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Eletrônica II

Germano Maioli Penellogpenello@gmail.com

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html

Aula 12

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Pauta (T3 e T4)

BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211

ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211

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Pauta (T5 e T6)

ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511HELDER NERY FERREIRA 200620350811ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411

ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211RICARDO ALVES BARRETO 200420419111WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711

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Transistor de junção bipolar Da mesma forma que vimos o MOSFET, apresentaremos agora o BJT

• Estrutura física

• Como a tensão entre dois terminais controla a corrente e qual a

equação que descreve esta relação IxV

• Como analisar e projetar circuitos com BJT

• Como construir um amplificador linear

• Configurações de amplificadores

• Circuitos com componentes discretos.

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BJT

Inventado em 1948 na Bell Labs, deu início a era dos dispositivos de estado sólido.

Por três décadas foi o dispositivo utilizado em circuitos discretos e integrados. Em torno de 1980, o MOSFET começa a ser um competidor a altura.

Hoje em dia o MOSFET domina, ficando o BJT mais restrito a aplicações específicas, p.e., circuitos em condições extremas em aplicações automotivas, frequencias extremamentes altas, …

Tecnologia BiCMOS junta os dois tipos de transistores aproveitando a alta impedância de entrada e baixa dissipação do MOSFET com a alta frequência de operação e alta corrente do BJT

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BJT – estrutura física

npn

pnp

Três terminais: emissor (E), base (B) e coletor (C)

Duas junções pn: Junção emissor-base (EBJ)Junção coletor-base (CBJ)

Diferentemente do MOSFET, portadores de carga positivos e negativos são importantes na análise! Por isso termo bipolar no nome.

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BJT – estrutura físicaPolarização das junções

Duas junções pn: Junção emissor-base (EBJ)Junção coletor-base (CBJ)

A região ativa é utilizada para construit um amplificador

As regiões de saturação (não confundir com o MOSFET!) e corte são utilizadas para chaveamento

Ver modelo de Ebers-Moll

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BJT – região ativa

VBE – polarização direta na junção EBVCB – polarização reversa na junção CB

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BJT – região ativa

VBE gera corrente na EBJ. Elétrons - emissor base Buracos (lacunas) - base emissor

É desejável ter a corrente de elétrons maior que a de buracos. Dopagem do emissor > dopagem da base

Note o sentido do fluxo de elétrons dentro do BJT e o sentido da corrente iE fora

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BJT – região ativa

Elétrons na base (região p) são portadores minoritários! Portanto, eles recombinam gerando a corrente iB2, reduzindo a quantidade de elétrons na região da base (processo de recombinação).

Elétrons injetados do emissor difundem atravésda base e são coletados na região à direita (coletor)

Corrente de difusão

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BJT – região ativa

A maioria dos elétrons injetados chegam a CBJ e são acelerados ao coletor , portanto IC = In.

IS = Corrente de saturação

ouonde

Note que a corrente IC não depende de VCB (apenas quando CBJ está diretamente polarizada)

Corrente de coletor

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BJT – região ativa

IS é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente proporcional à área da EBJ.

IS ~ 10-12 a 10-18 A (extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C)

VT ~25 meV (@300K)

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BJT – região ativa

Corrente de base (duas componentes)

h+ injetados no emissor – iB1 h+ fornecidos para a recombinação – iB2 iB = iB1 + iB2

Proporcional à corrente coletada: é um parâmetro do transistor (50 ~200)

Chamado de ganho de corrente de emissor comum

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BJT – região ativa

Corrente de emissor

Regra dos nós iE = iC + iB

Ex: Se = 100, = 0.99 é chamado de ganho de corrente de base comum

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BJT – estrutura física

Visão em corte da estrutura física (simplificada) do bjt

Coletor envolve o emissor para coletar o máximo de e-, fazedo com que seja próximo de 1 e seja alto

O dispositivo não é simétrico

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BJT

http://php.scripts.psu.edu/users/i/r/irh1/SWF/Semiconductors.swf

Acompanhe a animação a partir de Diodoe/rectifier

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BJT – símbolo e resumo da região ativa

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Exemplo

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Exemplo

RC VBE

RE

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Exemplo

RC VBE

RE

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Exemplo

RC VBE

RE

Com iC = 1mA e vBE = 0.7V, calculamos IS

Com IS e ic = 2mA, recalculamos VBE.

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Exemplo

RC VBE

RE

Com iC = 1mA e vBE = 0.7V, calculamos IS

Com IS e ic = 2mA, recalculamos VBE.

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Efeito Early

Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE

Valores de tensão baixos (VCB < -0.4V), CBJ está polarizado diretamente e estamos na região de saturação.

VCB > -0.4V, CBJ está polarizado reversamente e estamos na região ativa.

E

B

Sat

Ativa

0,4V

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Efeito Early

Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE

VA - ~10 a 100V (tensão Early)

Também conhecido como efeito de modulação de largura de base

Efeito similar foi analisado no MOSFET

Corrente de coletor desprezando o efeito Early

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Exercícios

26

Exercícios

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Exercícios

Considerando o BJT na região ativa

1

2

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Exercícios

Considerando o BJT na região ativa

1

2

1 em 2:

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Exercícios

Considerando o BJT na região ativa

1

2

1 em 2:

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Exercícios

Tensão de coletor acima da base por 4.03 V (o transistor de fato está na região ativa) A consideração feita no início estava correta!

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Exercícios

VB = 4.57 V

IRB2 = 4.57 / 50k = 0.09 mA

IRB1 = IRB2 + IB = 0.103 mA

32

Exercício

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Exercício

Note que os dois transistores não conduzem simultaneamente.

VBE Q1 = VEB Q2

Se EBJ de Q1 está polarizado diretamente, EBJ de Q2 está polarizado reversamente

Neste caso, Considerando que Q2 conduz (Q1 em corte):

Corrente flui do R1k para a base de Q2. Portanto, a base está em um potencial negativo e a corrente deveria fluir da base para o potencial +5V, o que é um impossível!

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Exercício

5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0

IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA

35

Exercício

5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0

IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA

IE = 0.039 x (101) = 3.9 mA

VE = 3.9 m x 1k = 3.9V

VB = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V

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Exercício

5 – 10k x IB – 0.7 – 1k x IE = 0

IB = 4.3/(10k + 101k) = 0.039 mA

IE = 0.039 x (101) = 3.9 mA

VE = 3.9 m x 1k = 3.9V

VB = 5 – 10k * 0.039 m = 4.61V