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Fundamentos de Electrónica Transístores de Junção Bipolar Bipolar Junction Transistor - BJT.

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Apresentação em tema: "Fundamentos de Electrónica Transístores de Junção Bipolar Bipolar Junction Transistor - BJT."— Transcrição da apresentação:

1 Fundamentos de Electrónica Transístores de Junção Bipolar Bipolar Junction Transistor - BJT

2 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Roteiro Princípios Fisícos – junção npn e pnp Equações aos terminais Modelo de pequenos sinais Montagens amplificadores de um único canal Equação de Ebers-Moll de funcionamento na região de saturação Modelo de alta-frequência

3 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Transístor n-p-n Semelhante a dois díodos costas com costas, mas, Largura de base, W, é muito pequena! Três zonas de operação Zona de corte – Ambas as junções ao corte Zona de activa – Junção B-E ON Junção B-C OFF Zona de saturação – Ambas as junções ON npn Base EmissorColector Junção base-emissor Junção base-colector W

4 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Funcionamento na Zona Activa Na zona activa temos a junção BE polarizada inversamente e a junção BC polarizada inversamente Os electrões responsáveis pela condução de corrente na junção base emissor atravessam a pequena base e são recolhidos no colector! npn Emissor Colector Base Junção Polarizada directamente Junção Polarizada inversamente I A Junção BE emite electrões que se deslocam para o colector Ic Ie Ib

5 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Perfil da Densidade de Portadores A densidade de electrões livres decresce na base. No colector os electrões livres são removidos pelo campo eléctrico. Como a base tem um comprimento bastante inferior ao comprimento de difusão este decréscimo é linear. A base (tipo-p) é bastante menos dopada que o emissor (tipo-n) logo a concentração de lacunas é bastante inferior à concentração de electrões livres. Emissor (n) Base (p) Colector (n) O Campo eléctrico remove os electrões livres W Largura efectiva de base Linear já que W << Ld Vbe Vcb I

6 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Corrente maioritária O emissor (tipo-n) é muito mais dopado que a base (tipo-p) donde resulta que a corrente é maioritariamente formada por electrões livres, que se deslocam directamente do emissor para o colector! O aumento da corrente aumenta a concentração de electrões livres no emissor que aumenta o valor de Vbe. Emissor (n) Base (p) Colector (n) W Vbe Vcb I A tensão Vbe aumenta com a concentração de electrões livres no emissor

7 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Corrente maioritária O Transístor na zona activa comporta-se como um díodo polarizado directamente com uma corrente de saturação dada por Is, mas em que corrente flúi num terceiro terminal denominado de colector! Emissor (n) Base (p) Colector (n) W Vbe Vcb I

8 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Corrente na base A corrente da base tem duas componentes: i B1 = Corrente minoritária devido às lacunas que se deslocam da base para o emissor. Equação equivalente à corrente de lacunas de uma junção p-n. i B2 = Corrente de reposição dos electrões que se recombinam com as lacunas ao atravessarem a base. Carga armazenada na base Tempo médio que um electrão demora até se recombinar com uma lacuna

9 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Ganho de corrente do Transístor Deve-se notar que: Beta aumenta com a diminuição da largura da base Beta aumenta com a concentração de impurezas no emissor e diminui com a concentração de impurezas na base. Beta é normalmente considerado constante para um dado transístor Temos ainda a relação de Einstein: Combinando as equações anteriores

10 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Equações para as correntes np n Emissor Colector Base Ic Ie Ib Ie Ic

11 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Modelos equivalentes (npn) B B B B C C C C E E E E

12 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Símbolo O símbolo do transístor npn é baseado no seu modelo equivalente Ib Ie Ic emissor colector base B E

13 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Tecnologia Os transístores nos circuitos integrados modernos são em geral construídos através da adição de impurezas a uma bolacha de semicondutor. Bolacha de Silício Transístor Corte vertical Transístor planar Transístor vertical E BC E BC Substrato de Silício p n nn np Contactos metálicos

14 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Transístor pnp O emissor injecta lacunas na base que passam directamente para o colector. As equações são em tudo semelhantes às do transístor npn. pnp Base EmissorColector W Ib Ie Ic emissor colector base

15 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Modelos equivalentes (pnp) B C E B C E B C E B C E

16 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Funcionamento na Zona Activa Ic Ib Ie npn pnp Ie IcIb JBE ON JCB ON

17 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Zona de Saturação A junção Base-Colector começa a conduzir para Vbc=0.5V donde resulta que na entrada na zona de saturação podemos considerar Vce= V 0.7V 0.2V C B E Modelo para o transístor na zona de saturação Modelo simplificado 0.7V 0.2V C B E C B E

18 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Curvas Características dos Transístores Zona Activa Ib=60uA Ib=20uA

19 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Zona Activa Inversa O transístor é um dispositivo aproximadamente simétrico, de tal forma que se trocarmos o emissor com o colector obtemos um novo dispositivo, que continua a funcionar como um transístor. No entanto o colecto é em geral menos dopado que o colector, donde resulta que o novo ( R ) é bastante mais pequeno. Trocar o emissor com o colector corresponde utilizar um valor de VCE negativo. JBC ON Ic Ib Ie VCE VBE

20 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Curvas Características Zona activa inversa Zona activa Zona saturação

21 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE O Efeito da Temperatura Vbe varia cerca de –2mV/ºC para valores semelhantes de Ic Beta do transístor tipicamente aumenta com a temperatura

22 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Efeito de Early Mesmo na zona activa existe uma pequena dependência de Ic com Vce. Tal deve-se a uma diminuição da largura efectiva da região de base, devido ao alargamento da região de depleção da junção CE. Efeito de Early. VA Tensão de Early

23 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Aproximação de pequenos sinais Modelo Modelo T B C E + - B C E Nota:

24 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Incorporando o efeito de Early Modelo aumentado B C E + - ro modela o efeito de Early. Pode ser considerado como a resistência de saída da fonte de corrente.

25 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Polarização Polarização: escolha do ponto de funcionamento em repouso com uma fonte de tensão. Como regra de polegar é usual distribuir a tensão igualmente por Rc, Vce e Re: Equivalente de Thévenin Para que I E seja insensível a variações de temperatura e de devemos ter

26 Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE Polarização A polarização com duas fontes de tensão permite reduzir o consumo, etc… Polarização com uma fonte de corrente permite aumentar a impedância vista da base, etc…


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