Germano Maioli Penello Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html Aula 12 1

Pauta (T3 e T4) 2 BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211 CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311 CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411 DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611 FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911 GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211 GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911 HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111 HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211 LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111 LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911 NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111 TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211 ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711 BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611 FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411 GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311 HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311 HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011 HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311 IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611 JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011 LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211 2

Pauta (T5 e T6) 3 ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411 BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811 FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511 HELDER NERY FERREIRA 200620350811 ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011 JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111 JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811 LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111 MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611 MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511 NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911 PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011 RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111 VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011 VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611 VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411 ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011 BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011 CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911 DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011 GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211 ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911 LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111 LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311 LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211 MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611 MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511 RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211 RICARDO ALVES BARRETO 200420419111 WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711 3

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.

BJT Inventado em 1948 na Bell Labs, deu início a era dos dispositivos de estado sólido. Por três décadas foi o dispositivo utilizado em circuitos discretos e integrados. Em torno de 1980, o MOSFET começa a ser um competidor a altura. Hoje em dia o MOSFET domina, ficando o BJT mais restrito a aplicações específicas, p.e., circuitos em condições extremas em aplicações automotivas, frequencias extremamentes altas, … Tecnologia BiCMOS junta os dois tipos de transistores aproveitando a alta impedância de entrada e baixa dissipação do MOSFET com a alta frequência de operação e alta corrente do BJT

BJT – estrutura física Três terminais: emissor (E), base (B) e coletor (C) Duas junções pn: Junção emissor-base (EBJ) Junção coletor-base (CBJ) npn Diferentemente do MOSFET, portadores de carga positivos e negativos são importantes na análise! Por isso termo bipolar no nome. pnp

BJT – estrutura física Polarização das junções Duas junções pn: Junção emissor-base (EBJ) Junção coletor-base (CBJ) Ver modelo de Ebers-Moll A região ativa é utilizada para construit um amplificador As regiões de saturação (não confundir com o MOSFET!) e corte são utilizadas para chaveamento

BJT – região ativa VBE – polarização direta na junção EB VCB – polarização reversa na junção CB

BJT – região ativa VBE gera corrente na EBJ. Elétrons - emissor  base Buracos (lacunas) - base  emissor É desejável ter a corrente de elétrons maior que a de buracos. Dopagem do emissor > dopagem da base Note o sentido do fluxo de elétrons dentro do BJT e o sentido da corrente iE fora

BJT – região ativa Elétrons na base (região p) são portadores minoritários! Portanto, eles recombinam gerando a corrente iB2, reduzindo a quantidade de elétrons na região da base (processo de recombinação). Elétrons injetados do emissor difundem através da base e são coletados na região à direita (coletor) Corrente de difusão

BJT – região ativa Corrente de coletor A maioria dos elétrons injetados chegam a CBJ e são acelerados ao coletor , portanto IC = In. onde ou IS = Corrente de saturação Note que a corrente IC não depende de VCB (apenas quando CBJ está diretamente polarizada)

(extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C) BJT – região ativa IS ~ 10-12 a 10-18 A (extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C) VT ~25 meV (@300K) IS é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente proporcional à área da EBJ.

Corrente de base (duas componentes) 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: é um parâmetro do transistor (50 ~200) Chamado de ganho de corrente de emissor comum

Regra dos nós  iE = iC + iB 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

BJT – estrutura física Visão em corte da estrutura física (simplificada) do bjt Coletor envolve o emissor para coletar o máximo de e-, fazedo com que a seja próximo de 1 e b seja alto O dispositivo não é simétrico

BJT Acompanhe a animação a partir de Diodoe/rectifier http://php.scripts.psu.edu/users/i/r/irh1/SWF/Semiconductors.swf

BJT – símbolo e resumo da região ativa

Exemplo

Exemplo RC VBE RE

Exemplo RC VBE RE

Exemplo RC VBE RE Com iC = 1mA e vBE = 0.7V, calculamos IS Com IS e ic = 2mA, recalculamos VBE.

Exemplo RC VBE RE Com iC = 1mA e vBE = 0.7V, calculamos IS Com IS e ic = 2mA, recalculamos VBE.

Efeito Early Ativa B 0,4V Sat E 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. Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE

Efeito Early Corrente de coletor desprezando o efeito Early  Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE VA - ~10 a 100V (tensão Early) Também conhecido como efeito de modulação de largura de base Efeito similar foi analisado no MOSFET

Exercícios

Exercícios

Exercícios 1 Considerando o BJT na região ativa 2

Exercícios 1 Considerando o BJT na região ativa 2 1 em 2:

Exercícios 1 Considerando o BJT na região ativa 2 1 em 2:

Exercícios Tensão de coletor acima da base por 4.03 V (o transistor de fato está na região ativa) A consideração feita no início estava correta!

Exercícios VB = 4.57 V IRB2 = 4.57 / 50k = 0.09 mA IRB1 = IRB2 + IB = 0.103 mA

Exercício

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!

Exercício 5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0 IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA

Exercício 5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0 IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA IE = 0.039 x (101) = 3.9 mA VE = 3.9 m x 1k = 3.9V VB = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V

Exercício 5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0 IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA IE = 0.039 x (101) = 3.9 mA VE = 3.9 m x 1k = 3.9V VB = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V