

12 Estrutura física simplificada Fazer os exercícios 4.1 a 4.5 do livro texto. Figura 5.6 Seção transversal de um TJB npn.

13 O transistor pnp Figura 4.7 Fluxo de corrente em um transistor pnp polarizado de modo a operar no modo ativo.

14 O transistor pnp – circuitos equivalentes (grandes sinais) Figura 4.8 Dois modelos de grandes sinais para o transistor pnp operando no modo ativo. BC E iBiB iCiC iEiE + v EB –

15 Símbolos de circuito e convenções iCiC iEiE Indica a direção da polarização direta da junção BE. Figura 4.10 Polaridade das tensões e fluxo de corrente nos transistores polarizados no modo ativo de operação ( v BE (ou v EB ) >0 e v CB (ou v BC ) 0 ).

16 Relações corrente-tensão do TJB no modo ativo de operação

17 Exemplo 4.1 O transistor na figura tem = 100 e exibe uma tensão v BE de 0,7V com i C = 1 mA. Projete um circuito de modo que uma corrente de 2 mA flua através do coletor e que uma tensão de + 5V apareça no coletor.

18 Exemplo solução V C = +5 V V R C = 15 – 5 = 10 V I C = 2 mA V R C = 10 V / 2 mA = 5 k v BE = 0,7 V com i C = 1 mA v BE com i C = 2 mA é dado por: V B = 0 V E = – 0,717 V = 100 = 100/101 I E = I C / = 2 / 0,99 = 2,02 mA R E = (VE – (– 15)) / I E = 7,07 k

19 Representação gráfica das características do transistor Figura 4.12 A característica i C – v BE de um transistor npn (igual à curva i-v do diodo, exceto pelo valor da constante n). As características i E -v BE e i B -v BE são também exponenciais, mas com diferentes correntes de escala: I S / para i E e I S / para i B. Para análises dc rápidas de primeira ordem, normalmente assume-se que V BE 0,7V. Para um transistor pnp, a característica i C – v EB será idêntica à da figura. A tensão na junção emissor-base decresce de, aproximadamente, 2 mV para cada acréscimo de 1 o C na temperatura (para uma corrente de junção constante). Figure 4.13 Efeito da temperatura na característica i C – v BE. Para uma corrente de emissor constante (linha tracejada), v BE varia na taxa de –2 mV/ C.

20 Transistor npn: i C v CB (por i E ) Modo ativo de operação (v CB 0). Figura 4.14 A característica i C – v CB de um transistor npn.

21 Dependência de i C com a tensão de coletor – o efeito Early Modo ativo de operação TJBs mostram uma certa dependência com da corrente de coletor com a tensão de coletor. Suas características i C – v CB não são linhas retas horizontais. Figura 4.15 (a) Circuito conceitual para a medição da característica i C – v CE do TJB. (b) A característica i C – v CE de um TJB usual.

22 Dependência de i C com a tensão de coletor – o efeito Early (2) v BE > 0. v CE pequeno (v C < v B ) J CB : polarização direta região de saturação. v CE v CB < 0 J CB : pol. reversa espessura da região de depleção na J CB W EFETIVA DA BASE I S i C : efeito Early. Relação linear de i C com v CE : assumindo que I S permanece constante: Inclinação não-nula das linhas retas i C – v CE : a impedância de saída do coletor não é infinita

23 Dependência de i C com a tensão de coletor – o efeito Early (3) Inclinação não-nula das linhas retas i C – v CE a impedância de saída do coletor é finita e definida por: Da equação anterior: r o V A / I C I C : o nível da corrente correspondendo ao valor constante de v BE próximo à fronteira da região ativa. Esta dependência de i C com v CE no projeto e análise do circuito de polarização normalmente não é considerada; no entanto, a resistência de saída finita r o pode ter um efeito significativo no ganho de amplificadores a transistores.

24 Análise dc de circuitos com transistores Modelo da tensão constante V BE assuma que V BE = 0,7V independentemente do valor exato da corrente i C. Exemplo 4.2 : Considere o circuito da figura. Deseja-se analisar este circuito de modo a determinar as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100.

25 Exemplo 4.2 – análise O transistor está na região ativa? V B (em relação ao terra) = 4V ; V E = V R E < 4V (assumindo o modo ativo de operação, há uma queda V BE de 0,7 na J BE ) A junção BE está diretamente polarizada. V E = 4 – V BE 4 – 0,7 = 3,3 V V R E = V E = 3,3 V I E = V E / R E = 1 mA. V C = 10 V – I C R C ; V B = 4V Vamos assumir que V BC < 0: região ativa de operação (juntamente com a condição V BE > 0). Assim: I C = I E = / ( +1) = 100/101 0,99 I C = 0,99 1 = 0,99 mA. V C = 10 – I C R C = 10 – 0,99 4,7 +5,3 V: V BC = – 1,3V ( )

26 Exemplo 4.2 – análise (2) V BE > 0, V BC < 0: O transistor está na região ativa? I B = I E / ( + 1) = 1 / 101 0,01 mA. Condições consistentes O transistor está na região ativa!

27 Exemplo 4.3 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100. O transistor está na região ativa? Assuma, inicialmente, operação na região ativa. O transistor está no modo de saturação (visto mais adiante).

28 Exemplo 4.4 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100. O transistor está na região ativa? V B = 0V J BE não conduz (V BE V B = 0 J BC não conduz (V BC = 0 – V C < 0) i C = 0 i B = i C – i E = 0 O transistor está no modo cortado de operação.

29 Exemplo 4.5 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100. Observe que o transistor agora é pnp!

30 Exemplo 4.6 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100. O transistor está no modo ativo?

31 Exemplo 4.7 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100. O transistor está no modo ativo?

32 Exemplo 5.9 – 5 a edição do Sedra&Smith Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100.

33 Exemplo 4.8 Analise o circuito da figura e determine as tensões em todos os nós e as correntes em todos os ramos. Assuma = 100.


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