eletrônica ii - 01 - introducao

ELETRNICA II Engenharia Eltrica Campus Pelotas

Reviso Modelo CA dos transistores BJT e

MOSFET Prof. Mrcio Bender Machado,

Adaptado do material desenvolvido pelos professores Eduardo Costa da Motta e Anderson da Silva Martins.

Reviso: Caractersticas do transistor bipolar para corrente alternada

Caractersticas do transistor bipolar para corrente alternada

O comportamento do transistor bipolar, diante de pequenos sinais alternados, pode ser compreendido e analisado atravs de seu circuito equivalente para estes sinais.

As formas mais utilizadas para representar o circuito equivalente do transistor so:

o quadripolo -hbrido (em todas as frequncias) e o quadripolo h (nas mdias e baixas frequncias)

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O conceito de baixas, mdias e altas frequncias ser abordado mais adiante.

Contudo, grosso modo, podemos dizer que todo amplificador de banda larga apresenta ganho constante para uma determinada faixa de frequncias do sinal de entrada, a qual dita faixa de mdias frequncias.

Abaixo e acima desta faixa o ganho cai e, ento, dizemos que estamos nas baixas ou altas frequncias para este amplificador.

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As capacitncias intrnsecas do transistor influem na sua resposta em alta frequncia. Por isso, elas s so consideradas quando da anlise desta faixa.

Cabe salientar que as caractersticas do transistor para corrente alternada so normalmente determinadas com o transistor ligado na configurao emissor comum, assim como acontece com as caractersticas do transistor para corrente contnua. Contudo, so vlidas para qualquer outra configurao, desde que seja mantida a designao dos terminais do transistor feita no caso do emissor comum.

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Modelo do transistor bipolar para baixas e mdias frequncias

Circuito equivalente sob a forma de um quadripolo pi-hbrido

Os elementos do modelo pi-hbrido so denominados:

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rx: resistncia de espalhamento da base r: resistncia de entrada r: resistncia de realimentao

ro: resistncia de sada gm: transcondutncia direta


O mesmo circuito pode ser apresentado com uma outra notao, tambm muito utilizada.

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O valor de gm determinado nos estudos de fsica do semicondutor, resultando a seguinte equao:

onde q a carga do eltron (1,602x10-19 C), k a constante de Boltzman (1,38x10-23 J/K), T a temperatura em Kelvin, ICBO a corrente reversa que circula do coletor para a base com o emissor em circuito aberto e VT a tenso trmica da juno pn.

Ento a 25C:

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TI

TkIIq

g CCBOCm600.11

=

CT

Cm IV

Ig 40

T

CBOCm V

IIg

=mV 25

qkTVT


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Quadripolo

i1 i2

v1 v2


O quadripolo pode ser transformado em um quadripolo h.

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10

ceoebfec

cerebiebevhihivhihv

+=+=

2221212

2121111vhihivhihv+=+=


11

01

221

01

111

2

2

=

=

=

=

vfe

vie

iihh

ivhh

02

222

02

112

1

1

=

=

=

=

i

ire

vihhoe

vvhh

[]

[adimensional]

[adimensional]

[S]

+

=

++=

rr

rrrh

rrrrrh

re

xxie //

o

omoe

mm

fe

rrrrrg

h

rgrrrrg

h

+

+

=

)1(

Aplicando-se ao quadripolo os princpios bsicos de transformao de quadripolos, obtm-se:


Fabricantes usam freqentemente os parmetros hbridos na especificao de transistores. O primeiro ndice define o parmetro e o segundo, o tipo de configurao do circuito.

A preferncia pelo uso dos parmetros hbridos devido relativa facilidade com que podem ser medidos na prtica.

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ndice x Descrio ndice y Descrio

i Entrada (input) e Emissor comum

r Reverso (reverse) b Base comum

f Direto (forward) c Coletor comum

o Sada (output)


Os valores dos parmetros hbridos dependem do ponto de operao e, naturalmente, do transistor em questo.

A tabela d as descries e valores tpicos de parmetros hbridos para a configurao de emissor comum.

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Smbolo Descrio Valor tpico

hie Impedncia de entrada 1,4 x 103

hre Ganho reverso de tenso (razo de realimentao da tenso) 2,5 x 10

-4

hfe Ganho direto de corrente (ganho de corrente para pequenos sinais) 110

hoe Admitncia de sada 20 x10 -6 -1

Exemplo para o transistor PNP BC 556 at BC 560 em IC = 2 mA, VCE = 5 V, f = 1kHz e TA = 25 C.

Obs: A unidade de admitncia agora o siemens (anteriormente dita mho, o inverso do ohm) (1 S = 1 -1 ou 1 ).


Como os manuais dos fabricantes de transitores normalmente fornecem os valores dos parmetros h, as equaes anteriores so teis para obter o quadripolo .

Ento, invertendo-se essas equaes, tem-se:

Os valores de hre e hoe so muito pequenos. Por isso, muitas vezes podem ser desprezados. Neste caso, os modelos podem ser simplificados, se considerarmos hre = 0 ou, tambm, hoe = 0.

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m

fe

iex

gh

r

rhr

remoeo

re

hghr

hrr

1


Modelo equivalente simplificado para baixas e mdias frequncias

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modelo

modelo h


Pode no ser sempre possvel encontrar dados publicados de um transistor para um circuito proposto e, ento, til aplicar a definio bsica dos parmetros hbridos aos vrios circuitos e, assim, relacionar as formas de configurao aos dados mais prontamente disponves.

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ceoebfec

cerebiebevhihivhihv

+=+=

ecocbfce

ecrcbicbcvhihivhihv

+=+=

cbobefbc

cbrbeibebvhihivhihv

+=+=

EC CC BC


Os resultados aproximados so

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Base comum Emissor comum Coletor comum

ibh

rbh

=fbh

obh

fb

ibie h

hh+

=1

rbfb

obibre hh

hhh +=

1

=+

=fb

fbfe h

hh

1

fb

oboe h

hh+

=1 fb

oboc h

hh+

=1

=+=fb

fc hh

11

1=rch

fb

ibic h

hh+

=1


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Coletor comum Emissor comum Base comum

ich

rch

och

fch

* icie hh =

* rcre hh =1

* )1( fcfe hh +=

* ocoe hh =

fc

icib h

hh =

1=fc

ocicrcrb h

hhhh

fc

fcfb h

hh

+=1

fc

ocob h

hh =

* Exata


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Emissor comum Coletor comum Base comum

ieh

reh

oeh

feh

* ieic hh =

* 11 = rerc hh

* )1( fefc hh +=

* oeoc hh =

fe

ieib h

hh+

=1

refe

oeierb hh

hhh +=

1

fe

fefb h

hh

+=1

fe

oeob h

hh+

=1

* Exata


Exemplo: Um transistor de baixa potncia 2N525 PNP tem parmetros h

medidos para uso no circuito base comum. Os parmetros para uso nas outras duas configuraes podem ser determinados como

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Base comum Emissor comum Coletor comum

hi 30 1360 1360

hr 5,0 x 10-4 3,2 x 10-4 1

hf - 0,978 44,5 - 45,5

ho 0,60 S 27,2 S 27,2 S


O circuito hbrido simplificado da configurao EC tambm pode ser utilizado na configurao CC ou BC ao colocar terra o terminal apropriado (modelo aproximado generalizado).

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Reviso: Caractersticas do FET para corrente alternada

Caractersticas do FET para corrente alternada

O comportamento do transistor de efeito de campo, diante de pequenos sinais alternados, pode ser compreendido e analisado atravs do seu circuito equivalente para estes sinais.

Este circuito pode ser apresentado sob duas formas: Vlida nas frequncias baixas e mdias Vlida nas altas frequncias.

As capacitncias intrnsecas do transistor influem na sua resposta em altas frequncias. Por isso, s so consideradas quando da anlise desta faixa. 22


Modelo do FET para baixas e mdias frequncias

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Nele, temos: rd a resistncia de dreno, isto , a resistncia do canal de

conduo, medida para um determinado valor de VGS.

gm a transcondutncia direta. Representa a amplitude de transferncia direta de vgs na forma de corrente. Se desprezarmos rd poderemos escrever que

Logo:

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GSVd

dsd i

vr

gsmd vgi

gs

dm v

ig


O valor de gm pode ser, ento, obtido a partir da variao de ID em funo da variao de VGS. Assim, podemos obter gm derivando

No que resulta:

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21

=

P

GSDSSD V

VII

P

GS

P

DSSm V

VVIg 12

IDSS = corrente de dreno de saturao para VGS = 0 VP = tenso de pinch-off ou constrio (valor de VGS a partir do qual a corrente ID nula para qualquer valor de VDS) VGS = valor para o qual se quer obter IDS e VDSS


Em muitas aplicaes, a carga ligada ao FET entre dreno e fonte muito menor do que rd. Nestes casos, rd pode ser desprezado, obtendo-se, ento,

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