Eletrnica Aula 04 transistor CINUPPE Transistor O transistor

Eletrônica Aula 04 - transistor CIN-UPPE

Transistor O transistor é um dispositivo semicondutor que tem como função principal amplificar um sinal elétrico, principalmente pequenos sinais, tais como: – Sinal de TV – Sinal de rádio – Sinal biológico –. . . . n O primeiro transistor de junção foi inventado em 1951, por Shockley. n

Transistor n O transistor substituiu as válvulas, anteriormente utilizadas como dispositivos amplificadores de sinais, mas que apresentavam desvantagens, tais como: – Alto aquecimento – Pequena vida útil (alguns milhares de horas) – Ocupa mais espaço que os transistores n A invenção do transistor permitiu uma revolução na integração de funções em um único componente, o circuito integrado.

Transistores n Válvula Primeiro transistor comercial em silício(1954) n Primeiro transistor de germânio John Bardeen and Walter Brattain at Bell Laboratories. (1947) PDP-8 Primeiro Microcomputador Em transistor(1965) 4004 Primeiro Microcomputador Em CI (1971)

Evolução da complexidade dos CIs

Transistor n Tipos – BJT – Transistor de juncao bipolar • Bipolar (elétrons e buracos) – MOS – Metal Óxido Silício • Unipolar (elétrons)

Transistor de Junção (BJT) - NPN C B E

Transistor de Junção (BJT) - PNP C B E

Correntes no transistor n IE = I B + I C Modelo Real IB Modelo convencional IC IB IE IC IE

Transistor O que torna o transistor interessante e útil é o fato de que a corrente de coletor é bem maior que a corrente de base. n Para um transistor típico, 95% a 99% dos portadores da carga do emissor são emitidos pelo coletor e constituem-nos quase toda a corrente de coletor. n IC e ligeiramente menor do que IE α = IC / I E α 0. 95 O ganho de corrente de um transistor é definido como a corrente do coletor dividida pela corrente da base = IC / IB

Transistor - característcas Transistores de baixa potência têm ganho de corrente da ordem de 100 a 200. n Transistores de alta potência têm ganho de corrente da ordem de 20 a 100. n

Transistor - Configurações Emisor comum Coletor comum Base comum Características EC CC BC Ganho de potência sim sim Ganho de tensão sim não sim Ganho de corrente sim sim Resistência de entrada 3. 5 K 580 K 30 K Resistência de saída 200 K 3. 5 K 3. 1 M sim não Mudança de fase da tensão

Transistor – Emissor comum out características Curva da base IB = (VIN - VBE )/RB n n n IE = I B + I C VCE = VC – VE VCB = VC – VB 0. 7 V

Transistor – Curvas do coletor Joelho da curva Corrente IC constante (região ativa) VBE =V IB > 0 IC/IB = constante Região de saturação VBE =V IB > 0 IC/IB < Região de corte VBE < V IB = 0 IC IE 0 Tensão de ruptura

Transistor – regiões de operação Modo de operação Junção EB (emissor-base) Junção BC (emissor-coletor) Aplicações Zona ativa Polarização direta Polarização inversa Amplificadores Zona de corte Polarização inversa Zona de saturação Polarização direta Interruptores, Portas Lógicas, Circuitos TTL, etc.

Transistor – Região de saturação n Região de saturação – Está região representa a região no qual a corrente do coletor cresce bastante com o aumento da tensão entre o coletor e emissor (0 a 1 V) – Nesta região o diodo coletor base está diretamente polarizado. – O valor de resistência da carga deve ser pequena bastante para levar o transistor para a saturação, de forma que quase toda a tensão da fonte é aplicada na carga. VBE =V IB > 0 IC/IB < VC=0, 2 V VB=0, 6 V VE=0 V carga

Transistor – Região de corte n Região de corte – Nesta região a corrente de base é nula. – Existe apenas nesta configuração uma pequena corrente de fuga do coletor. VBE < V IB = 0 IC IE 0 VC=10 V IC 0 m. A VBE<0, 7 V VE=0 V

Transistor – Região ativa n Região ativa – Está região representa a operação normal do transistor. Nesta região o diodo emissor está polarizado diretamente e o diodo coletor inversamente polarizado. – Nesta região, o coletor captura praticamente todos o elétrons que o emissor está jogando na base. VBE =V IB > 0 IC/IB = constante VC > V B VC IC VBE>0, 7 V VE=0 V

Transistor – Reta de carga - Polarização n A reta de carga possui todos os pontos de operação do circuito, considerando as características do transistor. Ponto de saturação – ponto onde a reta de carga intercepta a região de saturação das curvas do coletor. Ponto de corrente Ic máxima do circuito VCC=IC. RC+VCE Ponto Q Ponto de corte – corrente Ic mínima do circuito

Polarização de amplificadores emissor comum Transistores BJT

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum Encontrar um ponto adequado de operação com o mínimo de Instabilidade possível Parâmetros de instabilidade • temperatura • o ganho de corrente β pode variar bastante entre transistores Vout=VCC-IC. RC, onde IC/IB=β Vout=VCC-β. IB. RC, com IB=(VIN-Vf)/RB => Vout=VCC-β. (RC /RB)(VIN-Vf) Observe que a tensão de saída depende diretamente de (ganho do transistor). http: //www. eng. fsu. edu/~ejaz/EEL 3300 L/lab 8. pdf

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum Tensão de saída em função da tensão de entrada. Vout muda linearmente com a mudança de Vin, desde que os outros parâmetros são constantes. § Neste tipo de configuração a necessidade de mudança de transistores, § § por exemplo, o 2 N 3904, que pode ter ganho entre 130 -200, pode acarretar mudanças significativas na amplificação do sinal. Observe que a tensão de saída depende diretamente de (ganho do transistor). O transistor pode ir da região ativa para a de saturação. http: //www. eng. fsu. edu/~ejaz/EEL 3300 L/lab 8. pdf

Transistor – Ponto de operação (região ativa) (m. A) RB = 300 K 10 V 3, 1 6, 9 Considere o circuito acima com VBE = 0, 7 V ; IB = (10 -0, 7)V/300 K = 31 A IC = . IB => IC = 3, 1 m. A VCE = 10 -IC. RC => VCE = 10 -3, 1= 6, 9 V = 100 (V)

Laboratório Transistor - região ativa (Cálculo do ponto de Operação) (Cálculo de IB) Operação em Região ativa (Cálculo de IE) (Cálculo de VCE)

Laboratório No ponto de operação: IB = 10 A IC = 1 m. A VCE = 5 V IB = 10 A + 5 A 1. 5 1. 0 0. 5 2. 5 5 7. 5 Se IB varia, VBE também varia e conseqüentemente IC e VCE. Assim, com valor central no ponto de operação: IC + CE = 1. 0 + 1. 5 cos( t) VCE + VCE = 5. 0 – 2. 5 cos( t) IB = 10 A - 5 A Se um sinal senoidal de amplitude 10 A é aplicado à base com o transistor neste ponto de operação: IB + IB = 10 A + 5 cos( t)

Polarização – (fonte de tensão comum) Calcular Vout (VCE) no ponto de operação (Q) no circuito abaixo: Out In ? O ponto de operação do circuito (ponto Q) pode ser calculado a partir do cálculo de RB, RC, VCC e ganho . Observamos que VCE depende de diretamente.

Exemplo - Laboratório n Calcular no circuito abaixo os valores de RC, RB, considerando = 100, VCC = 15 V, de forma que no ponto de polarização (Q), IC = 25 m. A e VCE = 7. 5 V. n Considerando os resultados obtidos acima, qual será o novo ponto Q quando = 200.

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum (realimentação no emissor) Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo: considerando Vf=VBE IB=(VIN-Vf-IE. RE)/RB temos que: Assim, no ponto Q, Vout é dado por: Neste modelo de polarização observamos que o valor do parametro β não interfere significativamente se considerarmos certas relações entre RB e RE

BJT – Polarização com divisor de tensão Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo: Equivalente Thevenin VIN VOUT Encontrar VBB e RBB

Tensão na base Resistência equivalente IB Considerando: IE IC IB VBE IB deve ser pequena para não afetar a polarização

Polarização com realimentação n Em geral, devemos escolher um valor RB << RE para termos uma condição de realimentação efetiva, ou seja, fazer com que a corrente do coletor, e conseqüentemente VCE, independam (muito) do ganho do transistor, assim: => => Observe que VCE independe do ganho

Polarização com realimentação Cálculo do valor para VE: n Observe que VBE pode variar (0. 6 a 0. 8 V) para o silício, principalmente com o aumento da temperatura. n Assim para que esta oscilação VBE não interfira no circuito de polarização, devemos fazer com que a tensão no emissor seja imune a está variação. Assim, se considerarmos a variação de 0. 1 V, teríamos: n Se VBE oscila em torno e 0. 1 V, VE = IE. RE >> 0. 1 V or VE > 10*0. 1 = 1 V

Polarização Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo: I 1 = IC+IB , como IC>>IB I 1 I C VOUT =VCE VIN VBE Se ou temos: BE Desde que IC é independente de o ponto de operação é estável. Cálculo de VCE (verificação do ponto de operação) BE BE

Laboratório Projetar um circuito estável, com realimentação, com um ponto Q de IC = 2. 5 m. A e VCE = 7. 5 V. Considere entre 50 e 200. n Considere que o ponto Q se localiza no meio da curva da região ativa e que VCC = 2*VCE n n Para: – na configuração realimentação simples via emissor; – na configuração realimentação divisor de tensão na base; – na configuração realimentação coletor-base. 2. 5 7. 5