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Microelectronic Circuits - Fifth Edition Sedra/Smith 2Copyright 2004 by Oxford University Press, Inc.
12ª Aula: O Transistor Bipolar de Junção
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
-Contar um pouco da história do transistor bipolar de junção (TBJ)
-Mostrar o fluxo de portadores no TBJ
-Determinar as expressões para as correntes no TBJ
-Criar um modelo para o TBJ
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O Transistor Bipolar de Junção(npn)
Microelectronic Circuits - Fifth Edition Sedra/Smith 4Copyright 2004 by Oxford University Press, Inc.
O Transistor Bipolar de Junção(pnp)
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O Nascimento da Eletrônica ModernaO Primeiro Transistor Bipolar de Contato (1947)
(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Transistor Bipolar de ContatoO Transistor Bipolar de Contato(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Transistor Bipolar de Contato(Brattain, Bardeen e Shockley)
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O Primeiro Transistor de ContatoO Primeiro transistor foi inventado no Bell Labs em 23 de dezembro de 1947, por Brattain, Bardeen e Shockley. Embora algum trabalho estivesse sendo feito na Bell durante a guerra, o trabalho na U. Purdue, que era muito consistente em propriendades do germânio, era mais interessante. Seymour Benzer e Ralph Ray eram estudantes de pós-graduação em 1944 sob orientação de Lark-Horovitz. Benzer estudava a alta resistência de contatos metal-germânio na direção reversa e Brayna direção direta. Os resultados não podiam ser explicados pelas teorias até então conhecidas que diziam que a corrente deveria ser muito menor. O que eles não sabiam, é que a injeção de portadores minoritários era a responsável. Bray e Benzer mostravam seus resultados a cientistas famosos que os visitavam e que coçavam a cabeça...
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O Primeiro Transistor de Contato
Bray e Benzer apresentaram suas observações sobre contatos pontuais sobre germânio em uma conferência em 1948, semanas após a invenção do transistor na Bell, que ainda era mantido em segredo.
Brattain estava na audiência, sabendo muito bem que o fenômeno era causado por portadores minoritários, e percebeu quão próximos estavam Bray e Benzer da descoberta do transistor. Como Bray disse depois, “estava claro que se eu tivesse aproximado meu eletrodo (fio) do fio de Benzer teríamos descoberto o transistor...”
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O Primeiro Transistor de ContatoEle na verdade chegou a consultar Brattain que estava preocupado que outro grupo anunciasse antes a descoberta do transitor: “Eu os deixei simplesmente falando, sem dizer nada”Ao final, ele lembra que Bray disse: “Sabe, se nós puséssemos um outro ponto na superfície do germânio e medíssemos o potencial entre eles, talvez...”Brattain, não resistindo disse “É, pode ser um ótimo experimento” e afastou-se pensando com seus botões “Ralph acaba de descrever o experimento que nos levou à invenção do transistor algumas semanas atrás !!!!”EM: Ernest Braun e Stuart Macdonald “Revolution in Miniature: The history and impact of semiconductor electronics”
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O Primeiro Transistor de Junção1950 (Bell Labs)
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A Revolução em Miniatura ComeçaO Primeiro CI
Texas Instruments (1958)
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O Primeiro ProcessadorIntel 4004 (1971)
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Tabela 4.1 MODOS DE OPERAÇÃO DO TBJ.
DiretaDiretaSaturação
ReversaDiretaAtivo
ReversaReversaCorteJBCJEBModo
INDEPENDE SE NPN OU PNP!!!
Modos de Operação
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O Transistor BipolarjBE dir. pol. e jBC rev. pol. (modo ativo)
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In AEqDndnp(x)
dx
AEqDn np (0)
W
A distribuição de portadores minoritários
np(0) np0evBE / VT
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A corrente no coletor
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TBE
TBETBE
TBE
TBE
VS
V
A
inEVpnE
Vp
nEnC
Vp
nE
pnE
pnEn
eI
eWNnqDAe
WnqDA
Wen
qDAII
Wen
qDA
Wn
qDAdxxdn
qDAI
/v
/v/v
/v
/v
20
0
0
)0()(
TBE Vpp enn /v
0)0(
sendo IS a corrente de saturação
A corrente no coletor
An
n
Dp
piS NL
DNLD
AqnI 2
lembrem, no diodo
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A corrente na base
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Ela possui duas componentes:-A corrente devido às lacunas injetadas da base para o emissor (IB1)
iB1
AEqDpni2
NDLpev BE / VT
-A corrente devido às lacunas fornecidas pelo circuito externo para compensar as lacunas consumidas por recombinação (IB2)
Se b é o tempo de vida de portadores minoritários, em b segundos Qn cargas se recombina com as lacunas:
b
nB
Qi
2 WnqAQ pEn )0(21
onde
A corrente na base
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Ou seja:
TBE V
A
iEn e
NqWnAQ /v
2
2
e TBE V
Ab
iEB e
NqWnAi /v
2
2 21
A corrente na base
Assim:
iB IS
Dp
Dn
N AND
WLp
12
W 2
Dnb
ev BE /VT
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TBE VSC eIi /v
C
bnpD
A
n
pCB
iDW
LW
NN
DD
ii
2
21
TBE V
bnpD
A
n
pSB e
DW
LW
NN
DD
Ii /v
2
21
Ou:
Resumindo
Onde:
1/Dp
Dn
N AND
WLp
12
W 2
Dnb
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A corrente no emissor
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111 TBE V
SCC
CBCE eIiiiiii /v
se = 100, então 0,99.
TBE VSE eIi /v/então
EC ii 1
1
se ou então
A corrente no emissor
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Expressões para as Correntesem um Transistor Bipolar na Região Ativa
iC ISev BE /V T
iB
iC
IS
ev BE /VT
iE
iC
IS
ev BE /VT
Nota: Para o transistor pnp, substitua vBE por vEB
iC iE iB (1 )iE iE
1
iC iB iE ( 1)iB
1
1
VT = tensão térmica = kT/q 25 mV a temperatura ambiente
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TBE VSC eIi /v
TBE VSE eIi /v/
Um modelo para o Transistor NPN na região ativa
Modelo (npn) para grandes sinais na região ativa!
vBE
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“O uso tecnológico que a sociedade faz de umacompreensão que a ciência traz nem sempre éo que o cientista recomendaria ou perdoaria...Todos os cidadãos são igualmente responsáveispelo que é feito.”
Walter H. Brattain – Prêmio Nobel 2 vezes
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