Transistor de jun

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Transistor de junção bipolarSedra Smith, 4a
edição, capítulo 4 http//ece-www.colorado.edu/b
art/book/book/toc5.htmadaptação Prof.
Corradiwww.corradi.junior.nom.br

• Transistor npn

Figura 4.1 Estrutura simplificada do transistor
npn.
2
Transistor de junção bipolar (2)

• Transistor pnp

• Figura 4.2 Estrutura simplificada do transistor
  pnp.
• Dependendo da polaridade da tensão aplicada em
  cada junção, obtém-se diferentes modos de
  operação do TJB.

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Modos de operação do TJB npnhttp//ece-www.colora
do.edu/bart/book/book/chapter5/ch5_3.htm e Sedra.

• A função do emissor e do coletor
• são invertidas (TJB não são normalmente
• simétricos).

• Ligado baixa impedância
• Saturado
• Liga/Desliga circuitos lógicos

• Desligado elevada impedância
• Cortado (vBC e vBE reversam. pol.)
• Pequena corrente reversa.

? Amplificadores com TJB
Modo JEB JCB
Cortado Reverso Reverso
Ativo Direto Reverso
Saturação Direto Direto
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Operação do transistor npn na região ativa
Figura 4.3 Fluxo de corrente em um transistor
npn polarizado de modo a operar na região ativa.
(Componentes de corrente reversa devido ao
movimento de deriva de portadores minoritários
gerados termicamente não estão mostrados.) ?
Estão mostrados apenas os componentes da corrente
de difusão.
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Concentração dos portadores minoritários
ncoletor 0 ? JBC diretamente polarizada
Figura 4.4 Perfis das concentrações de
portadores minoritários na base e no emissor de
um transistor npn operando no modo ativo vBE gt 0
and vCB ³ 0.
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A corrente de coletor iC

• ? Corrente de difusão de elétrons In
• ? A corrente de coletor iC In
• ? Observe que a magnitude de iC independe de vCB
  (contanto que seja ? 0).

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A corrente de base iB

• ? Componente iB1 (lacunas injetadas da base para
  a região do emissor)
• ? Componente iB2 (lacunas que devem ser
  fornecidas pelo circuito externo de modo a repor
  as lacunas perdidas na base pelo processo de
  recombinação)

Dp difusividade das lacunas no emissor Lp
comprimento de difusão de lacunas no emissor ND
concentração de dopantes no emissor.
t b tempo de vida do portador minoritário Qn
carga do portador minoritário na base.
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A corrente de base iB (2)

• ?
• b ganho de corrente com emissor comum
  (usualmente, 100 lt b lt 200).
• ? Para obter um elevado valor de b (desejável),
  a base deve ser fina (W pequeno) e levemente
  dopada e o emissor fortemente dopado (NA / ND
  pequeno).

? Constante para um transistor em particular (no
caso ideal)
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A corrente de emissor iE

• ?
• a constante para um transistor em particular
  (idealmente), lt 1 (se, por ex., b 100 ? ? ?
  0,99).
• ? Pequenas variações em a correspondem a grandes
  variações em b.
• a ganho de corrente em base comum.

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Transistor npn na região ativa

• Tensão direta vBE corrente iC (dependência
  exponencial com vBE ) flui no terminal de
  coletor.
• iC independe da tensão do coletor contanto que
  vCB ? 0.
• ? Na região ativa de operação, o terminal de
  coletor comporta-se como uma fonte de corrente
  constante ideal, em que o valor da corrente é
  determinada por vBE .
• iB iC / b iE iC iB
• iB ltlt iC (b gtgt1) ? iE ? iC (iC a iE , a lt 1,
  mas ? 1)

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Modelos de circuitos equivalentes

• Diodo DE fator de escala de corrente IS / a ?
  fornece a corrente iE relacionada a vBE conforme
  as equações anteriores.
• ? Fonte de corrente não-linear controlada por
  tensão (grandes sinais).
• Pode-se convertê-la em uma fonte de corrente
  controlada por corrente expressando-se a corrente
  da fonte controlada por a iE.
• B terminal comum (terra) ? a ganho de corrente
  de E para C.

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Estrutura física simplificada
Figura 5.6 Seção transversal de um TJB npn.

• Fazer os exercícios 4.1 a 4.5 do livro texto.

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O transistor pnp
Figura 4.7 Fluxo de corrente em um transistor
pnp polarizado de modo a operar no modo ativo.
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O transistor pnp circuitos equivalentes
(grandes sinais)
E
vEB
B
C
Figura 4.8 Dois modelos de grandes sinais para o
transistor pnp operando no modo ativo.
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Símbolos de circuito e convenções
? Indica a direção da polarização direta da
junção BE.
Figura 4.10 Polaridade das tensões e fluxo de
corrente nos transistores polarizados no modo
ativo de operação ( vBE (ou vEB ) gt0 e vCB (ou
vBC ) ? 0 ).
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Relações corrente-tensão do TJB no modo ativo de
operação
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Exemplo 4.1

• O transistor na figura tem b 100 e exibe uma
  tensão vBE de 0,7V com iC 1 mA. Projete um
  circuito de modo que uma corrente de 2 mA flua
  através do coletor e que uma tensão de 5V
  apareça no coletor.

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Exemplo 4.1 - solução
VC 5 V ? VRC 15 5 10 V IC 2 mA ? VRC
10 V / 2 mA 5 kW
? vBE 0,7 V com iC 1 mA ? vBE com iC 2 mA
é dado por
? VB 0 ? VE 0,717 V b 100 ? a
100/101 ? IE IC / a 2 / 0,99 2,02 mA ? RE
(VE ( 15)) / IE 7,07 kW
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Representação gráfica das características do
transistor

• Figura 4.12 A característica iC vBE de um
  transistor npn (igual à curva i-v do diodo,
  exceto pelo valor da constante n).
• As características iE-vBE e iB-vBE são também
  exponenciais, mas com diferentes correntes de
  escala IS /a para iE e IS /b para iB.
• Para análises dc rápidas de primeira ordem,
  normalmente assume-se que VBE ? 0,7V.
• Para um transistor pnp, a característica iC vEB
  será idêntica à da figura.
• A tensão na junção emissor-base decresce de,
  aproximadamente, 2 mV para cada acréscimo de 1oC
  na temperatura (para uma corrente de junção
  constante).
• Figure 4.13 Efeito da temperatura na
  característica iCvBE. Para uma corrente de
  emissor constante (linha tracejada), vBE varia na
  taxa de 2 mV/C.

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Transistor npn i C ? v CB (por iE)

• Modo ativo de operação (vCB ? 0).

Figura 4.14 A característica iC vCB de um
transistor npn.
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Dependência de i C com a tensão de coletor o
efeito Early

• Modo ativo de operação ? TJBs mostram uma certa
  dependência com da corrente de coletor com a
  tensão de coletor.
• ? Suas características iC vCB não são linhas
  retas horizontais.

Figura 4.15 (a) Circuito conceitual para a
medição da característica iC vCE do TJB. (b) A
característica iC vCE de um TJB usual.
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Dependência de i C com a tensão de coletor o
efeito Early (2)

• vBE gt 0.
• vCE pequeno (vC lt vB) ? JCB polarização direta ?
  região de saturação.
• ? vCE ? vCB lt 0 ? JCB pol. reversa ? ? espessura
  da região de depleção na JCB ? ? WEFETIVA DA BASE
  ? ? IS ? ? iC efeito Early.

? Relação linear de iC com vCE assumindo que
IS permanece constante
? Inclinação não-nula das linhas retas iC vCE
a impedância de saída do coletor não é infinita
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Dependência de i C com a tensão de coletor o
efeito Early (3)

• Inclinação não-nula das linhas retas iC vCE ? a
  impedância de saída do coletor é finita e
  definida por
• Da equação anterior ro ? VA / IC
• IC o nível da corrente correspondendo ao valor
  constante de vBE próximo à fronteira da região
  ativa.
• Esta dependência de iC com vCE no projeto e
  análise do circuito de polarização normalmente
  não é considerada no entanto, a resistência de
  saída finita ro pode ter um efeito significativo
  no ganho de amplificadores a transistores.

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Análise dc de circuitos com transistores

• Modelo da tensão constante VBE ? assuma que VBE
  0,7V independentemente do valor exato da corrente
  iC .
• Exemplo 4.2 Considere o circuito da figura.
  Deseja-se analisar este circuito de modo a
  determinar as tensões em todos os nós e as
  correntes em todos os ramos. Assuma b 100.

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Exemplo 4.2 análise

• O transistor está na região ativa?
• ? VB (em relação ao terra) 4V VE VRE lt 4V
  (assumindo o modo ativo de operação, há uma queda
  VBE de 0,7 na JBE) ? A junção BE está diretamente
  polarizada.
• ? VE 4 VBE ? 4 0,7 3,3 V
• ? VRE VE 3,3 V ? IE VE / RE 1 mA .
• ? VC 10 V IC RC VB 4V
• ? Vamos assumir que VBC lt 0 região ativa de
• operação (juntamente com a condição VBE gt 0).
• ? Assim IC a IE b / (b1) 100/101 ? 0,99
• ? IC 0,99?1 0,99 mA.
• ? VC 10 IC RC 10 0,99 ? 4,7 ? 5,3 V
  VBC 1,3V (?)

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Exemplo 4.2 análise (2)

• VBE gt 0 , VBC lt 0 O transistor está na região
  ativa?
• ? IB IE / (b 1) 1 / 101 ? 0,01 mA.
• ? Condições consistentes ? O transistor está na
  região ativa!

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Exemplo 4.3

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.
• O transistor está na região ativa? Assuma,
  inicialmente, operação na região ativa.

? O transistor está no modo de saturação (visto
mais adiante).
28
Exemplo 4.4

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.
• O transistor está na região ativa? ? VB 0V ?
  JBE não conduz (VBE lt 0) ? iE 0 VC 10 ? IC
  ? 4,7k gt VB 0 ? JBC não conduz (VBC 0 VC lt
  0) ? iC 0 ? iB ? iC iE 0
• ? O transistor está no modo cortado de operação.

29
Exemplo 4.5

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.
• Observe que o transistor agora é pnp!

30
Exemplo 4.6

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.
• O transistor está no modo ativo?

31
Exemplo 4.7

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.
• O transistor está no modo ativo?

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Exemplo 5.9 5a edição do SedraSmith

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.

33
Exemplo 4.8

• Analise o circuito da figura e determine as
  tensões em todos os nós e as correntes em todos
  os ramos. Assuma b 100.