TRANSISTOR BJT

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Transistores Bipolares de
Junção
Introdução
Construção do Transistor
I O transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas
que consiste em duas camadas de material do tipo n e uma do
tipo p ou em duas camadas do tipo p e uma do tipo n.
I O primeiro é denominado transistor npn e o outro, transistor
pnp
Construção do Transistor
I Ele é formado de três terminais: Emissor(E) - Base(B) -
Coletor(C). A camada do emissor é fortemente dopada,
enquanto a base e o coletor possuem dopagem leve.
I As camadas externas possuem larguras muito maiores do que
as camadas internas de material do tipo p ou n.
I A abreviação TBJ, de transistor bipolar de junção (em inglês,
BJT — bipolar junction transistor), é aplicada a esse
dispositivo de três terminais.
Construção do Transistor
• EMISSOR: Injeta as cargas no transistor;
• BASE: Controla as cargas que circulam pelo transistor;
• COLETOR: Faz a coleta das cargas do transistor.
Operação do Transistor
I A operação básica do transistor será descrita agora por meio
do transistor pnp sendo que a operação do transistor npn é
exatamente a mesma se as funções das lacunas e elétrons
forem trocadas.
Operação do Transistor
I A polarização direta reduz a região de depleção favorecendo o
fluxo dos portadores majoritários enquanto a polarização
reversa aumenta a largura da região de depleção resultando a
um fluxo dos portadores minoritários.
Operação do Transistor
I A largura das regiões de depleção indicando claramente qual
junção está polarizada diretamente e qual está polarizada
reversamente.
I Há uma difusão de portadores majoritários na região n e pela
polarização reversa esse fluxo de portadores majoritários
chegam no coletor.
I Devido à alta resistividade da base (constituído por material
tipo n) ocorre um fluxo pequeno de portadores assim uma
corrente de ordem nanoampère.
Tipos de Configuração
• Existem basicamente três tipos de configurações:
1. Configuração Base-Comum (Base aterrada)
2. Configuração Emissor-Comum (Emissor aterrado)
3. Configuração Coletor-Comum (Coletor aterrado)
Configuração Base-Comum
I Essa terminologia deriva do fato de a base ser comum tanto
na entrada quanto na saída da configuração.
I Ela é normalmente o terminal cujo potencial está mais
próximo do potencial terra ou está efetivamente nele.
Configuração Base-Comum
I Essa terminologia deriva do fato de a base ser comum tanto
na entrada quanto na saída da configuração.
I A curva caraterística indica que o transistor pode operar em
três regiões distintas: Ativa, Corte e Saturação.
Configuração Base-Comum
• Região Ativa. a junção base-emissor(BE) está polarizada
diretamente, enquanto a junção base-coletor(BC) está
polarizada reversamente. IC ' IE
• Região de Saturação: as junções base-emissor e base-coletor
estão polarizadas diretamente. IC é máximo chamado ICsat .
• Região de Corte: ambas as junções de um transistor, BE e
BC, estão polarizadas reversamente. IC = 0
Configuração Base-Comum
• Ganho Alfa (α)
I Modo CC: No modo CC, os valores de IC e IE devidos aos
portadores majoritários estão relacionados por uma
quantidade chamada alfa e definida pela seguinte equação:
αCC = IC
IE . α esta entre 0,90 e 0,998.
I Modo CA: Em situações com sinal CA, nas quais o ponto de
operações move-se sobre a curva característica, um alfa CA é
definido por αCA = ∆IC
∆IE sendo VCB = cste
Configuração Base-Comum
I Polarização : A polarização adequada da configuração
base-comum na região ativa pode ser rapidamente
determinada, utilizando a aproximação IC ' IE e presumindo,
por enquanto, que IB = 0.
Configuração Emissor-Comum
I Denomina-se configuração emissor-comum porque o emissor é
comum em relação aos terminais de entrada e saída (nesse
caso, comum aos terminais de coletor e base).
Configuração Emissor-Comum
I Na região ativa de um amplificador emissor-comum, a junção
base-coletor é polarizada reversamente, enquanto a junção
base-emissor é polarizada diretamente.
Configuração Emissor-Comum
Configuração Coletor-Comum
I A configuração coletor-comum é utilizada principalmente para
o casamento de impedâncias, pois possui alto valor de
impedância de entrada e baixo valor de impedância de saída,
isto é, o oposto daquela encontrada para as configurações de
base-comum e de emissor-comum.
Limites de Operação
I Necessário para não exceder limites e atenuar distorções no
sinal de saída.
Polarização CC — TBJ
Introdução
I Para a análise ou o projeto de um amplificador com transistor,
é necessário o conhecimento das respostas CC e CA do
sistema.
I Felizmente, o teorema da superposição é aplicável, e a análise
das condições CC pode ser totalmente separada da resposta
CA.
I Embora vários circuitos sejam estudados neste capítulo, há
certa semelhança entre a análise de cada configuração devido
ao uso recorrente das seguintes relações básicas importantes
de um transistor:
• VBE ∼= 0, 7V
• IE = (β + 1)IB ∼= IC
• IE = βIB
Ponto de Operação
I Ponto Q nas curvas características definem a região que será
empregada para a amplificação do sinal aplicado.
Circuito de Polarização fixa
I Análise da polarização direta na junção base-emissor;
I Análise da malha coletor-emissor;
Polarização direta da junção base-emissor
Polarização direta da junção base-emissor
Saturação do transistor
I O termo saturação é aplicado a qualquer sistema em que os
níveis alcançaram seus valores máximos.
Saturação do transistor
I O termo saturação é aplicado a qualquer sistema em que os
níveis alcançaram seus valores máximos.
Análise por reta de carga
Análise por reta de carga
Análise por reta de carga
Análise por reta de carga
Configuração de Polarização do Emissor
Configuração de Polarização do Emissor
• Malha Base-Emissor
Configuração de Polarização do Emissor
• Malha Coletor-Emissor
Configuração de Polarização do Emissor
Configuração de Polarização Por Divisor de Tensão
Configuração de Polarização Por Divisor de Tensão
Configuração de Polarização Por Divisor de Tensão
Configuração de Polarização Por Divisor de Tensão
Polarização CC com Realimentação de Coletor
Para obter uma melhor estabilidade do circuito, pode se introduzir
uma realimentação no coletor.
Polarização CC com Realimentação de Coletor
Configuração Seguidor de Emissor
I Esta seção examinará uma configuração na qual a tensão de
saída é retirada do terminal emissor, como mostra a Figura
abaixo
Operações de Projeto
I Em um projeto, a corrente e/ou a tensão devem ser
especificadas, e os elementos necessários para estabelecer os
valores designados devem ser determinados.
I Um entendimento sólido das leis básicas que regem a análise
de circuitos, como a lei de Ohm, a Lei das Tensões de
Kirchhoff etc.
I A sequencia de projeto depende obviamente dos componentes
que já foram especificados e daqueles que serão determinados.
I Se devemos determinar valores para os resistores, uma das
equações a ser utilizada é a lei de ohm.
I Rdesconhecido = VR
IR
Operações de Projeto
I EXEMPLO: Projete um circuito para que funcione com uma
corrente ICQ = 2 mA e uma tensão VCEQ = 10 V.
Aplicações de TBJ
I Com um projeto apropriado, os transistores podem ser
utilizados como chaves em computadores e aplicações de
controle.
I Observe que a tensão de saída VC é oposta àquela aplicada na
base ou no terminal de entrada.
I O resistor RB garantirá que a tensão total aplicada de 5 V não
apareça através da junção base-emissor. Também definirá o
valor de IB para a condição “ligado”.
Aplicações de TBJ
I Para que o transistor atue como um inversor, o ponto de
operação tem que alternar do corte para a saturação ao longo
da reta de carga.
I Para vi = 5V , o transistor ligado e o projeto deve segurar
bastante até que IB > 50uA.
Aplicações de TBJ
I Para vi = 0V , o transistor desligado e ICEO aproximadamente
0A.
Aplicações de TBJ
Aplicações de TBJ
Aplicações de TBJ: Acionador de Relé
I Um transistor é utilizado para estabelecer a corrente
necessáriapara energizar o relé no circuito coletor.
I Quando IB = 0, IC e a corrente na bobina são 0A e o relé se
mantém no estado não-energizado.
I Com a aplicação de um pulso positivo na base, o transistor se
liga, estabelecendo corrente suficiente para fechar o relé.
Aplicações de TBJ: Acionador de Relé
I A mudança rápida da corrente através da bobina após desligar
o transistor gera um pulso de alta tensão que surgirá
diretamente através da saída do transistor.
I Caso o alto pulso de tensão exceder o valor máximo
especificado pelo fabricante, o transistor pode ser danificado.
Aplicações de TBJ: Acionador de Relé
I A ação destrutiva pode ser abrandada colocando um diodo na
bobina.
I O diodo é polarizado reversamente quando o transistor está
ligado e diretamente quando o transistor está desligado.
I A corrente através do indutor estabelecida durante o estado
ligado do transistor pode, então, continuar a fluir pelo diodo,
eliminando a mudança brusca no valor da corrente.
Aplicações de TBJ
I O transistor pode ser usado também para controlar o estado
ligado e desligado de uma lâmpada no coletor.
I O diodo é polarizado reversamente quando o transistor está
ligado e diretamente quando o transistor está desligado.
I A corrente através do indutor estabelecida durante o estado
ligado do transistor pode, então, continuar a fluir pelo diodo,
eliminando a mudança brusca no valor da corrente.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
Sugestão de Leitura
• Capítulo 3: Seções: 3.1 a 3.7;
• Capítulo 4: Seções: 4.1 a 4.11, 4.15, 4.16 e 4.19;