11 Eletrônica II Germano Maioli Penello II _ 2015-1.html Aula 13.

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1 11 Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html Aula 13

2 2 Pauta (T3 e T4) BRUNO SILVEIRA KRAUSE200710532211 CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES201020412311 CAROLINA LAUREANO DA SILVA201110312411 DANILO PEREIRA CALDERONI200920378611 FELIPE ALMEIDA DA GRACA200420392911 GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA201110256211 GUTEMBERG CARNEIRO NUNES201410074911 HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA201120421111 HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO201210380211 LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEI ç ãO200910229111 LUCAS MUNIZ TAUIL201210073911 NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA201110062111 TAMYRES MAURO BOTELHO200820512211 ANA CAROLINA FRANCO ALVES200910169711 BRUNO STRZODA AMBROSIO201110060611 FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA201210070411 GISELE SILVA DE CARVALHO200920386311 HAZIEL GOMES DA FONSECA200910105311 HENRIQUE DE SOUZA SANTANA201420535011 HUGO CARDOZO DA SILVA201110313311 IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS201120586611 JESSICA BARBOSA DE SOUZA201210068011 LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO200920545211

3 33 Pauta (T5 e T6) ALINE DAMM DA SILVA FALCAO201110358411 BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS201120428811 FABRICIO BICHARA MOREIRA201120586511 HELDER NERY FERREIRA200620350811 ISABELE SIQUEIRA LIMA201210072011 JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO201110065111 J é SSICA RIBEIRO VENTURA201220446811 LUCAS VENTURA ROMANO200920382111 MATEUS LOPES FIGUEIREDO201220690611 MONIQUE SOARES DE MORAES201010069511 NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS201020411911 PAULO CESAR DOS SANTOS201210073011 RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR200910137111 VICTOR ARAUJO MARCONI200810350011 VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA201210379611 VINICIUS PEIXOTO MEDINA201220446411 ARTHUR REIS DE CARVALHO201210071011 BRUNO ALVES GUIMARAES201210077011 CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA201220450911 DANIEL DE SOUZA PESSOA201220452011 GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES201220447211 ISRAEL BATISTA DOS SANTOS201220453911 LEONARDO DA SILVA AMARAL201220446111 LEONARDO GONZAGA DA SILVA201210076311 LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO200520396211 MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI200820381611 MARISOL BARROS DE ALMEIDA201020407511 RAFAEL TAVARES LOPES201210077211 RICARDO ALVES BARRETO200420419111 WALBER LEMOS DOS SANTOS201120421711

4 4 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.

5 5 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

6 6 BJT – região ativa I S é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente proporcional à área da EBJ. I S ~ 10 -12 a 10 -18 A (extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C) V T ~25 meV (@300K)

7 7 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

8 8 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

9 9 BJT http://php.scripts.psu.edu/users/i/r/irh1/SWF/Semiconductors.swf Acompanhe a animação a partir de Diodo/rectifier

10 10 BJT – símbolo e resumo da região ativa

11 11 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

12 12 Exercício

13 13 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!

14 14 Exercício 5 – 10k x I B – 0.7 – 1k x I E = 0 I B = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 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.

15 15 Exercício I E = 0.039 x (101) = 3.9 mA V E = 3.9 m x 1k = 3.9V V B = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V

16 BJT como amplificador 16 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!

17 BJT como amplificador 17 v CE

18 BJT como amplificador 18 Na região ativa: Relação não linear! v CE

19 BJT como amplificador linear 19 Polarizando o BJT Ponto de operação DC (quiescente)

20 20 BJT como amplificador linear Superpondo AC e DC: O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude.

21 21 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Inclinação da reta no ponto Q

22 22 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno

23 23 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo!

24 24 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?

25 25 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.

26 Aproximação de sinal pequeno 26 Análise DC:Incluindo fonte de tensão AC:

27 Aproximação de sinal pequeno 27 Análise DC:Incluindo fonte de tensão AC:

28 Aproximação de sinal pequeno 28 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)

29 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:

30 Aproximação de sinal pequeno 30 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

31 Aproximação de sinal pequeno 31 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:

32 Transcondutância 32 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

33 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 33

34 i B e resistência de entrada na base 34 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

35 i B e resistência de entrada na base 35 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 )

36 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

37 i E e resistência de entrada no emissor 37 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,

38 i E e resistência de entrada no emissor 38 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  

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40 40 (a) Calcular I C. A partir de I C, calcular V BE

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42 42 (b) Relacione v CE com v BE e utilize a equação Daria para utilizar a transcondutância?

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44 44 (c) Limite da saturação? Corrente neste limite? Novo v BE ? Diferença entre o novo v BE e o antigo? v CE

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46 46 (d) Para v CE = 0.99V CC, qual a nova corrente? Qual o novo v BE ? Qual é a variaçã em v BE ?

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