Eletrônica Aula 04 CIN-UPPE

Transistores Figura do primeiro transistor de germânio John Bardeen and Walter Brattain at Bell Laboratories.

Transistor Tipos BJT – Transistor de juncao bipolar Biplor (eletrons e buracos) MOS – Metal Oxido Silicio Unipolar (eletrons)

Transistor de Junção (BJT) - NPN C B E

Transistor de Junção (BJT) - PNP C B E

Transistor (NPN) Quando o transistor é polarizado no modo de operação normal, a tensão na base é ligeiramente positivo em relação a tensão no emissor (aproximadamente 0.7 V para o silício). A tensão no coletor é positiva com a tensão bem superior a tensão de base.

Transistor (NPN) A região de depleção na junção polarizada reversamente entre a base e o coletor aumenta e pode suportar a mudança de potencial elétrica.

Correntes no transistor IE = IB + IC Modelo Real IC IE IB Modelo convencional IC IE IB

Transistor α = IC / IE α  0.95 IC e ligeiramente menor do que IE O que torna o transistor interessante e útil é o fato de que a corrente de coletor é bem maior que a corrente de base. Para um transistor típico, 95% a 99% dos portadores da carga do emissor são emitidos pelo coletor e constituem-nos quase toda a corrente de coletor. α  0.95 α = IC / IE IC e ligeiramente menor do que IE O ganho de corrente de um transistor é definido como a corrente do coletor dividida pela corrente da base  = IC / IB

Transistor - característcas Transistores de baixa potência têm ganho de corrente da ordem de 100 a 200. Transistores de alta potência têm ganho de corrente da ordem de 20 a 100.

Transistor - Configurações Emisor comum Coletor comum Base comum Características EC CC BC Ganho de potência sim Ganho de tensão não Ganho de corrente Resistência de entrada 3.5K 580K 30K Resistência de saída 200K 3.1M Mudança de fase da tensão

Transistor – Emissor comum - características IB = (VBB - VBE )/RB 0.7V Curva da base IE = IB + IC VCE = VC – VE VCB = VC – VB

Transistor – Curvas do coletor Corrente IC constante (região ativa) VBE =V IB > 0 IC/IB =   constante Joelho da curva Região de saturação VBE =V IB > 0 IC/IB <  Tensão de ruptura Região de corte VBE < V IB = 0 IC IE  0

Transistor – regiões de operação Modo de operação Junção EB Junção BC Aplicações Zona ativa Polarização direta Polarização inversa Amplificadores Zona de corte Interruptores, Portas Lógicas, Circuitos TTL, etc. Zona de saturação

Transistor – Região de saturação Está região representa a região no qual a corrente do coletor cresce bastante com o aumento da tensão entre o coletor e emissor (0 a 1 V). Nesta região o diodo coletor base está diretamente polarizado. O valor de resistência da carga deve ser pequena bastante para levar o transistor para a saturação, de forma que quase toda a tensão da fonte é aplicada na carga. VBE =V IB > 0 IC/IB <  carga

Transistor – Região de corte Nesta região a corrente de base é nula. Existe apenas nesta configuração uma pequena corrente de fuga do coletor. VBE < V IB = 0 IC IE  0

Transistor – Região ativa Está região representa a operação normal do transistor. Nesta região o diodo emissor está polarizado diretamente e o diodo coletor inversamente polarizado. Nesta região, o coletor captura praticamente todos o elétrons que o emissor está jogando na base. VBE =V IB > 0 IC/IB =   constante

Transistor – Reta de carga - Polarização A reta de carga possui todos os pontos de operação do circuito, considerando as características do transistor. Ponto de saturação – ponto onde a reta de carga intercepta a região de saturação das curvas do coletor. Ponto de corrente Ic máxima do circuito Ponto Q Ponto de corte – corrente Ic mínima do circuito

Polarização de amplificadores emissor comum Transistores BJT

BJT – Polarização de amplificadores base comum Tensão de saída em função da tensão de entrada. Vout muda linearmente com a mudança de Vin, desde que os outros parâmetros são constantes.  Neste tipo de configuração a necessidade de mudança de transistores, por exemplo, o 2N3904, que pode ter ganho entre 130-200, pode acarretar mudanças significativas na amplificação do sinal. Observe que a tensão de saída depende diretamente de  (ganho do transistor). O transistor pode ir da região ativa para a de saturação. http://www.eng.fsu.edu/~ejaz/EEL3300L/lab8.pdf

Transistor – Ponto de operação (região ativa) RB = 300K 10 V 10 V 6,9 3,1 Considere VBE = 0,7V ;  = 100 IB = (10-0,7)V/300K= 31A IC = . IB => IC = 3,1 mA VCE = 10-IC.RC => VCE = 10-3,1= 6,9 V

Transistor - região ativa Laboratório Operação em Região ativa

Laboratório No ponto de operação: IB = 10 A IC = 1 mA VCE = 5 V 7.5 2.5 10 15 IB = 10 A + 5 A IB = 10 A - 5 A Se IB varia, VBE também varia e conseqüentemente IC e VCE. Assim, com valor central no ponto de operação: IC + CE = 1.0 + 1.5 cos(t) VCE + VCE = 5.0 – 2.5 cos(t) Se um sinal senoidal de amplitude 10A é aplicado à base com o transistor neste ponto de operação: IB + IB = 10 A + 5 cos(t)

Polarização – (fonte de tensão comum) O ponto de operação do circuito (ponto Q) pode ser calculado a partir do cálculo de RB, RC, VCC e ganho . VCE depende de  diretamente.

Exemplo - Laboratório Calcular no circuito abaixo os valores de RC, RB, considerando  = 100, VCC = 15 V, de forma que no ponto de polarização (Q), IC = 25 mA e VCE = 7.5 V. Considerando os resultados obtidos acima, qual será o novo ponto Q quando  = 200.

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum Tensão de entrada Corrente de emissor com Corrente de coletor considerando temos que: Assim, Vout pode ser dado por: Se introduzimos assim, um resistor no emissor, de valor elevado, em relação ao da base, a mudança de Bf() pode ser quase imperceptível.

BJT – Polarização com divisor de tensão Equivalente Thevenin Encontrar VBB e RBB

Resistência equivalente Tensão na base Resistência equivalente IB VBB Considerando: IE IC  IB IB deve ser pequena para não afetar a polarização

Polarização com realimentação Em geral, devemos escolher um valor RB <<  RE para termos uma condição de realimentação efetiva, ou seja, fazer com que a corrente do coletor, e conseqüentemente VCE, independam (muito) do ganho do transistor, assim:  =>  => Observe que VCE independe do ganho

Polarização com realimentação Cálculo do valor para VE: Observe que VBE pode variar (0.6 a 0.8 V) para o silício, principalmente com o aumento da temperatura. Assim para que esta oscilação VBE interfira no circuito de polarização, devemos fazer com que a tensão no emissor seja imune a está variação. Assim, se considerarmos a variação de 0.1 V, teríamos: Se VBE oscila em torno e 0.1 V, VE = IE.RE >> 0.1 V or VE > 10*0.1 = 1V

Polarização I1 = IC+IB , como IC>>IB I1  IC Se ou temos: BE Desde que IC é independente de  o ponto de operação é estável. Cálculo de VCE (verificação do ponto de operação) BE

Laboratório Projetar um circuito estável, com realimentação, com um ponto Q de IC = 2.5mA e VCE = 7.5V. Considere  entre 50 e 200. Considere que o ponto Q se localiza no meio da curva da região ativa e que VCC = 2*VCE Para: na configuração realimentação simples via emissor; na configuração realimentação divisor de tensão na base; na configuração realimentação coletor-base. 2.5 7.5