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O ENIAC tinha as seguintes caracter í sticas: - totalmente eletrônico - 17.468 v á lvulas

Transistor Bipolar de Junção Prof. Renato Medeiros Adaptado das notas de aula do livro: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8a Edição Robert L. Boylestad Louis Nashelsky.

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O ENIAC tinha as seguintes caracter í sticas: - totalmente eletrônico - 17.468 v á lvulas

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Presentation Transcript

  1. Transistor Bipolar de JunçãoProf. Renato MedeirosAdaptado das notas de aula do livro: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8a EdiçãoRobert L. BoylestadLouis Nashelsky

  2. Até 1950 todo equipamento eletrônico utilizava válvulas que aquecia muito e consumia muitos watts de potencia. Por isso, os equipamentos a válvula exigiam uma fonte de alimentação robusta e criavam uma boa quantidade de calor.

  3. O ENIAC tinha as seguintes características: - totalmente eletrônico - 17.468 válvulas - 500.000 conexões de solda - 30 toneladas de peso - 180 m² de área construída - 5,5 m de altura - 25 m de comprimento

  4. O primeiro transistor de junção de germânio da Bell Laboratories, 1950

  5. Em 1951, Shockley inventou o primeiro transistor de junção e houve uma revolução na eletrônica (Prêmio Nobel em 1956 em física). Eles revolucionaram a indústria de semicondutores e contribuíram no desenvolvimento de circuitos integrados, circuitos optoeletrônicos e microprocessadores.

  6. Evolução Evolução do Transistor

  7. Evolução • Descrição da imagem anterior: • 1941: Válvula termiônica usada em telecomunicações; • 1948: Point-contact transistor, seis meses após sua invenção; • 1955: Transistor que substituiu as válvulas ou tubos a vácuo em equipamentos de comunicação em rede; • 1957: Amplificador de faixa larga de alta frequência; • 1967: Microchip, usado para produzir os tones (sons) em aparelhos de telefone; • 1997: Chip, que pode conter mais de 5 milhões de transistores, usados em modems e celulares.

  8. Evolução • O impacto do transistor, na eletrônica, foi grande, já que a sua capacidade de amplificar sinais elétricos permitiu que em pouco tempo ele, muito menor e consumindo muito menos energia, substituísse as válvulas na maioria das aplicações eletrônicas. • O transistor contribuiu para todas as invenções relacionadas, como os circuitos integrados, componentes opto-eletrônicos e microprocessadores.

  9. Evolução • Praticamente todos os equipamentos eletrônicos projetados hoje em dia usam componentes semicondutores. As vantagens sobre as difundidas válvulas eram bastantes significativas, tais como: • Menor tamanho, mais leve e mais resistente • Não precisava de filamento • Mais eficiente, pois dissipa menos potência • Não necessita de tempo de aquecimento • Menores tensões de alimentação

  10. Na figura a seguir vemos cristais que formam o transistor. O emissor é densamente dopado; sua função é de emitir, ou injetar elétrons na base. A base é levemente dopada e muito fina; ela permite que a maioria dos elétrons injetados pelo emissor passe para o coletor. O nível de dopagem do coletor é intermediário, entre a dopagem densa do emissor e a dopagem graça da base. O coletor coleta ou juntas os elétrons oriundos da base. É o maior pedaço do cristal e é nele que a maior parte de calor será dissipado.

  11. Construção do Transistor Existem dois tipos de transistores: pnp e npn. Note: os labels do transistores: E - Emissor B - Base C - Coletor

  12. Operação do Transistor

  13. Operação do Transistor

  14. Operação do Transistor Com as fontes externas (VEE e VCC) nas polaridades mostradas abaixo: A junção E-B é polarizada diretamente e a junção B-C está polarizada reversamente.

  15. Correntes em um Transistor [Formula 3.1]

  16. Configuração Base Comum A base é comum a ambas a entrada (emitter – base) e a saída (collector – base) do transistor.

  17. Características de montagem: o Ganho em corrente: aproximadamente igual a 1. o Ganho de tensão: grande. o Resistência de entrada: pequena. o Resistência de saída: grande. o Ganho de potência: médio. o Defasagem: 0 (não há defasagem do emissor para coletor). o Sinal: entrada no emissor e saída no coletor.

  18. 3 Regiões de Operação • Ativa Operando na faixa de amplificação. • Corte O amplificador é basicamente desligado. Existe tensão mas corrente baixa. • Saturação O amplicador está totalmente ligado. Existe uma pequena tensão mas muita corrente.

  19. Aproximações [Formula 3.3] [Formula 3.4]

  20. Alfa () Alfa () está relacionado com as correntes CC IC to IE :  [Formula 3.5] Idealmente  = 1, mas na realidade está entre 0.9 e 0.998. Alfa () no modo CA:  [Formula 3.6]

  21. Amplificação do Transistor A entrada CA é amplificada. [Fig. 3.12] ICIE assim ILIi = 10mA VL = IL * R = (10mA)(5k) = 50V Ganho de Voltagem (AV):

  22. Exercícios 17 – Calcule o ganho de tensão para o circuito da figura 3.12 se Vi=500mV e R=1KΩ.

  23. Configuração Emissor Comum O emissor é comum para ambos a entrada (base-emissor) e a saída (coletor-emissor). A entrada está sibre a Base e a saída está sobre o Coletor.

  24. Características da montagem: o Ganho em corrente: grande. o Ganho em tensão: médio. o Resistência de entrada: média. o Resistência de Saída: média. o Ganho em potência: Grande o Defasagem: 180 (defasagem da base para o coletor).

  25. Correntes do Amplificador IE= IC+ IB IC=  IE IC =  IE + ICBO ICBO = corrente minoritária do coletor. É usualmente tão pequeina que pode ser ignorada, exceto para transistores de alta potência em ambientes de altas temperaturas. [Formula 3.9] Quando IB = 0A o transistor está em corte, mas existe uma corrente de minoritários fluindo chamada de ICEO.

  26. Beta () No modo CC: [Formula 3.10] No modo CA: [Formula 3.11]  indica o fator de amplificação do transistor. ( é algumas vezes referido como hfe, um termo usado para os modelos de cálculo do transistor)

  27. Determinando beta () a partir de um gráfico Note:  ac =  dc

  28. Relação entre  e  Ambos indicam um fator de amplificação. [Formula 3.12a] [Formula 3.12b] [Formula 3.14] [Formula 3.15]

  29. Configuração Coletor Comum A entrada é sobre a base e a saída sobre o emissor.

  30. Características de montagem: o Ganho de corrente: grande. o Ganho de tensão: pequeno aproximadamente 1. o Resistência de entrada: grande. o Resistência de saída: pequena. o Ganho de potência: pequeno. o Defasagem: zero (não há defasagem entre base e emissor). o Sinal: entrada na base e saída no emissor.

  31. Caracteristicas do Coletor Comum As características são similares aos emissores comuns, exceto que no eixo vertical é IE. É utilizada principalmente para o casamento de impedâncias onde a entrada possui um valor alto e a saída um valor baixo (oposto ao encontrado nas outras configurações) IE IB1 IB2 IB3 VCE

  32. Limitações de Operação para cada configuração Note: VCE é máximo e IC é mínima (ICmax=ICEO) na região de corte. IC é máxima e VCE é mínima (VCE max = VCEsat = VCEO) na região de saturação. O transistor opera na região ativa entre saturação e corte.

  33. Dissipação de Potência Common – Base: Common – Emitter: Common – Collector:

  34. Transistor Specification Sheet

  35. Teste de Transistor 1. Traçador de Curvas Fornece gráficos das curvas características. 2. DMM Alguns possuem medidas de dc ou HFE. 3. Ohmimetro

  36. Identificação dos Terminais do Transistor

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