1 / 120

TRANSISTORES BIPOLARES

FUNDAMENTOS 12 h. TRANSISTORES BIPOLARES. TRANSISTOR BIPOLAR NPN. TRANSISTOR BIPOLAR PNP. MODOS DE OPERAÇÃO. Modo BE BC Ativo Direta Reversa Corte Reversa Reversa Saturação Direta Direta Inverso Reversa Direta. OPERAÇÃO DO TRANSISTOR NPN NO MODO ATIVO. DENSIDADE DE PORTADORES.

arich
Download Presentation

TRANSISTORES BIPOLARES

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. FUNDAMENTOS 12 h TRANSISTORES BIPOLARES

  2. TRANSISTOR BIPOLAR NPN

  3. TRANSISTOR BIPOLAR PNP

  4. MODOS DE OPERAÇÃO Modo BE BC Ativo Direta Reversa Corte Reversa Reversa Saturação Direta Direta Inverso Reversa Direta

  5. OPERAÇÃO DO TRANSISTOR NPN NO MODO ATIVO

  6. DENSIDADE DE PORTADORES

  7. FLUXO DE CORRENTE Os elétrons do emissor alcançam a base através de difusão, assim como lacunas da base alcançam o emissor, pois a junção BE está diretamente polarizada. Como o emissor é mais fortemente dopado que a base, a corrente de elétrons é muito maior que a corrente de lacunas. Na base, estes elétrons são minoritários e como a junção BC está reversamente polarizada eles são atraídos para o coletor.

  8. FLUXO DE CORRENTE Assim, da teoria de semicondutores temos: np(0)=np0exp(vBE/VT) onde np0 é a concentração de elétrons na base. O perfil linear de elétrons na base faz com que haja uma corrente de difusão dada por: -iC=AqDnnp(x)/x -iC=-AqDnnp(0)/W -iC=-AqDnnp0exp(vBE/VT)/W pois pelo fato, da base ser estreita não há recombinação e todos os elétrons atingem o coletor.

  9. CORRENTE DE COLETOR Portanto, iC=ISexp(vBE/VT) onde IS=AqDnni2/W/NA Observe que ic não depende de vCB, por outro lado IS é inversamente proporcional a W e diretamente proporcional a A. Observe também que IS será dependente da temperatura, pois ni é.

  10. CORRENTE DE BASE A corrente de base tem duas componentes. A primeira é devido às lacunas injetadas no emissor e vale: iB1=AqDpni2exp(vBE/VT)/ND/Lp A segunda componente é devido às lacunas de base fornecidas pelo circuito externo para repor as perdidas por recombinação: iB2=Qn/b onde b é o tempo de vida dos minoritários e Qn é a carga da base.

  11. CORRENTE DE BASE Temos que a carga Qn=Aqnp(0)W/2 Podemos ainda escrever que: Qn=AqWni2exp(vBE/VT)/2NA E portanto, iB2=AqWni2exp(vBE/VT)/2NAb

  12. CORRENTE DE BASE Podemos ainda escrever a corrente de base total: iB=iB1+iB2 Pode-se mostrar que: iB=iC/ onde =1/(DpNAW/DnNDLp+W2/2Dnb) Tipicamente, =100, e que cresce com a diminuição de W, e de NA/ND.

  13. CORRENTE DE EMISSOR Além disso, temos que: iE=iC+iB Portanto, iE=(+1)/iCiC E também que: iC=iE E portanto, =/(+1) Tipicamente, =0,99.

  14. MODELOS CIRCUITAIS NPN PARA GRANDES SINAIS

  15. ESTRUTURA DE TRANSISTORES

  16. MODELO PARA GRANDES SINAIS - MODELO DE EBERS-MOLL Descreve um transistor bipolar em qualquer dos seus modos de operação. É utilizado pelo SPICE. Este modelo é baseado no fato de que um transistor bipolar é composto de 2 junções semicondutoras, como mostrado a seguir, onde: iDE=ISE[exp(vBE/VT)-1] iDC=ISC[exp(vBC/VT)-1]

  17. MODELO DE EBERS-MOLL

  18. CORRENTES NOS TERMINAIS DO TRANSISTOR Temos além disso que, FISE=RISC=IS Podemos escrever que: iE=iDE-RiDC iC=-iDC+FiDE iB=(1-F)iDE+(1-R)iDC

  19. CORRENTES NOS TERMINAIS DO TRANSISTOR Substituindo as equações de iDE, iDC e IS, iE=(IS/F)[exp(vBE/VT)-1]-IS[exp(vBC/VT)-1] iC=IS[exp(vBE/VT)-1]-(IS/R)[exp(vBC/VT)-1] iB=(IS/F)[exp(vBE/VT)-1] +(IS/R)[exp(vBC/VT)-1] onde F=F/(1-F) R=R/(1-R)

  20. APLICAÇÃO DO MODELO EM - MODO ATIVO DIRETO Neste caso, a junção BE está diretamente polarizada enquanto a BC reversamente polarizada. Assim, iE=(IS/F)exp(vBE/VT)+IS(1-1/F) iC=ISexp(vBE/VT)+IS(1/F-1) iB=(IS/F)exp(vBE/VT)-IS(1/F+1/R)

  21. OPERAÇÃO DO TRANSISTOR PNP NO MODO ATIVO

  22. MODELOS CIRCUITAIS PNP PARA GRANDES SINAIS

  23. SÍMBOLOS NPN E PNP

  24. POLARIDADE DE TENSÕES E FLUXOS DE CORRENTES

  25. EXEMPLO 5.1 Dado o circuito a seguir, polarize o transistor para que IC=2 mA e VC=5 V. É dado que =100. Solução: RC=(VCC-VC)/IC=(15-5)/210-3=5 k A tensão de emissor é de aproximadamente VE-0,7 V, e dado que ICIE, temos que RE=(VE-VEE)/IE (15-0,7)/210-3=7,2 k

  26. EXEMPLO 5.1

  27. VARIAÇÃO DE VBE COM A TEMPERATURA

  28. EFEITO EARLY

  29. EFEITO EARLY A inclinação das retas converge para uma tensão denominada tensão de Early, que tipicamente vale 50VA100 V. Incorporando este efeito no modelo anterior, temos iC=ISexp(vBE/VT)(1+vCE/VA) Ela indica que a corrente de coletor deve ser agora modelada por uma fonte de corrente mais uma resistência em paralelo, que é a resistência de saída, dada por: ro=(iC/vCE)-1VA/IC

  30. EXEMPLO 5.2 Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=10 V, VBB=4 V. Solução: IE=(VBB-VBE)/RE=(4-0,7)/3300=1 mA Supondo modo ativo, temos: IBIE/=10 A VE=4-0,7=3,3 V ICIE=1 mA VC=VCC-RCIC=10-470010-3=5,3 V o que comprova o modo ativo.

  31. EXEMPLO 5.2

  32. EXEMPLO 5.4 Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=10 V, VBB=0 V. Solução: Neste caso, VBE=0, e portanto IE=0, IC=0, ou seja o transistor está operando no modo de corte. Portanto, VC=VCC-RCIC=10 V

  33. EXEMPLO 5.4

  34. EXEMPLO 5.5 Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VEE=10 V, VBB=0 V, VEE=-10 V. Solução: Supondo modo ativo, temos: VE=0,7 V IE=(VEE-VE)/RE=(10-0,7)/2000=4,7 mA IB=IE/=47 A, ICIE=4,7 mA VC=VCC+RCIC=-10+10004,710-3=-5,3 V

  35. EXEMPLO 5.5

  36. EXEMPLO 5.7 Para o circuito a seguir, calcule as correntes e as tensões de coletor, base e emissor. Dados: =100, VCC=15 V. Solução: Supondo modo ativo, e usando o teorema de Thevenin na base, temos: VBB=VCCRB2/(RB1+RB2)=5 V RBB=RB1RB2/(RB1+RB2)=33 k IE=(VBB-VBE)/(RE+RBB/)=1,3 mA VB=VBE-REIE=0,7+30001,310-3=4,6 V VC=VCC-RCIC=15-50001,310-3=8,5 V

  37. EXEMPLO 5.7

  38. TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR

  39. TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Do ponto de vista DC, sabemos que: IC=ISexp(VBE/VT) VCE=VCC-ICRC O sinal no coletor tem que ser pequeno o suficiente para que no seu pico negativo o transistor continue a operar no modo ativo.

  40. A CORRENTE DE COLETOR E A TRANSCONDUTÂNCIA A tensão total na base: vBE=VBE+vbe A corrente de coletor: iC=ISexp(vBE/VT)=ICexp(vbe/VT) Expandindo em série de Taylor: iC=IC+ic onde ic=ICvbe/VT=gmvbe gm40IC na temperatura ambiente.

  41. OPERAÇÃO LINEAR

  42. A CORRENTE DE BASE E A RESISTÊNCIA DE ENTRADA DE BASE Usando o desenvolvimento anterior, temos iB=iC/=IB+ib onde ib=ICvbe/VT=gmvbe/ A resistência obtida a partir da base é dada por: vbe/ib=r=/gm

  43. A CORRENTE DE EMISSOR E A RESISTÊNCIA DE ENTRADA DE EMISSOR Usando o desenvolvimento anterior, temos iE=iC/=IE+ie onde ie=ICvbe/VT=IEvbe/VT A resistência obtida a partir do emissor é dada por: vbe/ie=re=/gm1/gm Comparando as equações anteriores, temos: r=(+1)re

  44. O GANHO DE TENSÃO A tensão no coletor é dada por: vC=VCC-iCRC Usando que iC=IC+ic e que VC=VCC-RCIC, temos vC=VC+vc onde vc=-icRC=-gmvbeRC E portanto, o ganho de tensão é dado por: Av=vc/vbe=-gmRC

  45. AMPLIFICADOR COM AS FONTES DC ELIMINADAS

  46. MODELO -HÍBRIDO

  47. MODELO T

  48. EXEMPLO 5.9 Determine o ganho do amplificador a seguir, onde =100. O primeiro passo é analisar a polarização, IB=(VBB-VBE)/RBB=(3-0,7)/105=23 A A corrente de coletor vale IC=IB=2,3 mA e a tensão de coletor: VC=VCC-RCIC=10-32,3=3,1 V Portanto, o transistor está no modo ativo.

  49. EXEMPLO 5.9

  50. EXEMPLO 5.9 Do ponto de vista AC temos: gm=40IC=92 mA/V r=/gm=1,1 k re1/gm=10,8  Usando-se o modelo de pequenos sinais, vbe/vi=r/(RBB+r)=0,011 vo/vbe=-gmRC=-276 vo/vi=-gmRCRBB/(RBB+r)=-3,04

More Related