semicondutores-transistor bjt

Semicondutores: Transistor BJT

12/02/2015 Por : Luís Timóteo 1

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=hybrid+parameters+of+transistor&source=images&cd=&cad=rja&docid=YzYkLq28T_GkVM&tbnid=MNc307XfrckeEM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.chiplook.com/stock/KSE13003.html&ei=jHbUUdLOOMLM0AWQ04DADw&bvm=bv.48705608,d.ZGU&psig=AFQjCNEkszXRyb8n23PZuPH_0DhtvZq5FA&ust=1372964710000775

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=hybrid+parameters+of+transistor&source=images&cd=&cad=rja&docid=YzYkLq28T_GkVM&tbnid=MNc307XfrckeEM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.chiplook.com/stock/KSE13003.html&ei=jHbUUdLOOMLM0AWQ04DADw&bvm=bv.48705608,d.ZGU&psig=AFQjCNEkszXRyb8n23PZuPH_0DhtvZq5FA&ust=1372964710000775



http://www.stanford.edu/class/ee122/Handouts/

Desde o início do século XX, até á década de 50’s o reinado foi da válvula de vácuo, tendo a electrónicaevoluído de modo assombroso … como hoje!...

A Válvula Electrónica

Com o fim da Segunda Guerra Mundial, a grande super potência vencedora, os EUA, definiram que aforça aérea era um ramo militar demasiado importante, e que precisava de electrónica adequada paraas missões que se adivinhavam… Mas a electrónica da época estava desenhada, para navios deguerra, tipo “forte e feio”, pesada, e de muito consumo de energia, nada compatível com o embarqueem aviões!...

Assim, foram nomeados cientistas e investigadores,afim de encontrarem um substituto para a válvulaelectrónica…



Em 1947… um grupo de cientistas, composto por William Shockley, John Bardeen e WalterBrattain, nos laboratórios Bell. Resolveram "voltar no tempo", á época dos antigos rádiosa cristal. Ao contrário dos equipamentos a válvulas, os velhos rádios experimentais acristal eram capazes de detectar as altas frequências, descoberta de Ferdinand Braun, quedizia que cristais podiam transmitir electricidade num único sentido. …Aí, poderia estar umsubstituto para as válvulas...

“Transient resistor”. Transistor

O Transistor de contacto

…O efeito transistor é observado pela primeira vez por Bardeen, Shockley e Brattain noslaboratórios da “Bell”… Devido a um acaso! … em contactos com cristais….



Plástico

Crystal Triode


Colector

Plástico

Emissor

Base

Mola

Folha de ouro

GermânioP

N

Base de Metal



Crystal Triode

Ligação do Emissor

Ligação Colector

Base contacto

Germanium

Guia plástico das ligações


Germânio tipo -N

Emissor Colector

Base

Shockley decidiu demonstrar que era o verdadeiro cérebro da operação, pelo que, elesecretamente continuou o seu trabalho para construir um tipo diferente de transistorbaseado em junções em vez de contactos pontuais; ele esperava esse tipo de projectoseria mais provável que fosse comercialmente viável. O transistor de contacto, seria frágil,difícil de fabricar, e de fraco desempenho. Shockley também estava insatisfeito comalgumas partes da explicação de como o transistor de contacto trabalhou, e concebeu apossibilidade de injecção de portadores minoritários…

Germânio tipo -P



Por: William B. Shockley

O Transistor de junção

Germânio tipo-N

Deposição (recombinação)a 550ºC

Tipo-NTipo-P

Emissor

Base

Colector

Tipo-P

Em 1948. John N. Shive, construiu um transistor de contacto, com os contactos em bronzena parte da frente e por detrás da cunha fina de germânio, provando que os buracos(lacunas) se podiam difundir através germânio grosso, e não apenas ao longo da superfície,como se pensava anteriormente. A invenção do Shive despoletou a invenção do transistor dejunção de Shockley .

Poucos meses depois, e depois de muito estudo, ele inventou um transistor inteiramentenovo, muito mais robusto, com uma estrutura de camadas ou "sanduíche". Esta estruturapassou a ser utilizado para a grande maioria de todos os transistores na década de 1960, eevoluiu para o transistor de junção bipolar. O transistor bipolar de junção tinha sidoinventado.

Deposição de Índio



BJT Transistor de Junção: Laboratórios Bell


Os Laboratórios Bell licenciaram a tecnologia do transistor de junção a váriascompanhias…

O 1º transistor de junção

O 1º Transistor Comercial, foi o Raytheon CK703

1948

O 1º Transistor com sucesso Comercial, foi o Raytheon CK722

1953



-

-

-

-

- -

-

-

-

-

--

-

-

-

- +

+

++

+

+

++

+

+

+

++

+

++

-

-

-

-

--

-

-

-

-

--

-

-

-

-

+

+

++

+

+

++

+

+

+

++

+

+ +

P N N P

Concentração de lacunas

+ -


Duas junções P-N

O transistor exibe duas junções: - Junção emissora – (entre o Emissor e a Base). - Junção colectora – (entre o Colector e a Base).

Por isso, um transistor é como dois diodos reflectidos entre si.



NP N N P

Se a zona central é muito ampla, o comportamento é o de dois diodos em série: ofuncionamento da primeira união não afecta o da segunda.




N Base P ColectorP Emissor


Com a diminuição da zona central, o comportamento é diferente: o funcionamento dotransistor...

Isso consegue-se com níveis diferentes de dopagem, sendo o Emissor mais dopado que oColector.

A difusão dos electrões livres através da junção produz duas camadas de depleção. Para cada umadessas camadas de depleção, o potencial da barreira é aproximadamente igual a 0,7v (Si) e 0,3v(Ge).Pelo facto das três regiões terem diferentes níveis de dopagem, as camadas de depleção nãopossuem a mesma largura.

Efeito Transistor



PP

O terminal central (Base) controla uma fracção da corrente que circula entre os outrosdois terminais (Emissor e Colector)

Base

Emissor Colector

As regiões n e p são diferentes tanto geometricamente quanto em termos deconcentração de dopagem.

Por exemplo, a concentração de dopagem no colector, base e emissor devem ser 1015, 1017

e 1019, respectivamente…

VBE VCB


N

Efeito Transistor



Fluxos de corrente num transistor NPN operando na Zona Activa

A junção Emissor/Base é directamente polarizada.

A junção Base/Colector é inversamente polarizada.

A espessura da região da Base é tipicamente 150vezes inferior à espessura do dispositivo.

A polarização directa da junção Base/Emissor causa um fluxo de portadores maioritários(electrões) da região n para a região p.

..e de portadores minoritários, lacunas(buracos) da Base para o Emissor….

A soma destes dois fluxos conduz à corrente de emissor IE.

- VBE + -VCB +

Electrões

IEIC

IB

Lacunas

VCE

VCB

VBE IE

IC

IBA maior mobilidade apresentada pelos electrões, faz com

que as características do transistor NPN sejam melhoresque as de um PNP de forma e tamanho equivalente. OsNPN usam-se em maior número de aplicações…

O Transistor Bipolar



P

P Base

EmissorColector

VBE VCB

N NFluxos de corrente num transistor npn operando na Zona Activa

O transistor é construído de tal forma que praticamente toda a corrente é constituída pelofluxo de electrões do Emissor para o Colector. A região do Emissor é muito mais fortementedopada do que a região da Base e do Colector.

A região da base é muito fina comparada com a espessura das regiões do emissor e docolector. Os electrões que fluem do Emissor para a Base, atravessam esta região e sãoatraídos para o Colector, antes de haver tempo para a recombinação com as lacunas nabase. A corrente no Colector é da mesma ordem de grandeza da corrente no Emissor.




Perfis das concentrações de portadores minoritários na Base e no Emissor de um transistornpn operando no modo activo: VBE > 0 e VCB ³ 0.

Base (P) Colector (N)

)(xn

O Campo eléctricoremove os electrõeslivres

Emissor (N+)

)(xp

VBEVCB

I



Transistor NPN: Perfil da densidade de Portadores

0np

Concentração de Lacunas

)0(np

)0(pnConcentração de Electrões np ideal

np com recombinação

Largura efectiva da Base

W

TBE Vvpp enn

/0)0(

DeplexãoJEB

DeplexãoJBC

ncoletor = 0 JBC directamente polarizada

A densidade de electrões livres decresce na Base. No Colector os electrões livres são removidos pelocampo eléctrico.

Como a Base tem um comprimento bastante inferior ao comprimento de difusão o decréscimo é linear.

A Base (tipo-p) é bastante menos dopada que o emissor (tipo-n) logo a concentração de lacunas ébastante inferior à concentração de electrões livres.



A

ip

N

nn

2

0

W

nDqA

p

nE

)0(

A tensão VBE aumenta com aconcentração de electrões livresno Emissor.

O Emissor (tipo-n) é muito mais dopado que a Base (tipo-p) donde resulta que a corrente é maioritariamente formada por electrões livres, que se deslocam directamente do Emissor para o Colector!

Emissor (n)

Base (p)

Colector (n)

)0(pn

)(xp

VBE VCB

I

E

xd

xndDqAII

p

nEnC

)(

T

BE

v

v

pp enn 0)0(



Transistor NPN: Corrente maioritária

TBE vv

A

inEC e

WN

nDqAI

/2



W

(0)nDqA

dx

xdnDqAI

p

nE

p

nEn )(

TBE Vv

SC eII/

A

inE

p

nESNW

nDqA

W

nDqAI

)0(

20


Transistor NPN: A corrente de Colector IC

Corrente de difusão de electrões In :

A corrente de Colector IC = In IS: factor de escala de corrente

Observe que a magnitude de IC independe de vCB (contanto que seja 0).


O Transistor na zona activa comporta-se como um diodo polarizado directamente comuma corrente de saturação dada por “Is”, mas em que corrente flui num terceiro terminaldenominado de Colector!



TBE Vv

PD

ipEB e

LN

nDqAi

/2

1

Dp: Difusidade das lacunas no Emissor;

Lp: Comprimento de difusão de lacunas no Emissor;

ND: Concentração de dopantes no Emissor.

tB:Tempo médio que um electrão demora até se

recombinar com uma lacuna.

Qn: carga do portador minoritário (electrão) na Base.

Tem duas componentes:

Transistor NPN: A corrente de Base IB


TBE Vv

Ab

iE

b

nB e

N

nWqA

2

1Qi

/2

2

- iB1 Corrente minoritária devido às lacunas que se deslocam da Base para o Emissor.Equação equivalente à corrente de lacunas de uma junção p-n.

-iB2 = Corrente de reposição dos electrões que se recombinam com as lacunas aoatravessarem a Base.

B

nB

Qi

1

WnqAQ pEn )0(2

1




Constante para um transistor emparticular (no caso ideal).


Transistor NPN: A corrente de Base IB (Cont.)


TBE VvSCBBB e

IIiiI

/

21

bnPD

A

n

p

D

W

L

W

N

N

D

D

2

11

2

: ganho de corrente com Emissor Comum (usualmente, 100 < < 200).

Para obter um elevado valor de (desejável), a Base deve ser fina (Wpequeno) e levemente dopada e o Emissor fortemente dopado (NA / ND

pequeno).



BnPD

A

n

p

D

W

L

W

N

N

D

D

2

2

1

1

2

nBn LD

– Beta () aumenta com a diminuição da largura da Base

– Beta aumenta com a concentração de impurezas no Emissor e diminui com a concentração de impurezas na Base.

Combinando as equações anteriores:


Transistor NPN: Ganho de corrente do Transistor ()


Temos ainda a relação de Einstein:

Deve-se notar que:

Beta é normalmente considerado aproximadamente constante para um dadotransistor apesar de variar com vários factores…



TBE VvSE e

II

/


Transistor NPN: A corrente de Emissor IE


TBE Vv

SCBCE eI1

I1

III/

11II EC , ,

: constante para um transistor em particular (idealmente), < 1 (se, por ex., = 100 0,99).

Pequenas variações em a correspondem a grandes variações em .

: ganho de corrente em Base Comum.




Transistor NPN:

Relações corrente-tensão do BJT no modo Activo de operação

TBE Vv

SC eII/

TBE VvSCB e

III

/

TBE VvSCE e

III

/

Para o transistor PNP, substituir VBE por VEB.

BEBC

EEBEC

I1III

1

II1III

11

q

kTV micaTensão térT

25 mV á temperatura ambiente



Fluxos de corrente num transistor PNP operando na Zona Activa

+ VEB - +VBC-

Lacunas

IEIC

IB

Electrões

O transistor PNP opera de forma semelhante aodescrito para o transistor NPN.

A tensão VEB polariza directamente a junção EB. Atensão VBC polariza inversamente a junção CB.

No transistor PNP as correntes são sobretudo devidas a correntes de lacunas ou buracos…

As correntes de difusão de electrões livres da Base para o Emissor são muito pequenas emcomparação com as correntes de lacunas em sentido contrário.

A região do Emissor, tal como no transistor NPN, é muito maisfortemente dopada do que a região da Base. A espessura daBase é muita pequena em comparação com as dimensões dodispositivo.

IE

IB

ICVCB

VCE

VBE

PNP





+ VEB - +VBC-

Lacunas

IEIC

IB

Electrões

O transistor PNP opera de forma semelhante aodescrito para o transistor NPN.

A tensão VEB polariza directamente a junção EB. Atensão VBC polariza inversamente a junção CB.


As correntes de difusão de electrões livres da Base para o Emissor são muito pequenas emcomparação com as correntes de lacunas em sentido contrário.

A região do Emissor, tal como no transistor NPN, é muito maisfortemente dopada do que a região da Base. A espessura daBase é muita pequena em comparação com as dimensões dodispositivo.

IE

IB

ICVCB

VCE

VBE

PNP




O terminal central (Base) controla uma fracção da corrente que circula entre os outrosdois terminais (Emissor e Colector).

Base

Emissor Colector



N PP

VBE VCB




-

ColectorEmissor

Base

Base pouco dopada Emissor mais dopado que o Colector.

e-

ColectorEmissor

Base

N P N

P N P

I


Alguma semelhança com as válvulas é pura coincidência(?)!....

- - -



Equivalente hidráulico do transistor

Base

Colector

Emissor

1 2

3

1. Base2. Emissor3. Colector


Funcionamento do Transistor Bipolar



h1 - h2

Caudal Abertura

h1

h2

Equivalente hidráulico do transistor







http://www.learnabout-electronics.org/Downloads/Fig316dl_bjt_operation.swf




E C

B

N-

P

P+

Transistor NPN planar de difusão dupla

N+

N+

N

P-

EB

C

SiO2

Transistor PNP


Forma real dos transistores Bipolares




Forma real dos transistores Bipolares

TO-32N3055 (NPN)BU326 (NPN)

TO-18

TO-220

MJE13008 (NPN)IRF840 (MOSFET, N)BDX53C (Darlington)

EncapsuladoTO-92

BC548 (NPN)BC558 (PNP)

BD135 (NPN)BD136 (PNP)

TO-126

TO-5



BIPOLARES

NPN

PNP

EFEITO DE CAMPO

UNIÃO

METAL-ÓXIDO-SEMICONDUTOR

CANAL N (JFET-N)

CANAL P (JFET-P)

CANAL N (MOSFET-N)

CANAL P (MOSFET-P)

TRANSISTORES

* FET : Field Effect Transistor

Transistores

Tipo de Transistores



Bipolar: dois tipos de cargas, electrões e lacunas(buracos), envolvidos nos fluxos de corrente…

Junções: duas junções pn. Junção Base/Emissor ejunção Base/Colector….

Tipos: – NPN e PNP.

Terminais:– Base, Emissor e Colector…

Símbolos: NPN PNP


Base

Emissor

Colector Emissor

Base

Colector

O transistor bipolar consiste de junções pn, construídas de uma maneira especial e ligadasem anti série. A corrente é produzida, quer por electrões, quer por lacunas, e daí adesignação de bipolar.



Os sentidos de referência adoptados para tensões e correntes aos terminais do transistorsão escolhidos de tal modo que, para o funcionamento na zona activa directa, ascorrentes são positivas.

O funcionamento dos dois tipos de transistores é muito semelhante; quando sem passa deum para outro, todos os resultados se mantêm se se trocarem os sentidos das tensões edas correntes

Convenções

VCE

VCB

VBE IE

IC

IB

NPN

IE

IB

ICVBC

VEC

VEB

PNP




Modos de operação: Transistor NPN

VCE

VCB

VBE IE

ICIB

Corte

VBE 0,7 / IB= 0 / IC= 0

IC 0, IE 0 e IB 0

Zona Activa

VBE 0,7 / VCE 0,3 / IC 0 / IB 0

VCB > 0 -IC ·(-IE ) IC ·IB

Saturação

VCE 0,3 / IC= Icmáx

VCB < 0 (VCE 0)

IC VCC/RC

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB

RB

RC

IE




Na Região Activa: junção EB com polarização directa, BC com polarização inversa.Aplicação: - Amplificação.

Na Região de corte: As duas junções estão polarizadas inversamente: circuito aberto. Na Região de saturação: As duas junções estão polarizadas directamente: curto-circuito.

IB = 0 µA

IB = 40 µA

IB = 20 µA

Região de saturação

Região activa

Região de corte

I C(

mA

)

VCE (V)

IB = 80 µA

IB = 60 µA

„ Ruptura

RC

RB

VBE

VCCVBB VCE


Curvas características da Montagem Emissor Comum (EC)

Modos de operação: Transistor NPN



ModosJunção

EBJunção

CBAplicação

Corte Inversa Inversa Aplicações de comutação em

circuitos digitaisSaturação Directa Directa

Activo Directa Inversa Amplificador

Inversa Activo

Inversa DirectaDegradação do

desempenho

Modos de operação




Características básicas


Muito mais útil do que dois dispositivos terminais (tais como diodos).

A tensão entre os dois terminais pode controlar a corrente que flui no terceiro terminal.Pode-se dizer que a corrente do colector pode ser controlada pela tensão através dajunção EB.

A aplicação mais usual é como amplificador.

Representação Gráfica das Características do transistor

As Curvas características referem-se a uma determinada configuração.

As Curva de entrada são muito semelhantes ás do diodo, apenas as curvas de saídaserão sempre mostradas aqui.

As Três regiões são mostrados nas curvas de saída.

O Efeito de Early é mostrado nas curvas de saída na configuração EC.

O BJT como amplificador



NPN

Ib=20uA

Ib=60uA


Zona Activa

ENTRADA

Diodo polarizado directamente

SaídaiC=iB


O BJT como amplificador iC

+

VBE _

VCE

+

_

Configuração de Emissor Comum (EC): Curvas características



Configuração de Emissor Comum (EC): Efeito de Early

-VA VCE

VBE…

VBE…

VBE…

VBE…

IC

VCE

VBE

NPN

++

_ _

IC

Região Activa

Região Saturação

No Modo activo de operação BJTs mostram uma certa dependência da corrente deColector com a tensão de Colector.

As suas características IC – VCE não são linhas rectas horizontais.



Quase horizontal, mas com ligeira inclinação positiva (efeito de Early).



Relação linear de IC com VCE : assumindo que IS permanece constante a corrente deColector é modificada pelo termo :

A

CEVV

SCV

V1eII TBE

/

Inclinação não-nula das linhas rectas IC – VCE : a impedância de saída do Colector não éinfinita.

-VA VCE

VBE…

VBE…

VBE…

VBE…

IC

Região Activa

Região Saturação VBE > 0.

VCE pequeno (VC < VB) JCB:polarização directa região desaturação.

VCE VCB < 0 JCB: pol. inversa espessura da região dedeplexão na JCB WEFETIVA DA BASE

IS IC : Efeito Early.






-VA VCE

VBE…

VBE…

VBE…

VBE…

IC

Região Activa

Região Saturação A Inclinação não-nula das linhas rectas IC – VCE que

a impedância de saída do colector é finita e definidapor:

1

constantevCE

Co

BE

Δv

Δir

Da equação anterior deduz-se que: ro VA / IC

IC : o nível da corrente correspondendo ao valor constante de VBE próximo à fronteirada região activa.

Esta dependência de iC com vCE no projecto e análise do circuito de polarizaçãonormalmente não é considerada; no entanto, a resistência de saída finita ro pode ter umefeito significativo no ganho de amplificadores a transistores.






VCE

IC

-VA




IB

Verde = IC Ideal .

Encarnado = IC Actual (IC’).

VCE

VA

IC’ = IC + 1

Kristin Ackerson, Virginia Tech EESpring 2002

Early Effect Example

Given: The common-emitter circuit below with IB = 25A, VCC = 15V, = 100 and VA = 80.Find: a) The ideal collector current

b) The actual collector current

Circuit Diagram

+_VCC

IC

VCE

IB

= 100 = IC/IB

a)IC = 100 * IB = 100 * (25x10-6 A)IC = 2.5 mA

b) IC’ = IC VCE + 1 = 2.5x10-3 15 + 1 = 2.96 mA

VA 80

IC’ = 2.96 mA






Circuit Diagram

+_VCC

IC

VCE

IB






Curvas na região activa são mais inclinadas do que aqueles na configuração BC

Tensão de Early.

Largura efectiva da Base com modulação.

(Menor largura de Base, menor valor da tensão de Early, forte efeito demodulação por largura de base, forte dependência linear de iC em vCE.

Modelo de Circuito Equivalente DC C

E

TBE Vv

SeI/

vBEDE

B

(a) iC

iE

iB

(ISE =IS/F)

O modelo da figura (a), representa o BJT como uma fonte decorrente controlada por tensão, sendo vBE a tensão decontrolo.

Modelo de circuito equivalente do BJT npn para grandessinais a operar no modo activo.



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelo de Circuito Equivalente DC



C

E

EFi

vBEDE

B

(b) iC

iE

iB

(ISE =IS/F)

Em b) o BJT é representado por uma fonte de correntecontrolada por corrente (amplificador de corrente).

Análise DC

Verificar o valor de VCE ou VCB, se:

i. VC>VB (ou VCE>0.2V), a suposição está correcta.

ii. VC<VB (ou VCE<0.2V), a suposição está incorrecta. Significa que o BJT está

operando na região da saturação. Assim, vamos supor que VCE=VCE(sat) para obter

IC. Aqui, o ganho de corrente de emissor comum, é definido como forçado=IC/IB,vamos encontrar forçado< .

Usando o modelo simples de queda de tensão constante,

assume-se que vBE0,7V , independentemente do valorexacto das correntes.

Supondo que o dispositivo opera na região activa, pode-se aplicar arelação entre IB, IC, IE, para determinar a tensão VCE ou VCB.



Configuração de Emissor Comum (EC): Análise DC



Circuito Conceptual

• (a) circuito conceptual para ilustrar o funcionamento dotransistor como um amplificador.

• (b) O circuito de (a) com o vbe, fonte de sinal, eliminado paraanálise DC (polarização).

• Com as fontes de corrente contínua(VBE e VCC) eliminados (curto-circuito), portanto, apenas oscomponentes de sinal estãopresentes.

Note-se que esta é uma representação dofuncionamento do BJT com sinais, e nãoum circuito amplificador real.



T

CQm V

Ig

Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais



• Transcondutância

• Resistência de Entrada na Base

• Resistência de Entrada no Emissor

• Modelos - Híbrido e Modelo T

Transcondutância

iC

vBE

IC

Q

Declive =gm

VBE

vbe

t

t

iC

• Expressão:

• Significado físico:

gm é a inclinação da curva iC-vBE para a polarização

no ponto Q .

• À temperatura ambiente, 40msgm



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais – Modelo -Híbrido



B

E

r

gm.vbe

ib

ic

C

vbe

+

_

ie

(a)

O circuito equivalente em (a) representa o BJT comouma fonte de corrente controlada por tensão (umamplificador de transcondutância).

gm= IC/VT

r= / gm

B

E

r.ib

ib

ic

C

vbe

+

_

ie

(b)

O circuito equivalente em (b) representa o BJT como umafonte de corrente controlada por corrente (um amplificadorde corrente).



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais – Modelo T



C

E

vbe

B

(a) ic

ie

ib

re

gm.vbegm= IC/VT

re= VT/IE= /gm

C

E

vbe

B

(b) ic

ie

ib

re

.ie

Estes modelos apresentam explicitamente a resistência Emissor re ao invés do rresistência de Base, em destaque no modelo -híbrido.



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais



B

E

r

gm.vbe

ib

ic

C

vbe

+

_

ie

(a) Resistência de entrada pela Base:

mBQ

T

b

be

gI

V

i

vr

C

E

vbe

B

(b) ic

ie

ib

re

gm.vbe

Resistência do Emissor:

mEQ

T

e

bee

gI

V

i

vr

Relação entre as duas resistências:

err )1(



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais- Ainda o Modelo - Híbrido



B

E

r gm.v

C

v

+

_

(a)

ro

B

E

r .ib

C

(b)

ro

ib

Expressão para a resistência de saída.

'

1

. C

A

constvCE

Co

I

V

v

ir

BE

Resistência de saída representa o efeito de Early (ou modulação de largura da Base).



Configuração de Emissor Comum (EC): Modelos de pequenos sinais- Modelo para PNPs



Os Modelos derivados do transistor tipo npn, aplicam-se igualmente aostransistores pnp sem alterações de polaridades. Como o sinal pequeno nãopode alterar as condições de polarização, os modelos de pequenos sinais sãoindependentes das polaridades.

Não importa qual a configuração, o modelo é único. Qual a ser seleccionado, édeterminado apenas pela análise mais simples.





Corrente de Base: IBiB

vBE

QIB

VBE

Declive =1

RB

VBB

Construção gráfica para a determinação da corrente DC da Base no circuito.

Recta de carga cruza-se com a curva característica de entrada no ponto Q.

Configuração de Emissor Comum (EC): Análise gráfica



IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

VCC

C

CC

R

V

RC

RB

VBE VCCVBB

VCE

IC

IB



Corrente de Base: IB





Corrente de Base IB

Apesar de ser pouco prático para a análise e projecto de circuitos comtransistores, a análise gráfica é, no entanto, útil para compreender ofuncionamento de um circuito amplificador. Façamos por isso a análisegráfica do funcionamento do circuito da figura seguinte.

O circuito da base impõe que:

ou seja:

A corrente de polarização da Base, IB e a tensão de

polarização, VBE, correspondentes a vi=0, são dadas pelascoordenadas do ponto de intersecção dessa recta com a

curva característica iB - vBE como mostra a figura.

O que representa, para um dado valor de vi , uma relação linear entre vBE e iB.

Esta relação pode ser representada por uma recta de

inclinação - 1/RB, como mostra a figura seguinte, para vi=0.

vBE

iB

IB

VBE VBB

- 1/RB

vBE

iC

vCEiB

O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Análise gráfica



VCC

1C

CC

R

V

2C

CC

R

V

3C

CC

R

V

RC

RB

VBE VCC

VBB VCE

IC

IB

IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3


Ponto de funcionamento: RC




RC

RB

VBEVCC

VBB VCE

IC

IB

IC

VCE

IB1

IB2

IB4

IB3

VCC3

C

CC

R

V 3

C

CC

R

V 2

C

CC

R

V 1

VCC2VCC1

Ponto de funcionamento: VCC





VCE = -IC RC+ VCC

Q

IC

VCEO

VCE IC RC

VCC

C

CC

R

V

IB1

IB2

IB4

IB3

RC

RB

VBE VCC

VBB VCE

IC

IB

C

CECCC

R

VVI


Recta de Carga e ponto de funcionamento




V BB (V) V CE (V) Ic (mA) IB (A)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

VBE = -IB RB+ VBB

IC

VCEVCC = 10 V

C

CC

R

V

IB1

IB2

IB4

IB3

VBE 0,7 V

VCE = VCC - IC RC = 10 - 8,125 = 1,875 V

Ic = bIB = 8,125 mA

Q

Q

Q

Saturação

Corte

RC =1 kW

RB=16 kW

VBE VCC=10 V

VBB = 2 VVCE

= 100

IC

IB

Reg

ião

Act

iva


Recta de Carga

A81,2516000

0,72

R

VVI

B

BEBBB




V BE 0,7 V VCE (V) Ic (mA)

0 16,33 8,333 7,824

980W 16 0,00

170kW

100

16 V

14 V

78,235 IB 78,24 µA 54,7647 PEB 54,76 µW

7,824 Ic 7,82 mA 65,193 PCE 65,19 mW

7,902 IE 7,90 mA PT 65,25 mW

8,333 VCE 8,33 V

7,633 VCB 7,63 V

VCC

VBB

RB

RC

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20

I c(m

A)

Vcc (V)

E

C

B

78,24 µA 7,82 mA

7,90 mA

8,33 V


Recta de Carga




iC

vCE



Corrente de Colector

IB

iB = ….

iB =iB2

iB =iB1 ….

iB = ….

Q

iB = ….

IC

VCE

Declive =1

RC

Construção gráfica para determinar a corrente de Colector de IC e a tensão Colector-Emissor VCE, do circuito.




vCE

iC

0

vBE

iC

vCEiBO circuito de Colector impõe que: vCE=VCC - iC.RC

ou seja:C

CE

C

CCC

R

v

R

Vi

O que representa, uma relação linear entre vCE e iC.

Esta relação pode ser representada por uma recta, como se mostra na figura. Como RC pode ser

considerada a carga do amplificador, a recta de inclinação -1/RC chama-se de recta de carga.

IC

VCE VCC

iB = IB

iB = ….

iB = ….

iB = ….

iB = ….

Q

O ponto de polarização DC, ponto quiescente Q, é o

ponto de intersecção da recta de carga com a curva iCvCE, que correspondente á corrente de Base IB. As

coordenadas do ponto Q, são as componentes

contínuas da corrente de Colector IC e da tensão

Colector-Emissor VCE.

Note-se que, para que o transistor funcione como amplificador, o ponto Q deve estar na região activae, além disso, deve estar localizado de modo a permitir uma excursão razoável do sinal de saída,

quando se aplica um sinal de entrada vi.

- 1/RC


Corrente de Colector IC




vBE

iB

0

IB

iB1

iB2

Q

- 1/RB

Linhas instantâneas de Carga

Segmento quase linear

iB

t

tt

VBB

vi

VBE

vbe

Se a amplitude de vi, for suficientemente pequena para que o ponto de funcionamento instantâneo

esteja limitado a um segmento quase linear da curva iB-vBE, então os sinais resultantes ib e vbe serãotriangulares, como mostra a figura. Assim, a construção gráfica da figura pode ser usada para

determinar o valor instantâneo de iB correspondente a cada valor de vi.

Como exemplo, a figura seguinte mostra a situação

quando se aplica um sinal vi á entrada com umaforma de onda triangular, sobreposto a uma tensãocontínua VBB.

Para cada valor instantâneo de VBB + vi(t), podedesenhar-se uma recta de inclinação -1/RB. Esta “recta

de carga instantânea” intersecta a curva iB - vBE numponto cujas coordenadas nos dão os valores

instantâneos de iB e de vBE correspondentes ao valor

particular de VBB + vi(t).

A figura mostra as rectas correspondentes a vi=0 e vi nos seus valores de pico positivo enegativo.


Pequenos sinais




vCE

iC

0

IC

VCC

IB

iB = ….

iB =iB2

iB =iB1 ….

iB = ….

Q

- 1/RC

iC1

iC2

t

VCE

t

vce

ic

Por exemplo, quando vi está no seu pico positivo, IB = iB2, o ponto de operação instantâneono plano iC-vCE estará na intersecção da recta de carga com a curva correspondente a iB =

iB2.

A figura mostra que o ponto defuncionamento se deslocará ao longo darecta de carga de inclinação -1/RC á medida

que iB for assumindo os valores instantâneosdeterminados pela figura da página anterior.

Deste modo, podemos determinar as formas de onda de iC e de vCE e, portanto, das

componentes do sinal ic e vce, conforme mostrado na figura.


Pequenos sinais




vCE

iC

0

IB

iB = ….

iB =iB2

iB =iB1 ….

iB = ….

QB

VCEQB

QA

VCEQA

Recta de Carga

VCC


Ponto de funcionamento e excursão do sinal


A recta de carga em QA com um VCE

correspondente, que está muito perto doVCC e, portanto, limita o balanço positivoda vCE.

No outro extremo, a recta de carga emQB, resulta num ponto de operaçãomuito perto da região de saturação,limitando assim o balanço negativo davCE.




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Polarização

Polarização com Voltagem Polarização Clássica com elementos discretos

Fonte de alimentação única

Duas fontes de alimentação Com resistência de feedback

Polarização com fonte de corrente




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Polarização com elementos discretos e fonte única

Fixando VBE Fixando IB

Ambos resultam em grandes variações em IC e, portanto, em VCE e, portanto, sãoconsiderados como “maus“, logo não são recomendados.





Circuito com o divisor de tensão alimentando a Base, substituído com o seu equivalenteThevenin.

A estabilidade da corrente DC do Emissor é obtida considerando a acção de feedbacknegativo fornecido pela RE.





Duas restrições:

1

BE

BEBB

RR

VV

Regras de ouro:

),(

31

31

EERR1

CC31

CB

CCCC

CCBB

I0.1III

VV

VRI

VV

B2




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Polarização com duas fontes de alimentação

Resistência RB pode ser eliminada na configuração BaseComum.

A resistência RB é apenas necessária se o sinal é para seracoplado capacitivamente à Base.

As duas restrições devem aplicar-se.




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Polarização com resistência de feedback

Resistência RB fornece feedback negativo.

IE é independente de e é fornecida por: ）( 1RR BC

O valor de RB determina a excursão do sinal permitida no Colector.




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Polarização com fonte de Corrente

Q1 e Q2 devem de ser muito idênticos e terem elevado.

Curto entre os terminais de Colector e Base de Q1.

A Fonte de corrente não é ideal, devido à resistência de saída finita de Q2.




O BJT como amplificadorAplicação do Modelo e pequenos sinais

a. Determinar o ponto de funcionamento DC (Q) do BJT e, em particular, acorrente de Colector DC - IC (ICQ).

b. Calcular os valores dos parâmetros do modelo de pequeno sinal, tal comogm=IC/VT, r=/gm=VT/IB, re=/gm=VT/IE.

c. Desenhe percurso do circuito AC.

d. Substitua o BJT com um de seus modelos de pequeno sinal. O modeloseleccionado deve ser o mais conveniente do que os outros, na análise docircuito.

e. Determinar os valores necessários.





Condições DC

As condições de polarização DC obtêm-se considerando vbe=0IC

VCE

VBE IE

IB

NPN

RcVCC

IC=IS exp(vBE/VT)

IB=IC /

IE=IC /

VCE= VCC - RCIC

Sobreposição de um sinal AC à tensão DC.Condições DC; vbe=0

Se for aplicada uma tensão AC de valor vbe, a tensão vBE, valor total instantâneo, é: vBE=VBE+vbe

Da mesma forma tem- se para a corrente iC:

iC=IS exp(vBE/VT)=IS exp[ (VBE+vbe)/VT ]

IC

VCE

VBE IE

IB

RcVCC

Condições AC; vbe0

vbe





Amplificadores Básicos de um único andar

• Características dos parâmetros

• Estrutura básica

• Configuração

Amplificador configuração Emissor comum (EC).

Emissor directamente ligado à massa.

Emissor liga à massa através da resistência Re.

Amplificador configuração Base Comum (BC).

Amplificador configuração Colector Comum (CC) ou Seguidor de Emissor (SE).






Características dos parâmetros do amplificador

Este é o circuito de um amplificador de duas portas.

Fonte de sinal de tensão.

O sinal de saída é obtido a partir da resistência de carga RL.






Características dos parâmetros do amplificador: Definições

Resistência de entrada sem carga:

LRi

ii

i

vR

Resistência de entrada:i

iin

i

vR

Ganho de tensão com circuito aberto:

LRi

ovo

v

vA

Ganho de tensão:

i

ov

v

vA







Ganho de corrente em curto-circuito:0

LRi

ois

i

iA

Ganho de corrente:i

oi

i

iA

Transcondutância em curto-circuito:

0

LRi

om

v

iG

Ganho de tensão global em circuito aberto:

LRsig

vov

vG 0

Ganho geral de tensão:sig

vv

vG 0







Resistência de saída própria do amplificador:

0

ivx

xo

i

vR

Resistência de saída:

0

sigvx

xout

i

vR







Amplificador de tensão

Amplificador de tensão

Amplificador de Transcondutância






Características dos parâmetros do amplificador: Relações

Coeficiente divisor de tensão

sigin

in

sig

i

RR

R

v

v

oL

Lvov

RR

RAA

omvo RGA

oL

Lvo

sigin

inv

RR

RA

RR

RG

vo

sigi

ivo A

RR

RG

outL

Lvov

RR

RGG




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Estrutura Básica

Circuito com estrutura básica, utilizado para realizar configurações de um andaramplificador com BJTs, usando elementos discretos.




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Amplificador

Circuito a nível de pequenos sinais.




Configuração Emissor Comum (EC)

Circuito Equivalente Modelo -

C

vgmv r

B

E

r0 RCRBRL vo

+

-

+-

RSig

vsig

O sinal de saída vo é dado por : vo = - (gm.v )(RC //ro //Ro )

O Ganho de tensão entre a Base e o Colector é :

Combinando as duas equações, temos que o Ganho de tensão do circuito Av, é :


Rin

+

-vi

R0ut

iiio







C

vgmv r

B

E

r0 RCR0ut

RB

Rin

vi

+

-RL

io

vo

+

-

ii

+-

RSig

vsig

Resistência de entrada Rin: rRin

Resistência de saída ROut: Cout RR

Ganho de Corrente em curto-circuito Ais: isA






Resumo das Características

Elevado ganho em Tensão,

Amplificador inversor,

Elevado ganho de corrente.

Resistência de entrada relativamente baixa.

Resistência de saída relativamente alta

A resposta de frequência é bastante pobre.




O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Com resistência de Emissor Re





C

ei.B

ie

re

E

RC

RB

RL

+-

RSig

vsig

ic

ReRib

v-

+

Rin

+

-vi

ie=vi

Re+ re


O BJT como amplificadorConfiguração de Emissor Comum (EC): Com resistência de Emissor Re

R0ut

io

vo

+

-

ii






Resistência de entrada Rin:

Ganho de Tensão Av:

Cout RR


C

ei.B

ie

re

E

RC

RB

RL

+-

RSig

vsig

ic

ReRib

v-

+

Rin

+

-vi

ie=vi

Re+ re

R0ut

io

vo

+

-

ii

))(1//( eeBin RrRR

ee

LCv

Rr

RRA

//

Ganho Total Gv:

))(1(

)//(

eesig

LCv

RrR

RRG

Resistência de Saída ROut:

Configuração de Emissor Comum (EC): Com resistência de Emissor Re






A Resistência de entrada Rin é aumentada de um factor de (1+gmRe),

O Ganho de Tensão da Base para o Colector, é reduzido de um factor de (1+gmRe),

Para a mesma distorção não linear, o sinal vi , pode ser aumentado de um factor de

(1+gmRe),

O Ganho global é menos dependente de .

A redução do Ganho, é compensada pelas melhorias na performance.

Resistência RE, introduz um feedback negativo no circuito.

A resposta a altas frequências é significativamente melhorada.

Configuração de Emissor Comum (EC): Com resistência de Emissor Re



0 vCB

iC


Configuração de Base Comum (BC) : Curvas de saída

iC

iE

vCB

iE =0

BVCBOVCB

iC

Escala expandida

Região de

SaturaçãoRegião Activa

0.4- 0.5V

IE1

IE2

IE=IE1

IE=IE2





Configuração de Base Comum (BC) : Curvas de saídaO BJT como amplificador

Região Activa

A junção BE está polarizada directamente e a junção BC está polarizadainversamente

Igual distância entre curvas de saída vizinhas;

Quase horizontal, mas com ligeira inclinação positiva.

Região de Saturação

A junção BE não está somente directamente polarizada, mas também ligada“ON”;

A Corrente de Colector é corrente de difusão não de deriva.

A voltagem de ligação da junção BCT, é menor do que a da junção BE.

Região de Rotura

A junção BE está polarizada directamente e a junção BC está polarizadainversamente.

Grande valor de tensão dá origem á ruptura da junção BC;

Corrente de Colector aumenta dramaticamente.




O BJT como amplificadorConfiguração de Base Comum (BC):







RCRL

+-

RSig

vsig

R0ut

io

vo

+

-

ii

C

ei.B

ie

reE

Rin

+

-vi

Configuração de Base Comum (BC):






io

RCRL

+-

RSig

vsig

R0ut

vo

+

-

ii

C

ei.B

ie

reE

Rin

+

-vi



ein rR


)//( LCmv RRgA

Ganho Total Gv:esig

LCv

rR

RRG

)//(

Resistência de Saída ROut: Cout RR





Configuração Base Comum (BC)

Configurações de amplificadores com BJTs






A Resistência de entrada Rin muito baixa.

A Resistência de saída Rout elevada.

Ganho de Corrente em curto-circuito 1 ().

“Buffer” de corrente.

O Ganho de Tensão elevado.

Amplificador não inversor.

A resposta a altas frequências é excelente.





O BJT como amplificadorConfiguração de Colector Comum (CC) ou Seguidor de Emissor (SE):






C

ei.B

ie

reE

ro

RL

+-

RSig

vsig

R0ut

Rin

RB

vo

+

-

Configuração de Colector Comum (CC) ou Seguidor de Emissor (SE):

vb

+

-

ib =(1-)ie=ie +1




O BJT como amplificadorConfiguração de Colector Comum (CC) ou Seguidor de Emissor (SE):

C

ei.B

ie

re E

ro

RL

+-

RSig

vsig

R0ut

Rin

RB

vo

+

-

vb

+

-

ib =(1-)ie=ie +1


)//)(1( Loeib RrrR


)//)(1(

)//)(1(

Loe

Lov

Rrr

RrA

Ganho Total Gv:)//)(1(

)//)(1(

//

//

Loe

Lo

sigibB

ibBv

Rrr

Rr

RRR

RRG

Resistência de Saída ROut:

1

// sigB

eout

RRrR

Ganho de Corrente em curto-circuito Ais: )1( isA






A Resistência de entrada Rin alta.

A Resistência de saída Rout baixa.

Ganho de Tensão 1 .

Ganho de Corrente elevado.

O último ou andar de saída, de amplificadores em cascata.

A resposta em frequência é excelente.

Configuração de Colector Comum (CC) ou Seguidor de Emissor (SE):



ENTRADA SAÍDA

*

EMISSOREMISSOR

COLECTOR

BASE

VBE VCE

*

EMISSOR COLECTOR

BASE BASE

VEB VCB

* EMISSOR

COLECTORCOLECTOR

BASE VBC VEC


Montagens Básicas: Sinais




Montagens Básicas

Base Comum

Ganho de tensão elevado.Ganho de corrente menor que 1.Ganho de potência intermediário.Impedância de entrada baixa.Impedância de saída alta.

Colector Comum

Ganho de tensão menor que 1.Ganho de corrente elevado.Ganho de potência intermediário.Impedância de entrada alta.Impedância de saída baixa.

Emissor Comum

Ganho de tensão elevado.Ganho de corrente elevado.Ganho de potência elevado.Impedância de entrada baixa.Impedância de saída alta.



EMISSOR

COMUM

EMISSOR

COMUM COM

RE

BASE

COMUM

SEGUIDOR DE

EMISSOR

Ri

Ro

AV= Vo /Vs

Ai= io / iS

rrRB LoEeB RrRrR 1

1

BS

eE

RRrR

SL

L

RrR

R

1

1

L

LE

R

RR 1

emB RgrR 1

CR

ee

LC

Rr

RR

L

LC

R

RR

CR

er

Se

LC

Rr

RR

L

LC

R

RR

CoC RrR

S

oLC

Rr

rRR

L

oLC

R

rRR

Tabela de Resumo das configurações amplificadoras





EMISSOR

COMUM

EMISSOR

COMUM COM

RE=170W

BASE

COMUM

SEGUIDOR DE

EMISSOR

Ri (KW) 2.6 16.7 0.03 83

Ro (KW) 9.2 9.7 10 0.118

AV=Vo/Vs -36.2 -15.6 0.5 0.89

Ai=io/iS -46.7 -41.7 0.5 8.3

Tabela de Resumo das configurações amplificadoras : Valores Típicos







Resumo e Comparações

A configuração Emissor Comum (EC) é o mais adequada para a realização doganho do amplificador.

Incluindo Re traz melhorias no desempenho à custa de redução de ganho.

A configuração Base Comum (BC) tem uma aplicação típica no amplificador.

Resposta de alta frequência muito superior.

A configuração de Seguidor de Emissor (SE) ou Colector Comum (CC) pode serutilizada como um “Buffer” de tensão no último andar de amplificadores emcascata.



1) hie: Impedância de entrada (Vin / Iin), quando Vout = 0 (em curto).

2) hre: Relação entre a tensão de entrada e a tensão de saída (Vin / Vout), forçando Iin a

zero (circuito aberto).

3) hfe: Ganho de corrente (Iout / Iin) com Vout = 0 (em curto).

4) hoe: Condutância de saída (Iout / Vout) com Iin = 0 (circuito aberto).Observação: correntes e tensões AC. Modelo linear variações pequenas em torno do ponto de

operação.

B

E

hoe

hie

hre vce h fe ib

ib ic

C

E

+_

vbe

+

_

vce

+

_


Outros modelos de pequenos sinaisModelos equivalentes – Modelo Híbrido (h) – Emissor Comum

Modelo equivalente da entrada/saída do transistor.

O modelo equivalente de pequeno sinal é matematicamente válido apenas para sinais depequena amplitude.

Os parâmetros h são fornecidos pelo fabricante do dispositivo. Estes parâmetros podem mudar

substancialmente dependo do fabricante.



B

E

hoe

hie

hre vce h fe ib

ib ic

C

E

+_

vbe

+

_

vce

+

_


Modelos equivalentes – Modelo Híbrido (h) – Emissor Comum

Os parâmetros “h” são fornecidos pelo fabricante do dispositivo. Estes parâmetros podem mudar

substancialmente dependo do fabricante.

hie: Impedância de entrada, quando Vout = 0 (em curto).

hre: Relação entre a tensão de entrada e a tensão de saída (Vin / Vout),

forçando Iin a zero (circuito aberto).

hfe: Ganho de corrente (Iout / Iin) com Vout = 0 (em curto).

hoe: Condutância de saída (Iout / Vout) com Iin = 0 (circuito aberto).

0

cevb

beie

i

vh

0

bice

bere

v

vh

0

cevb

cfe

i

ih

0

bice

coe

v

ih

Outros modelos de pequenos sinais



hie=re

hfe= hoe=1/r0’

hib =re

hfb= -


Modelos equivalentes – Modelo Híbrido (h)

B

E

hoe

hie

hre.vce hfe .ib

ib ic

C

E

+_vbe

+

_

vce

+

_

Emissor Comum

E

B

hob

hib

hfb.ib

ie ic

C

B

+_vbe

+

_

vcb

+

_

Base Comum




Transcondutância:

Resistência de entrada: Ri

Onde, VA é a voltagem de Early (VA=100V para npn)

B

E

ror gm.vbe

ib i

c C

E

vbe

+

_

vce

+

_ qKT

TV

CI

mg TV ,

mg

o

CI

TVo

r

CI

CEVAVor


Modelos equivalentes – Modelo - Híbrido

Resistência de Saída: Ro

O modelo de pequenos sinais -híbrido, é a representação intrínseca de baixa frequênciado BJT.

Os parâmetros de pequenos sinais, são controladas pelo ponto Q e são independentes dageometria do BJT.




Nomes alternativos:

f eh =ac=0=

C

E

ic

Vbe

+

_

B

E

ib

r V+

_

gmV roVce

+

_

Modelo -Híbrido

o hfe

o hre =0

C

E

ic

Vbe

+

_

B

E

ib

re .ibVce

+

_

Modelo re

ro

re= B

26 mV (Nota: usar valores DC de IB) I

hre = 0 ou use

= hfeo

o.re = hie

hoe = 0, 1

ro = hoe

0

cevb

beie

i

vh

0

bice

bere

v

vh

0

cevb

cfe

i

ih

0

bice

coe

v

ih

)(Ωg

1

h

hr

mfe

iee

1ro =

hoe

(KW)

r = gmhie = (KW)

B

E

hoe

hie

hrevce hfe ib

ib icC

E

+_vbe

+

_

vce

+

_

Modelo Híbrido (h)


Três modelos equivalentes – Configuração Emissor Comum (EC)Outros modelos de pequenos sinais



E

B

C

IC

VCEVCC

Se VBB , IB = , IE IC = VCC/RC

zona de saturação

curto-circuito CE VCE = 0

Se VBB = 0 o < 0,7 V, IB = 0,

IE IC 0, VCE = VCC

Zona de corte

circuito aberto VCE = VCC

Transistor como comutador




VBB (V) VCE (V) Ic (mA) IB (A)

0,7 10 0 0

0,8 9,375 0,625 6,25

0,9 8,75 1,25 12,5

1 8,125 1,875 18,75

1,2 6,875 3,125 31,25

1,4 5,625 4,375 43,75

1,6 4,375 5,625 56,25

1,8 3,125 6,875 68,75

2 1,875 8,125 81,25

2,2 0,625 9,375 93,75

2,3 0 10 100

RB

RC

+VCC

Vsaída

Ventrada

Ventrada Vsaída

A Y

Y = not A

INVERSOR

Transistor como comutador: Inversor simples


A



12 V

I

12 V

36 W3 A 12 V

12 V

36 W3 A

I

= 100

40 mA

IC

VCE

3 A

PF (OFF)12 V

PF (ON)

Substituímos o interruptor principal por um transistor.

A corrente de base deve ser suficiente para assegurar a zona de saturação.

Vantagens: Sem desgaste, sem chispas, - rapidez,

permite controlo através de sistema lógico.

Aplicações: Electrónica de Potência e Electrónica digital

IB = 40 mA4 A

ON

OFF





12 V

I

12 V

36 W3 A

IC

VCE

3 A

PF (OFF)12 V

PF (ON)

IB = 40 mA4 A

ON

OFF

12 V

12 V

36 W

I

= 10040 mA

3 A

Igual que antes, substituímos o interruptorprincipal por um transistor.

A corrente de base (agora circula em sentidocontrário) deve ser suficiente para assegurar a zonade saturação.





Optoacoplador

Símbolo

Um fototransistor é um transistor em que a incidência de luz sobre a zonada Base, influencia em muito a corrente de Colector. A luz joga um papelsemelhante ao da corrente de Base.

IC

LED

F.T.

IC

ILED

R2

V2

+N

N P

R2

V2

FotodetectorIC/ILED » 1-0,2

Fototransistores e fotoacopladores





Amplificador Diferencial: Entrada modo diferencial



http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm#animations


Amplificador Diferencial: Entrada modo Comum



http://www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.html

História Picturial do Transistor

Transistores



Dúvidas?



Transistor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003

http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm

Bibliografias


http://docentes.fam.ulusiada.pt/~d1095/Cap3_Elec_0607.pdf

http://eelab.sjtu.edu.cn/analog/%E5%91%A8%E8%80%81%E5%B8%88%E8%AF%BE%E4%BB%B6/chapter3_BJT(for IT class).ppt.

http://cadeiras.iscte.pt/fe/





http://docentes.fam.ulusiada.pt/~d1095/Cap3_Elec_0607.pdf

http://eelab.sjtu.edu.cn/analog/%E5%91%A8%E8%80%81%E5%B8%88%E8%AF%BE%E4%BB%B6/chapter3_BJT(for IT class).ppt

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