Fundamentos de Electrnica Transstores de Juno Bipolar Junction
Fundamentos de Electrónica Transístores de Junção Bipolar Junction Transistor - BJT
Roteiro n n n Princípios Fisícos – junção npn e pnp Equações aos terminais Modelo de pequenos sinais Montagens amplificadores de um único canal Equação de Ebers-Moll de funcionamento na região de saturação Modelo de alta-frequência Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 2
Transístor n-p-n W n p n Emissor Colector Base Junção base-emissor n n n Junção base-colector Semelhante a dois díodos costas com costas, mas, Largura de base, W, é muito pequena! Três zonas de operação q Zona de corte – Ambas as junções ao corte q Zona de activa – Junção B-E ON Junção B-C OFF q Zona de saturação – Ambas as junções ON Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 3
Funcionamento na Zona Activa A Junção BE emite electrões que se deslocam para o colector Emissor n p n Ie Ic I Junção Polarizada directamente n n Colector Base Ib Junção Polarizada inversamente Na zona activa temos a junção BE polarizada inversamente e a junção BC polarizada inversamente Os electrões responsáveis pela condução de corrente na junção base emissor atravessam a pequena base e são recolhidos no colector! Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 4
Perfil da Densidade de Portadores Vcb Vbe Emissor (n) Base (p) I n n n W Largura efectiva de base Colector (n) O Campo eléctrico remove os electrões livres Linear já que W << Ld A densidade de electrões livres decresce na base. No colector os electrões livres são removidos pelo campo eléctrico. Como a base tem um comprimento bastante inferior ao comprimento de difusão este decréscimo é linear. A base (tipo-p) é bastante menos dopada que o emissor (tipo-n) logo a concentração de lacunas é bastante inferior à concentração de electrões livres. Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 5
Corrente maioritária Vbe Emissor (n) Vcb Colector (n) Base (p) I n n A tensão Vbe aumenta com a concentração de electrões livres no emissor W 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! O aumento da corrente aumenta a concentração de electrões livres no emissor que aumenta o valor de Vbe. Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 6
Corrente maioritária Vbe Emissor (n) Vcb Colector (n) Base (p) I n W O Transístor na zona activa comporta-se como um díodo polarizado directamente com uma corrente de saturação dada por “Is”, mas em que corrente flúi num terceiro terminal denominado de colector! Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 7
Corrente na base n A corrente da base tem duas componentes: q q i. B 1 = Corrente minoritária devido às lacunas que se deslocam da base para o emissor. Equação equivalente à corrente de lacunas de uma junção p-n. i. B 2 = Corrente de reposição dos electrões que se recombinam com as lacunas ao atravessarem a base. Carga armazenada na base Tempo médio que um electrão demora até se recombinar com uma lacuna Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 8
Ganho de corrente do Transístor Combinando as equações anteriores Temos ainda a relação de Einstein: n n Deve-se notar que: q Beta aumenta com a diminuição da largura da base q Beta aumenta com a concentração de impurezas no emissor e diminui com a concentração de impurezas na base. Beta é normalmente considerado constante para um dado transístor Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 9
Equações para as correntes Colector Ic n Base p Ib n Ic Ie Emissor Ib Ie Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 10
Modelos equivalentes (npn) C C B B E E C C B B E Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 E 11
Símbolo n O símbolo do transístor npn é baseado no seu modelo equivalente colector Ic emissor B Ib Ie E base Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 12
Tecnologia n Os transístores nos circuitos integrados modernos são em geral construídos através da adição de impurezas a uma bolacha de semicondutor. Transístor planar E n B C Transístor vertical Contactos metálicos n n p E B C Corte vertical Transístor n p Substrato de Silício Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 Bolacha de Silício 13
Transístor pnp W p n Emissor Colector Base emissor base Ie n n Ib p O emissor injecta lacunas na base que passam directamente para o colector. As equações são em tudo semelhantes às do transístor npn. Ic colector Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 14
Modelos equivalentes (pnp) E E B C E E B B C C Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 15
Funcionamento na Zona Activa npn Ib pnp Ic Ie Ie Ib JBE ON Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 Ic JCB ON 16
Zona de Saturação A junção Base-Colector começa a conduzir para Vbc=0. 5 V donde resulta que na entrada na zona de saturação podemos considerar Vce=0. 2 n Modelo para o transístor na zona de saturação C Modelo simplificado C 0. 5 V B C 0. 2 V B 0. 7 V E E Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 E 17
Curvas Características dos Transístores n Zona Activa Ib=60 u. A Ib=20 u. A Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 18
Zona Activa Inversa n Zona Activa Inversa q q q O transístor é um dispositivo aproximadamente simétrico, de tal forma que se trocarmos o emissor com o colector obtemos um novo dispositivo, que continua a funcionar como um transístor. No entanto o colecto é em geral menos dopado que o colector, donde resulta que o novo ( R) é bastante mais pequeno. Trocar o emissor com o colector corresponde utilizar um valor de VCE negativo. Ib JBC ON Ie VCE VBE Ic Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 19
Curvas Características Zona activa Zona saturação Zona activa inversa Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 20
O Efeito da Temperatura n n Vbe varia cerca de – 2 m. V/ºC para valores semelhantes de Ic Beta do transístor tipicamente aumenta com a temperatura Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 21
Efeito de Early Mesmo na zona activa existe uma pequena dependência de Ic com Vce. Tal deve-se a uma diminuição da largura efectiva da região de base, devido ao alargamento da região de depleção da junção CE. Efeito de Early. Tensão de Early VA Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 22
Aproximação de pequenos sinais Modelo T C B C + B E E Nota: Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 23
Incorporando o efeito de Early Modelo aumentado C B + - ro modela o efeito de Early. Pode ser considerado como a resistência de saída da fonte de corrente. E Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 24
Polarização n n Polarização: escolha do ponto de funcionamento em repouso com uma fonte de tensão. Como regra de polegar é usual distribuir a tensão igualmente por Rc, Vce e Re: Equivalente de Thévenin Para que IE seja insensível a variações de temperatura e de devemos ter Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 25
Polarização n A polarização com duas fontes de tensão permite reduzir o consumo, etc… n Polarização com uma fonte de corrente permite aumentar a impedância vista da base, etc… Transístor de Junção Bipolar, Paulo Lopes, ISCTE 2003 26
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