11 Eletrônica II Germano Maioli Penello II _ html Aula 12

2 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.

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

4 BJT – região ativa I S é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente proporcional à área da EBJ. I S ~ a A (extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C) V T ~25 meV

5 BJT – região ativa Corrente de base (duas componentes) h + injetados no emissor – i B1 h + fornecidos para a recombinação – i B2 i B = i B1 + i B2 Proporcional à corrente coletada:  é um parâmetro do transistor (50 ~200) Chamado de ganho de corrente de emissor comum

6 BJT – região ativa Corrente de emissor Regra dos nós  i E = i C + i B Ex: Se  = 100,  = 0.99  é chamado de ganho de corrente de base comum

7 BJT Acompanhe a animação a partir de Diodo/rectifier

8 BJT – símbolo e resumo da região ativa

9 Efeito Early Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de v CE Valores de tensão baixos (V CB < -0.4V), CBJ está polarizado diretamente e estamos na região de saturação. V CB > -0.4V, CBJ está polarizado reversamente e estamos na região ativa. E B Sat Ativa ~0,4V ~0,3V

10 Exercício

11 Exercício Note que os dois transistores não conduzem simultaneamente. V BE Q1 = V EB Q2 Se EBJ de Q 1 está polarizado diretamente, EBJ de Q 2 está polarizado reversamente Neste caso, Considerando que Q2 conduz (Q1 em corte): Corrente flui do R 1k para a base de Q 2. Portanto, a base está em um potencial negativo e a corrente deveria fluir da base para o potencial +5V, o que é um impossível!

12 Exercício 5 – 10k x I B – 0.7 – 1k x I E = 0 I B = 4.3/(10k + 101k) = mA Corrente flui do R 1k para a base de Q 2. Portanto, a base está em um potencial negativo e a corrente deveria fluir da base para o potencial +5V, o que é um impossível! Com isto, percebemos que Q1 conduz enquanto Q2 está em corte.

13 Exercício I E = x (101) = 3.9 mA V E = 3.9 m x 1k = 3.9V V B = 5 – 10k * m = 4.61V

BJT como amplificador 14 BJT tem que estar na região ativa (fonte de corrente controlada por tensão) Corrente i c em função de v BE Claramente não linear (relação exponencial) Desejamos um amplificador de tensão. Como fazer para que uma fonte de corrente seja transformada em uma fonte de tensão? Já fizemos algo similar com o MOSFET!

BJT como amplificador 15 v CE

BJT como amplificador 16 Na região ativa: Relação não linear! v CE

BJT como amplificador linear 17 Polarizando o BJT Ponto de operação DC (quiescente)

18 BJT como amplificador linear Superpondo AC e DC: O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude.

19 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Inclinação da reta no ponto Q

20 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno

21 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo!

22 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo! Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão em Rc e a tensão térmica. Ainda não estamos nomeando as configurações dos amplificadores, mas baseado no que aprendemos no MOSFET, qual é o nome desta configuração?

23 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo! Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão em Rc e a tensão térmica. Alto V Rc causa baixo v CE limitando a varredura de sinal negativos na saída.

Aproximação de sinal pequeno 24 Análise DC:Incluindo fonte de tensão AC:

Aproximação de sinal pequeno 25 Análise DC:Incluindo fonte de tensão AC:

Aproximação de sinal pequeno 26 Análise DC:Incluindo fonte de tensão AC: Aproximação de sinal pequeno: Se v be << V t, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência (série de taylor)

Aproximação de sinal pequeno 27 A aproximação só é válida quando v be << V t. Para fins práticos, à temperatura ambiente (V t ~ 25mV)  v be < 10mV. Dentro desta aproximação:

Aproximação de sinal pequeno 28 A aproximação só é válida quando v be << V t. Para fins práticos, à temperatura ambiente (V t ~ 25mV)  v be < 10mV. Dentro desta aproximação: A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC

Aproximação de sinal pequeno 29 A aproximação só é válida quando v be << V t. Para fins práticos, à temperatura ambiente (V t ~ 25mV)  v be < 10mV. Dentro desta aproximação: A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC Analisando a componente AC: Chamamos g m de transcondutância  Onde:

Transcondutância 30 A transcondutância do BJT é proporcional à corrente I C Para que a transcondutância seja previsível, precisamos de I C estável (ponto quiescente estável)! E também temperatura estável. I C ~ 1mA  g m ~ 40 mA/V (transcondutância maior que do MOSFET) Segmento linear na curva exponencial

i B e resistência de entrada na base Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente 31

i B e resistência de entrada na base 32 Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Calculando a corrente i b, determinamos a resistência de entrada na base Só estamos interessados na corrente de sinal portanto

i B e resistência de entrada na base 33 Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente r  é proporcional a  e inversamente proporcional à corrente de base IB (consequentemente à corrente de polarização I C )

i E e resistência de entrada no emissor 34 Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente

i E e resistência de entrada no emissor 35 Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Calculando a corrente i e, determinamos a resistência de entrada no emissor Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal Portanto,

i E e resistência de entrada no emissor 36 Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Relação entre r e e r  

37

38 (a) Calcular I C. A partir de I C, calcular V BE

39

40 (b) Relacione v CE com v BE e utilize a equação Daria para utilizar a transcondutância?

41

42 (c) Limite da saturação? Corrente neste limite? Novo v BE ? Diferença entre o novo v BE e o antigo? v CE

43

44 (d) Para v CE = 0.99V CC, qual a nova corrente? Qual o novo v BE ? Qual é a variaçã em v BE ?

45