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Transistor Bipolar de Junção

Prof. Renato Medeiros

Adaptado das notas de aula do livro: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8a Edição

Robert L. BoylestadLouis Nashelsky

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.

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

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

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.

Evolução

Evolução do Transistor

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.

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.

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

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.

Construção do Transistor

Existem dois tipos de transistores: pnp e npn.

Note: os labels do transistores: E - EmissorB - BaseC - Coletor

Operação do Transistor

Operação do Transistor

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.

Correntes em um Transistor

[Formula 3.1]BCE III

Configuração Base Comum

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

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.

3 Regiões de Operação

• Ativa Operando na faixa de amplificação.

• Corte O amplificador é basicamente desligado. Existe tensão mas corrente baixa.

• SaturaçãoO amplicador está totalmente ligado. Existe uma pequena tensão mas muita corrente.

Aproximações

[Formula 3.3]

[Formula 3.4]

EC II

0.7VBE

Alfa ()

Idealmente = 1, mas na realidade está entre 0.9 e 0.998.

Alfa () no modo CA:

Alfa () está relacionado com as correntes CC IC to IE :

[Formula 3.5]

[Formula 3.6]

E

C

IIdc

constantVIIac

CBE

C

Amplificação do TransistorA entrada CA é amplificada.

[Fig. 3.12]

IC IE assim IL Ii = 10mA

VL = IL * R = (10mA)(5k) = 50V

Ganho de Voltagem (AV):

10mA20

200mVRiViIiIE

250200mV

50VViVAv L

Exercícios17 – Calcule o ganho de tensão para o circuito da figura 3.12 se Vi=500mV e

R=1KΩ.

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.

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).

Correntes do AmplificadorIE = 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 = 0A o transistor está em corte, mas existe uma corrente de minoritários fluindo chamada de ICEO.

A 0I1II B

CBOCEO

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)

B

C

IIdc

constantVIIac CE

B

C

Determinando beta () a partir de um gráfico

Note: ac = dc

1087.5)(paraVCEA25

2.7mAβ

dc

1007.5)(paraVCE010

1mA)2030(

2.2mA)(3.2mAβca

Relação entre e

Ambos indicam um fator de amplificação.

[Formula 3.12a]

[Formula 3.12b]

1ββ

1β

[Formula 3.14]

[Formula 3.15]

BC IβI

BE 1)Iβ(I

Configuração Coletor Comum

A entrada é sobre a base e a saída sobre o emissor.

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.

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

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.

Dissipação de Potência

Common – Base:

Common – Emitter:

Common – Collector:

CCBC IVmaxP

CCEC IVmaxP

ECEC IVmaxP

Transistor Specification Sheet

Teste de Transistor

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

Identificação dos Terminais do Transistor