transistore
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Eletrônica 1
Transistores Bipolares de Junção
Prof. Hermano Cabral
Depto de Eletrônica e Sistemas � UFPE
Transistor Bipolar de Junção
Introdução
O Transistor Bipolar de Junção (TBJ) é um dispositivo
semicondutor de 3 terminais bastante importante.
Por ser mais versátil que o diodo, o TBJ é usado em uma
multiplicidade de aplicações.
Transistor Bipolar de Junção
Introdução
O Transistor Bipolar de Junção (TBJ) é um dispositivo
semicondutor de 3 terminais bastante importante.
Por ser mais versátil que o diodo, o TBJ é usado em uma
multiplicidade de aplicações.
Transistor Bipolar de Junção
Introdução
O princípio básico nesses dispositivos é o uso de uma tensão
entre 2 terminais (B e E) para controlar o �uxo de corrente no
3o (C).
Desse modo, ele pode ser usado como uma fonte de corrente
controlada para implementar ampli�cadores e chaves lógicas.
Transistor Bipolar de Junção
Introdução
O princípio básico nesses dispositivos é o uso de uma tensão
entre 2 terminais (B e E) para controlar o �uxo de corrente no
3o (C).
Desse modo, ele pode ser usado como uma fonte de corrente
controlada para implementar ampli�cadores e chaves lógicas.
Transistor Bipolar de Junção
Estrutura Física
O TBJ consiste de 3 regiões condutoras: a região do emissor,
a região da base e a região do coletor.
Se, como acima, estas regiões forem dos tipos n, p e n,
respectivamente, o TBJ é do tipo npn.
Se forem dos tipos p, n e p, o TBJ é do tipo pnp.
Transistor Bipolar de Junção
Estrutura Física
O TBJ consiste de 3 regiões condutoras: a região do emissor,
a região da base e a região do coletor.
Se, como acima, estas regiões forem dos tipos n, p e n,
respectivamente, o TBJ é do tipo npn.
Se forem dos tipos p, n e p, o TBJ é do tipo pnp.
Transistor Bipolar de Junção
Estrutura Física
O TBJ consiste de 3 regiões condutoras: a região do emissor,
a região da base e a região do coletor.
Se, como acima, estas regiões forem dos tipos n, p e n,
respectivamente, o TBJ é do tipo npn.
Se forem dos tipos p, n e p, o TBJ é do tipo pnp.
Transistor Bipolar de Junção
Modos de Operação
O transistor TBJ é formado por 2 junções pn: a junção
emissor-base (JEB) e a junção coletor-base (JCB).
Dependendo da polarização direta ou reversa de cada junção,
4 modos de operação podem ser obtidos:Modo JEB JCB
Corte Reversa Reversa
Ativo Direta Reversa
Ativo reverso Reversa Direta
Saturação Direta Direta
O modo ativo é usado na realização de ampli�cadores e os
modos de corte e saturação são usados na realização de chaves
lógicas.
Transistor Bipolar de Junção
Modos de Operação
O transistor TBJ é formado por 2 junções pn: a junção
emissor-base (JEB) e a junção coletor-base (JCB).
Dependendo da polarização direta ou reversa de cada junção,
4 modos de operação podem ser obtidos:Modo JEB JCB
Corte Reversa Reversa
Ativo Direta Reversa
Ativo reverso Reversa Direta
Saturação Direta Direta
O modo ativo é usado na realização de ampli�cadores e os
modos de corte e saturação são usados na realização de chaves
lógicas.
Transistor Bipolar de Junção
Modos de Operação
O transistor TBJ é formado por 2 junções pn: a junção
emissor-base (JEB) e a junção coletor-base (JCB).
Dependendo da polarização direta ou reversa de cada junção,
4 modos de operação podem ser obtidos:Modo JEB JCB
Corte Reversa Reversa
Ativo Direta Reversa
Ativo reverso Reversa Direta
Saturação Direta Direta
O modo ativo é usado na realização de ampli�cadores e os
modos de corte e saturação são usados na realização de chaves
lógicas.
Operação no Modo Ativo
Introdução
Para estabelecer a operação no modo ativo, polarizamos as 2
junções como acima.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
A polarização direta da JEB fará com que haja uma corrente
de difusão, denominada de corrente do emissor, através dela.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
Os elétrons que atravessam a JEB são portadores minoritários
na base com um per�l como o acima, com um valor máximo
de np(0) na JEB e o valor mínimo de 0 na JCB.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
Se nP0 é a concentração de elétrons considerando apenas o
equilíbrio térmico no limite da região de depleção, então a
concentração levando em conta a corrente de difusão é
np(0) = np0evBE/VT
Assim, aproximando o per�l da concentração por uma reta de
inclinação −np(0)/W , vemos que a corrente de elétrons de
difusão é inversamente proporcional a W e exponencial a vBE .
Além disso, esta corrente também será proporcional à área AE
da JEB.
Por último, como np0 é inversamente proporcional à
concentração NA de dopantes na base, np(0) também o será.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
Se nP0 é a concentração de elétrons considerando apenas o
equilíbrio térmico no limite da região de depleção, então a
concentração levando em conta a corrente de difusão é
np(0) = np0evBE/VT
Assim, aproximando o per�l da concentração por uma reta de
inclinação −np(0)/W , vemos que a corrente de elétrons de
difusão é inversamente proporcional a W e exponencial a vBE .
Além disso, esta corrente também será proporcional à área AE
da JEB.
Por último, como np0 é inversamente proporcional à
concentração NA de dopantes na base, np(0) também o será.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
Se nP0 é a concentração de elétrons considerando apenas o
equilíbrio térmico no limite da região de depleção, então a
concentração levando em conta a corrente de difusão é
np(0) = np0evBE/VT
Assim, aproximando o per�l da concentração por uma reta de
inclinação −np(0)/W , vemos que a corrente de elétrons de
difusão é inversamente proporcional a W e exponencial a vBE .
Além disso, esta corrente também será proporcional à área AE
da JEB.
Por último, como np0 é inversamente proporcional à
concentração NA de dopantes na base, np(0) também o será.
Operação no Modo Ativo
Fluxo de Corrente
Se nP0 é a concentração de elétrons considerando apenas o
equilíbrio térmico no limite da região de depleção, então a
concentração levando em conta a corrente de difusão é
np(0) = np0evBE/VT
Assim, aproximando o per�l da concentração por uma reta de
inclinação −np(0)/W , vemos que a corrente de elétrons de
difusão é inversamente proporcional a W e exponencial a vBE .
Além disso, esta corrente também será proporcional à área AE
da JEB.
Por último, como np0 é inversamente proporcional à
concentração NA de dopantes na base, np(0) também o será.
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A maioria dos elétrons que se difundem pela base alcançará a
JCB.
Como o coletor é mais positivo do que a base, esses elétrons
serão arrastados pela JCB até o coletor.
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A maioria dos elétrons que se difundem pela base alcançará a
JCB.
Como o coletor é mais positivo do que a base, esses elétrons
serão arrastados pela JCB até o coletor.
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A corrente IC do coletor será portanto igual à corrente de
difusão, e pode ser escrita como
IC = IsevBE/VT
A corrente Is é proporcional a AE e ND e inversamente
proporcional a W .
Assim, como no caso do diodo, Is também é fortemente
in�uenciada pela temperatura.
Por último, deve-se ressaltar que IC não depende de VCB .
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A corrente IC do coletor será portanto igual à corrente de
difusão, e pode ser escrita como
IC = IsevBE/VT
A corrente Is é proporcional a AE e ND e inversamente
proporcional a W .
Assim, como no caso do diodo, Is também é fortemente
in�uenciada pela temperatura.
Por último, deve-se ressaltar que IC não depende de VCB .
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A corrente IC do coletor será portanto igual à corrente de
difusão, e pode ser escrita como
IC = IsevBE/VT
A corrente Is é proporcional a AE e ND e inversamente
proporcional a W .
Assim, como no caso do diodo, Is também é fortemente
in�uenciada pela temperatura.
Por último, deve-se ressaltar que IC não depende de VCB .
Operação no Modo Ativo
Corrente do Coletor
A corrente IC do coletor será portanto igual à corrente de
difusão, e pode ser escrita como
IC = IsevBE/VT
A corrente Is é proporcional a AE e ND e inversamente
proporcional a W .
Assim, como no caso do diodo, Is também é fortemente
in�uenciada pela temperatura.
Por último, deve-se ressaltar que IC não depende de VCB .
Operação no Modo Ativo
Corrente da Base
A corrente da base iB tem 2 componentes, uma devido às
lacunas injetadas da base no emissor e outra devido à
reposição de lacunas perdidas em recombinações com elétrons
do emissor.
Operação no Modo Ativo
Corrente da Base
Uma análise destas 2 componentes revela que a corrente iB é
proporcional à corrente do coletor,
iB =
(Isβ
)evBE/VT =
ICβ
O valor β, denominado ganho de corrente de emissor comum,
idealmente é constante para um dado transistor, e é
inversamente proporcional a W e à razão NA/ND .
Logo, como desejamos que β seja o maior possível, devemos
ter a base o mais estreita possível e a base levemente dopada e
o emissor fortemente dopado.
Operação no Modo Ativo
Corrente da Base
Uma análise destas 2 componentes revela que a corrente iB é
proporcional à corrente do coletor,
iB =
(Isβ
)evBE/VT =
ICβ
O valor β, denominado ganho de corrente de emissor comum,
idealmente é constante para um dado transistor, e é
inversamente proporcional a W e à razão NA/ND .
Logo, como desejamos que β seja o maior possível, devemos
ter a base o mais estreita possível e a base levemente dopada e
o emissor fortemente dopado.
Operação no Modo Ativo
Corrente da Base
Uma análise destas 2 componentes revela que a corrente iB é
proporcional à corrente do coletor,
iB =
(Isβ
)evBE/VT =
ICβ
O valor β, denominado ganho de corrente de emissor comum,
idealmente é constante para um dado transistor, e é
inversamente proporcional a W e à razão NA/ND .
Logo, como desejamos que β seja o maior possível, devemos
ter a base o mais estreita possível e a base levemente dopada e
o emissor fortemente dopado.
Operação no Modo Ativo
Corrente do Emissor
Pela Lei dos Nós de Kircho�, devemos ter
iE = iC + iB =β + 1
βiC =
IsαevBE/VT
A constante α = β/ (β + 1) é denominada de ganho de
corrente de base comum.
Devido ao fato de estarmos trabalhando com o modo ativo, e
para diferenciar do modo ativo reverso, também
denotaremos α por αF e β por βF .
Operação no Modo Ativo
Corrente do Emissor
Pela Lei dos Nós de Kircho�, devemos ter
iE = iC + iB =β + 1
βiC =
IsαevBE/VT
A constante α = β/ (β + 1) é denominada de ganho de
corrente de base comum.
Devido ao fato de estarmos trabalhando com o modo ativo, e
para diferenciar do modo ativo reverso, também
denotaremos α por αF e β por βF .
Operação no Modo Ativo
Corrente do Emissor
Pela Lei dos Nós de Kircho�, devemos ter
iE = iC + iB =β + 1
βiC =
IsαevBE/VT
A constante α = β/ (β + 1) é denominada de ganho de
corrente de base comum.
Devido ao fato de estarmos trabalhando com o modo ativo, e
para diferenciar do modo ativo reverso, também
denotaremos α por αF e β por βF .
Operação no Modo Ativo
Modelos de Circuito para Grande Sinais
Baseado no que vimos, os dois modelos acima podem ser
usados para analisar circuitos com TBJ.
Operação no Modo Ativo
Modelos de Circuito para Grande Sinais
Dois outros circuitos equivalentes, na con�guração Y
tradicional, também podem ser usados.
Estrutura de Transistores Reais
Introdução
Um transistor real tem a região do coletor maior do que a do
emissor e a base, fazendo com que os elétrons injetados na
base di�cilmente escapem de ser coletados pelo coletor.
Isto faz com que αR e βR sejam diferentes de αF e βF .
Estrutura de Transistores Reais
Introdução
Um transistor real tem a região do coletor maior do que a do
emissor e a base, fazendo com que os elétrons injetados na
base di�cilmente escapem de ser coletados pelo coletor.
Isto faz com que αR e βR sejam diferentes de αF e βF .
Estrutura de Transistores Reais
Observações
A área da JCB, sendo bem maior do que a da JEB, faz com
que a corrente de escala ISC do coletor seja bem maior do que
a do emissor.
Isto signi�ca que, para uma dada corrente IS , a JCB tenha
uma menor queda de potencial do que a JEB teria.
Além disso, temos as seguintes relações:
αF Ise = αR Isc = Is
Estrutura de Transistores Reais
Observações
A área da JCB, sendo bem maior do que a da JEB, faz com
que a corrente de escala ISC do coletor seja bem maior do que
a do emissor.
Isto signi�ca que, para uma dada corrente IS , a JCB tenha
uma menor queda de potencial do que a JEB teria.
Além disso, temos as seguintes relações:
αF Ise = αR Isc = Is
Estrutura de Transistores Reais
Observações
A área da JCB, sendo bem maior do que a da JEB, faz com
que a corrente de escala ISC do coletor seja bem maior do que
a do emissor.
Isto signi�ca que, para uma dada corrente IS , a JCB tenha
uma menor queda de potencial do que a JEB teria.
Além disso, temos as seguintes relações:
αF Ise = αR Isc = Is
Modo Ativo Reverso
Modelo
Podemos modelar o transistor
operando no modo ativo reverso de
forma similar ao modo ativo, como
mostrado ao lado.
Modo de Saturação
Introdução
Para que a JCB esteja reversamente polarizada, a tensão vCBpode chegar a até -0,4 V.
Abaixo disso, se a JEB estiver diretamente polarizada, o
transistor sai do modo ativo e entra na saturação.
Modo de Saturação
Introdução
Para que a JCB esteja reversamente polarizada, a tensão vCBpode chegar a até -0,4 V.
Abaixo disso, se a JEB estiver diretamente polarizada, o
transistor sai do modo ativo e entra na saturação.