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Instituto Federal de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Curso Técnico em Eletrônica

Prof. André Luís Dalcastagnê

Estruturas Analógicas

I – Transistor Bipolar






1.1 – Tipos de TBJ

3

Transistor NPN

Estrutura

N

N

P

Coletor: dopagem intermediária

maior região

coleta elétrons vindos da base

dissipa a maior parte da potência do transistor

Base: levemente dopada

bastante fina

permite que a maior parte dos elétrons

vindos do emissor chegem ao coletor

Emissor: densamente dopado

tamanho médio

emite elétrons para a base

Símbolo C

E

B

4

Transistor PNP

Estrutura

C

E

B

Símbolo

P

P

N

C

B

E

5

Norma Proelectron (Europa)

Aplicações comerciais: duas letras + seqüência alfanumérica de série.

Aplicações profissionais: três letras + seqüência alfanumérica de série.

A: Germânio (Ge)

B: Silício (Si)

C: NaAs

D: InSb

E: materiais compostos

A: diodo de RF

B: varicap

C: transistor de áudio, pequenos sinais

D: transistor de áudio, de potência

F: transistor para alta freqüência, pequenos sinais

L: transistor para alta freqüência, de potência

Y: diodo retificador

Z: diodo zener

Primeira letra Segunda letra

6

Teste de Transistores

Determinar se o transistor é NPN ou PNP.

Identificar terminais coletor, base e emissor.

Detectar possíveis defeitos no componente.






1.2 – Polarização do TBJ

8

Polarização Direta-Direta

Diodos emissor e coletor polarizados diretamente.

Conclusão:

Correntes grandes no coletor e no emissor.

9

Polarização Reversa-Reversa

Diodos emissor e coletor polarizados reversamente.

Conclusão:

Correntes pequenas no coletor e no emissor.

10

Polarização Direta-Reversa

Diodo emissor polarizado diretamente.

Diodo coletor polarizado reversamente.

Se VBE > 0,7 V: grande fluxo de elétrons injetados na base.

Base fina e pouco dopada: poucos elétrons se recombinam com

as lacunas na base.

A maior parte dos elétrons (mais de 95%) chegam ao coletor,

gerando uma grande corrente no diodo coletor, apesar da sua

polarização reversa.






1.3 – As Correntes no TBJ

12

Correntes no TBJ

Estrutura

C

CC C CC B

B

β ou βI

I II

Ganho de corrente do TBJ na região ativa: βCC ou hFE

Valores típicos:

TBJ de baixa potência

TBJ de alta potência

CC100 β 300

CC20 β 100

C B E

LKC: cor. entram cor. saem

I I I

C

E

B

CI

EIBI

13

Exemplo

Importante: supor operação na região ativa!!!

C

E

B

C 10 mAI

E ?I B ?I CC 250






1.4 – A Conexão Emissor-Comum

15

Circuito Emissor-Comum

CCV

BR

BEV

CEV

CR

BCV

BBV BIEI

CI

Ponto comum entre as duasfontes de tensão: emissor

Circuito da baseCircuito do coletor

Importante: Circuito da base controla o circuito do

coletor!!!






1.5 – Curva da Base

17

Exemplo de Curvas da Base

Conclusão: a análise de um

circuito com TBJ pode ser

feita considerando VBE = 0,7 V

na grande maioria dos casos.

C

E

B

BEVBI

C

E

B

BEVBI

npn diodo base-emissor

18

Exemplo

Calcule as variáveis solicitadas (suponha operação

na região ativa).

15 V

100 k

BE ?V

CE ?V

1 k

BC ?V

10 V B ?I E ?I

C ?I CC 100






1.6 – As Curvas do Coletor

20

Exemplo de Curva

Circuito: Curva IC x VCE

Potência dissipada: PD = VCE IC

21

Regiões de Operação

Circuito: Curvas IC x VCE

Saturação

(chave fechada)Região ativa

(amplificador)

Corte

(chave aberta)

22

Exemplo

Calcule as variáveis solicitadas (suponha operação

na região ativa).

10 V

BR

BE ?V

CE ?V

3,6 k

5 V B ?I E ?I

C 1 mAI CC 100

D ?P

23

Experiência 1

Faça o pré-laboratório da Experiência 1.






1.7 – Variações do Ganho de Corrente

25

Variações do Ganho de Corrente

O βCC de um transistor bipolar varia em função de:

Tolerância de fabricação do componente;

Temperatura: quanto maior a temperatura, maior o

valor do βCC;

Corrente no coletor.

Solução: utilizar estruturas que sejam pouco

afetadas pelo valor do βCC do transistor.






1.8 – O Ponto de Operação ou Ponto

Quiescente (Q)

27

Definição

Ponto de operação ou ponto quiescente é o ponto

definido pelos valores de IC (ICQ) e VCE (VCEQ) do

transistor bipolar em um determinado circuito CC.

Esse ponto define em qual região o transistor opera:

região ativa, saturação ou corte.

28

Exemplo

Determine o ponto de operação (ou ponto

quiescente) do seguinte circuito.

15 V

BR

CEQ ?V

3 k

15 V B 30 AI

CQ ?I CC 100






1.9 – A Reta de Carga CC

30

Definição

Linha que corta as curvas características do

transistor para mostrar cada um dos possíveis

pontos de operação do circuito.

Qualquer ponto de operação, para ser válido, precisa

estar sobre a reta de carga CC.

Pontos fora da reta não são pontos de operação

válidos.

31

Exemplo

Esboce a reta de carga CC do seguinte circuito.

15 V

BR

CEQ ?V

3 k

15 V B 30 AI

CQ ?I CC 100

32

Exercício: Reta de Carga CC

+20 V

220 k

CEV

2 k

+5,1 V

CI

33

Exercício: Reta de Carga CC

+20 V

220 k

CEV

2 k

+5,1 V

CI

QCQI

CEQV






1.10 – Identificando a Saturação do

Transistor Bipolar

35

Procedimento de Cálculo

Esboçar a reta de carga CC do circuito.

Calcular o ponto de operação assumindo que o

transistor bipolar está operando na região ativa:

IC = βCC IB.

Se o ponto de operação estiver fora da reta de carga

CC (ponto não-válido), o transistor está operando na

região de saturação, e não na região ativa

(suposição errada).

Ganho na saturação:C(SAT)

CC(SAT)

B

I

I

36

Exemplo

Determine o ponto de operação (ponto quiescente)

do seguinte circuito.

20 V

93 k

CEQ ?V

10 k

10 V

CQ ?I CC 50






1.11 – O Transistor Bipolar Atuando Como

Chave

38

O Transistor como Chave

Possível regra de projeto: calcular RB de modo acolocar o transistor bipolar em saturação forte:

βCC(SAT) =10.

CC+V

BR

CR

BBVCE

-

V

CI

BI

CI

CEV

C(SAT)I

CE(CORTE)V

Saturação

Corte

39

Exemplo

Determine o valor do resistor RB de modo a polarizar

o transistor bipolar em saturação forte.

+15 V

B ?R

1 k

5 V ou

0

CE

-

V

CI

40

Experiência 2







1.12 – Polarização do Emissor

42

Polarização do Emissor

CI

CEV

C(SAT)I

CE(CORTE)V

CC

C(SAT)

C E

CE(CORTE) CC

VI

R R

V V

Circuito:

Objetivo: Circuito com ponto de operação pouco

influenciado pelo valor do βCC do transistor.

Aplicações: fonte de corrente, amplificador de tensão.

CCV

ER

BBV

CR

43

Exemplo

Considere o circuito abaixo, que utiliza a polarizaçãodo emissor. 15 V

2,2 k

5 V

1 k

CE

+VBEV

CV

EV

BV

CI

EI

BI

1. Esboce a reta de carga CC do circuito.

2. Determine as variáveis indicadas no circuito.

44

Transistor Bipolar Atuando como Fonte

de Corrente

Nesse tipo de circuito, o transistor define a corrente

que passa na carga conectada no coletor do

transistor bipolar.

CCVCCV

ER

BBV

CRCRC EI I

BB BEC E

E

V VI I

R

BEV

EI

45

Experiência 3







1.13 – Circuitos de Polarização do Transistor

47

A Polarização por Divisor de Tensão

Circuito:

CCV

ER

BBV

CR

CCV

ER

CR1R

2R

2 fontes CC B CCComo é sempre menor do que

pode-se utilizar 1 única fonte CC

V V

BV

48

A Polarização por Divisor de Tensão

CCV

ER

CR1R

2R2V

1IBI

1V

2I

Como determinar a tensão da base?

Suposição: como o transistordeve operar na região ativa, acorrente da base deve ser bemmenor do que I1 e I2.

Logo, pode-se adotar I1 = I2.

Usando o conceito dedivisor de tensão:

2B 2 CC

1 2

RV V V

R R

49

Exemplo

Considere o circuito abaixo.


2. Determine VB, VC, VE, VCE, VBE, IC, IB, IE e PD.

+10 V

10 k

BC547B

2,2 k

3,6 k

1 k

50

Experiência 4


51

Transistores PNP

Correntes e tensões do transistor PNP:

C

E

B

CI

EIBI

CEV

BEV

E B BE E B( )V V V V V

E

C

B

EI

CIBI

ECV

EBV

E B EB E B( )V V V V V

Conclusão: em relação ao transistor NPN, o transistorPNP tem tensões com polaridades opostas ecorrentes com sentidos opostos.

52

Polarização de Transistores PNP

Circuitos equivalentes:

BC547B

+10 V

10 k

2,2 k

3,6 k

1 k

BC557B

10 V

10 k

2,2 k

3,6 k

1 k

BC557B

+10 V

2,2 k

10 k

1 k

3,6 k

53

Exemplo

Considere o circuito abaixo.


2. Determine VB, VC, VE, VEC, VEB, IC, IB, IE e PD.

BC557B

+20 V

2,2 k

10 k

1,5 k

3,6 k

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