eletronica-basica capitulo 02 transistor completo 2014

Eletrnica Bsica - ELE 0316 / ELE0937

Captulo 2 Transistor

2.1 - Breve Histrico

Diodo vlvula inventado em 1904 por J. A. Fleming;

De 1904 a 1947: uso predominante de vlvulas;

1906: Lee de Forest acrescenta terceiro elemento, a grade de controle: triodo;

Rdios e televiso usavam intensivamente tais dispositivos; 1922: 1 milho de vlvulas;

1937: 100 milhes de vlvulas;

Dcada de 30: tetrodo e pentodo;

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1943, iniciam-se os trabalhos com o ENIAC, o primeiro computador de grande escala, construdo com vlvulas: 18.000 vlvulas, consumindo 140 kW, 30 toneladas;

Caractersticas das vlvulas: Alto consumo de potncia (calor);

Baixa velocidade;

Vida til reduzida;

Baixa confiabilidade;

Pesada;

1947: Transistor de ponto de contato: Bardeen e Brattain;

1948: transistor: dispositivo que tinha uma caracterstica de transresistncia;

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Rplica do primeiro Transistor



1951: Schockley inventa o transistor de juno;

1956: ganham o prmio Nobel;

Entre 1954 e 1956, 28 milhes de transistores haviam sido fabricados, rendendo US$ 55 M.

No mesmo intervalo havia sido produzido 1,3 bilhes de vlvulas, rendendo mais de US$ 1 B.

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2.1.1 - Princpio de Funcionamento do Transistor

cristal npn emissor, base e coletor transistor npn;

emissor: densamente dopado injeta eltrons na base;

base: pequena e levemente dopada permite que os eltrons vindos do emissor atinjam o coletor - dopagem 10 vezes menor que o emissor;

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coletor: dopagem intermediria coleta os eltrons que vm da base e a regio mais extensa, pois deve dissipar mais calor;

tamanho do emissor + coletor > que 150 vezes tamanho da base;

duas junes pn:

emissor/base: diodo emissor;

base/coletor: diodo coletor;

transistor pnp;

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transistor pnp;

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2.1.2 Transistor No-Polarizado

eltrons livres se difundem atravs da juno, criando duas camadas de depleo;

para cada camada de depleo, a barreira de potencial de 0,7 V;

quanto mais densamente dopada uma regio, maior a concentrao de ons prximo da juno;

quanto mais fracamente dopada, mais a camada de depleo avana na regio;

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Eletrnica Bsica - ELE 0316 / ELE0937 Captulo 2 Transistor

2.2 Transistor Polarizado

Polarizao direta nos diodos emissor e coletor (Figura 5.3a); Correntes grandes;

Polarizao reversa nos diodos emissor e coletor (Figura 5.3b); Correntes pequenas, portadores minoritrios;

Transistores no so usados nessas formas de polarizao;

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2.2 Transistor Polarizado

Polarizao direta e reversa nos diodos emissor e coletor

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2.2.1 Polarizao Direta-Reversa

Diodo emissor com polarizao direta e diodo coletor com polarizao reversa;

Grande corrente no emissor e tambm no coletor;

Figura 5.4

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Corrente injetada pelo emissor entra na base;

Dois caminhos: descer pelo terminal da base ou seguir at o coletor;

Corrente pela base: corrente de recombinao;

Corrente pequena pois a base levemente dopada;

Base muito fina;

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Figura 5.4.d: fluxo estvel de eltrons

Polarizao VEB fora os eltrons do emissor a entrarem na regio da base;

Base fina e levemente dopada permite a passagem at o coletor;

Maioria dos transistores, mais de 95 % dos eltrons injetados do emissor fluem para o coletor;

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Resumindo, no Transistor:

Emissor: densamente dopado;

Base: fina e levemente dopada;

Coletor: grande e dopagem intermediria;

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2.2.2 - Ponto de Vista de Bandas de Energia

Polarizao direta do diodo emissor: permite que alguns eltrons livres se desloquem do emissor para a base;

Ao entrar na banda de conduo da base, tornam-se portadores minoritrios;

Pela dopagem da base, a maior parte se difunde pela camada de depleo do coletor;

Alguns eltrons se recombinam com lacunas na base, tornando-se eltrons de valncia e fluem para o terminal da base;

Descida dos eltrons da base para o coletor gera calor: regio mais extensa;

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Polarizao reversa do diodo coletor:

no tem grande influncia no nmero de eltrons que entram no coletor;

h pequena variao na corrente IC quando VCB aumentado;

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Exemplo:

IC = 4,9 mA IE = 5 mA

CC = 4,9 mA / 5 mA = 0,98



2.2.4 Tenses de Ruptura

junes so semelhantes a diodos: tenso reversa pode danificar o transistor;

tenso de ruptura depende da largura da camada de depleo e dos nveis de dopagem;

diodo emissor: alto nvel de dopagem tenso reversa baixa, de 5 a 30 V;

diodo coletor: baixa dopagem tenso reversa de 20 a 300 V;

Funcionamento normal: diodo emissor diretamente polarizado e diodo coletor reversamente polarizado;

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Se VCB for grande demais, muita potncia dissipada e pode danificar o dispositivo;

Diodo emissor pode ser polarizado reversamente em alguns circuitos;

Tenses mximas reversas VBE e VCB no devem ser atingidas;

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2.2.5 Ligao Emissor Comum (EC)

Polarizao do transistor tendo o emissor como ponto comum (referncia);

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Figura 5.7. b, c e d

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Obter cc para CC = 0,9; 0,95; 0,98

Obter CC para cc = 10; 100; 1000.



Diodo emissor deve estar polarizado diretamente;

Diodo coletor deve estar polarizado reversamente;

Tenso no diodo coletor deve ser menor que a tenso de ruptura;

Ligao EC: mais usada pois uma pequena corrente de base controla uma grande corrente de sada fonte de corrente;

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corrente do emissor e a soma da corrente do coletor mais a corrente da base;

corrente do coletor aproximadamente igual corrente do emissor;

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2. 2.6 Curvas Caractersticas do Transistor

grficos que relacionam correntes e tenses no transistor

Figura 5.10

variao das tenses VBB e VCC: gerar diferentes correntes e tenses;

fixa-se IB e varia VCC: mede-se IC e VCE;

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VCE entre 0 e 0,7 V: IC aumenta fortemente e depois se torna constante (polarizao reversa no diodo coletor);

VCE > 0,7V : no influencia muito a corrente IC ;

VCE elevada: diodo coletor rompe-se;

Tenso de compliance: faixa de tenso do coletor-emissor na qual o transistor funciona como uma fonte de corrente.

Quanto maior IB, maior o valor de IC;

Vrias curvas para IB diferente num mesmo grfico.

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cc = 100;

curva inferior, IB = 0, e IC prxima de zero (corrente de fuga ordem de nA);

tenses de rupturas: ficam menores conforme IB aumenta;

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2.2.8 - Curvas de Ganho de Corrente

varia muito entre os transistores (at 3:1):

variao com temperatura Figura 5.13;

variao de IC e de temperatura: pode variar em 9:1;

projetos no podem depender de valor exato de

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2.2.9 - Corte e Ruptura

IB = 0 : terminal de base aberto e gera ICE0 (Figura 5.14);

Produzida por portadores gerados termicamente e corrente de fuga superficial;

Tenso de ruptura para IB = 0 : BVCE0;

VCE deve ser mantido abaixo de BVCE0, regra de projeto: menor que a metade desse valor;

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2.2.10 - Tenso de Saturao do Coletor

Regies das curvas do transistor (Figura 5.15):

Regio de Saturao: Parte inicial da curva;

Toda curva entre a origem e o joelho;

Diodo coletor polarizado diretamente

Porta-se como uma pequena resistncia;

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Regio Ativa

Parte plana da curva;

Transistor funcionando como fonte de corrente controlada;

VCE (SAT) tenso acima da qual o transistor opera na regio ativa;

Regio de Ruptura

Parte final da curva;

Regio que deve ser evitada;

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Interseco da linha de carga cc com os eixos:

Figura 5.16b: linha de carga cc superposta as curvas do coletor

Ponto de operao (quiescente): Q

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Corte: Interseco da linha de carga com curva IB = 0;

Saturao: interseco da linha de carga e a curva IB = IB(SAT); corrente de coletor mxima

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2.3 - Circuitos Bsicos com Transistores Bipolares

2.3.1 O transistor como chave

Operao em dois pontos: corte e saturao

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2.3.2 Transistor como Fonte de Corrente

Acionamento do LED:

Fonte de corrente corrente fixa apesar da variao em VLED;

Circuito com Resistor de Emissor

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VBE aproximadamente 0,7 V;

IE ser aproximadamente constante para todos transistores: no depende de cc;

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Fonte de Corrente X Chave

IE fixa resistor de emissor emissor amarrado a tenso da base (- 0,7 V) Fig. 5.20.a);

IB fixa emissor aterrado atua como chave (Fig. 5.20.b) ;

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Chave Fonte de Corrente



Exerccio: Calcular corrente no LED na Figura 5.21 a), as linhas de carga e os pontos Q considerando que a queda de tenso no LED varia entre 1,5 e 2,5 V.

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Exerccio: Calcular corrente no LED na Figura 5.21 a), as linhas de carga e os pontos Q considerando que a queda de tenso no LED varia entre 1,5 e 2,5 V.

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Polarizao com Realimentao do Emissor

opo para compensar parte da variao de cc ;

presena de resistor no emissor e VBB = VCC (figura 6.2.b);

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Polarizao com Realimentao do Emissor realimentao: corrente de sada (IE) usada compensar uma variao na entrada

(IC);

tenso atravs de RE para compensar possvel variao em cc ;

aumenta cc-> IC aumenta -> IE aumenta -> VE aumenta -> VB diminui -> IB diminui -> IC diminui e compensar variao de cc ;

para funcionar adequadamente, precisaria de RE muito grande;

Linha de carga cc

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- Obter Expresses de Ic pela malha de controle e malha de carga



ou

Se RB = RC, ento que ligeiramente menor que IC

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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.3. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc 100 e 300.

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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.3. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc 100 e 300.

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mA9,14100910

15I )SAT(C



Para RE,

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2.4.3 - Polarizao com Realimentao do Coletor

tambm chamado de autopolarizao (Figura 6.4);

resistor da base ligado ao coletor;

realimentao:

aumento de cc (com temperatura);

IC aumenta e VCE diminui;

VB diminui e fora IC a diminuir;

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Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.5. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc : 100 e 300.

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Icsat, Vcorte



Exemplo: Calcule o valor da corrente de saturao do coletor na Figura 6.5. Calcule a corrente do coletor para dois valores de cc : 100 e 300.

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso

chamada polarizao universal;

divisor de tenso nos resistores R1 e R2;

R2 polariza a base (diodo emissor);

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Tenso da base (Tenso Thevenin Figura 6.7):

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Tenso da base (Tenso Thevenin Figura 6.7):

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cc no aparece nas expresses: circuito imune variaes desse parmetro;

Divisor estabilizado:

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: O circuito da Figura 6.9.a tem um divisor de tenso quase-ideal.

Desenhe a linha de carga cc e mostre o ponto Q.

VCE (CORTE) e Icsat

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VCE (CORTE) = 30 V;

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VCE (CORTE) = 30 V;

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: Amplificador de dois estgios. Quais as tenses cc do

emissor para cada estgio? Quais as tenses cc do coletor?

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2.4.4 - Polarizao com Divisor de Tenso Exemplo: Amplificador de dois estgios. Quais as tenses cc do

emissor para cada estgio? Quais as tenses cc do coletor?

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Calcule: ICSAT , VTH , IE , VC, VCE




ICSAT = Vcc / (RE + RC) = 15 / 590 = 25,4 mA

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Capitulo 5 Malvino (Edio revisada):

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Trabalho 3 Transistores (Para 09/04)

5.8; 5.10; 5.11; 5.12; 5.13; 5.14; 5.15; 5.16; 5.17

6.1; 6.2; 6.3; 6.4, 6.5, 6.6; 6.7; 6.8; 6.9 ;


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