Capítulo 3 –Transistor Bipolar de Junção -TBJeducatec.eng.br/engenharia/Eletronica...

Capítulo 3 – Transistor

Bipolar de Junção - TBJ

Prof. Eng. Leandro Aureliano da Silva

Eletrônica Para Automação Industrial 2

Agenda

� Introdução� Operação do Transistor� Modos de Operação do Transistor� Convenções Utilizadas para Tensões e Correntes no TBJ� Configurações Básicas


Introdução

� O princípio do transistor (TBJ) é controlar uma corrente de saída a partir de outra na entrada. Ele é montado numa estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre as outras duas. Os três terminais de um transistor bipolar recebem o nome de emissor, base e coletor.


Introdução


Introdução

� Cada uma das camadas, recebe um nome em relação a sua função na operação do transistor:Base (B) : dopagem média e muito fina. Assim, a maioria dos portadores lançados do emissor para a base, consegue atravessá-la dirigindo-se ao coletor;

Coletor (C): levemente dopado, coleta (recolhe) os portadores que vêm da base. Ele é muito maior que as outras camadas, pois é nele que se dissipa a maior parte da potência gerada pelos circuitos transistorizados;Emissor (E): fortemente dopado, tem por função emitir portadores de carga para a base (elétrons no transistor NPN e lacunas no PNP).


Operação do Transistor� Da mesma forma que na junção PN dos diodos, nas duas

junções JBE e JBC dos transistores surgem, devido àrecombinação dos portadores, barreiras de potenciais, cujos valores a 25oC, são: VT = 0,7V para semicondutores de silício e VT = 0,3V para semicondutores de germânio.


Modos de Operação do Transistor

� O comportamento básico dos transistores nos circuitos eletrônicos é fazer o controle da passagem de corrente entre o emissor e o coletor, através da base. Isto éconseguido, polarizando-se adequadamente suas junções. Existem 3 situações:


Modos de Operação do Transistor1° - Situação de Polarização: Os diodos equivalentes das junções base emissor (BE) e base coletor (BC) são diretamente polarizados.

Como os dois diodos BE e BC estão diretamente polarizados, então conduzirão muito bem. Conseqüentemente haverágrande quantidade de portadores, devendo as correntes ser limitadas por resistência em série. Considerando os diodos equivalentes como ideais, o circuito equivalente para essa situação éapresentado a seguir.

A essa situação de polarização chamamos saturação e dizemos que o transistor está saturado quando a polarização entre base e emissor e entre base e coletor é direta.


Modos de Operação do Transistor2° - Situação de Polarização: Os diodos equivalentes das junções base emissor (BE) e base coletor (BC) são reversamentepolarizados.

Em polarização reversa, os diodos equivalentes não conduzem. A situação de polarização é equivalente aos diodos cortados

A essa situação de polarização chamamos corte e dizemos que o transistor está cortado quando a polarização entre base e emissor e entre base e coletor é reversa.


Modos de Operação do Transistor3° - Situação de Polarização: Os diodos equivalentes das junções base emissor (BE) é diretamente polarizada e base coletor (BC), reversamente polarizada.


Modos de Operação do Transistor� Uma vez que a polarização do diodo BE é direta então,

conduzirá muito bem. Como a base é uma região estreita, as cargas emitidas no emissor, terão condições de chegar próximo à junção BC reversamente polarizada, sendo atraídas pela barreira de potencial formado junto à junção, sendo coletadas no coletor, onde há a dissipação de energia por efeito Joule. Essa situação de operação é conhecida como operação ativa do transistor bipolar de junção, pois o transistor funciona como uma fonte de corrente na malha de coletor. O efeito de transferênciada corrente entre as duas malhas, base emissor e base coletor échamado efeito transistor.


Convenções Utilizadas para Tensões e

Correntes no TBJ� O sentido e a nomenclatura utilizada para indicação de tensões e

correntes convencionais no transistor operando na região linear,são mostradas a seguir:


Configurações Básicas� Os transistores podem ser utilizados em três

configurações Básicas: Base Comum (BC), Emissor Comum (EC) e Coletor Comum (CC), onde o termo comum significa que o terminal é comum à entrada e àsaída do circuito


Principais Características das

Configurações� Para facilitar o cálculo da polarização dos transistores,

os fabricantes podem fornecer duas funções na forma gráfica,uma relacionada com a característica de entrada e outra a característica de saída de cada configuração.

� Característica de Entrada: relação entre a corrente e a tensão de entrada, para vários valores constantes da tensão de saída.

� Característica de Saída: relação entre a corrente e a tensão de saída, para vários valores constantes da corrente de entrada.

� Estas características, em forma de curva, permitem o cálculo dos resistores de polarização.


Configuração Base-Comum (BC)� Nesta configuração, o emissor é o terminal de entrada d e

corrente e o coletor é o terminal de saída de corrente do circuito, sendo que o terminal de base é comum às ten sões de entrada e saída.


Curva Característica de Entrada

da Configuração Base-Comum� Para cada valor de tensão de saída VCB, variando-se a

tensão de entrada VBE , obtém-se uma corrente de IE, resultando num gráfico com o seguinte aspecto:


Curva Característica de Entrada

da Configuração Base-Comum

� Observa-se que a característica de entrada, ésemelhante à curva característica do diodo, pois a junção BE funciona como um diodo polarizado diretamente. Assim, nesta região da curva, pequenas variações de VBE causam grandes variações de IE


Curva Característica de Saída


� Para cada valor constante de corrente de entrada IE, variando-se a tensão de saída VCB, obtém-se uma corrente de saída IC, cujo o gráfico tem o seguinte aspecto:




� A característica de saída, ou de coletor, pode ser dividida em três regiões distintas, pois em cada uma delas o transistor tem um comportamento específico.

� Na região de corte , as duas junções BE e BC estão polarizadas reversamente, fazendo com que a corrente de coletor seja praticamente nula. Portanto o transistor está cortado.

� Na região de saturação , as duas junções BE e BC estão polarizadas diretamente, fazendo com que uma pequena variação da tensão VCB resulte em uma enorme variação de IC. Neste caso o transistor estásaturado.




� Na região ativa , a junção BE está polarizada diretamente e a junção BC reversamente. Esta é a região central do gráfico de saída, onde as curvas são lineares. Portanto, é esta a região utilizada na maioria das aplicações, principalmente na amplificação de sinais.


Ganho de Corrente na

Configuração Base-Comum� O ganho de corrente na configuração Base Comum, é a relação

entre a variação da corrente de saída e a variação de corrente de entrada, para a tensão de saída constante. Na configuração Base Comum, o ganho decorrente é chamado de α (alfa), sendo definido matematicamente por:

Lembrando que IE = IC + IB, conclui-se que o ganho de corrente é sempre menor que 1 . Na maioria dos transistores, esse valor está ente 0,90 a 0,998, ou seja, é próximo de 1.


Configuração Emissor-Comum (EC)

� Nesta configuração, a base é o terminal de entrada d e corrente e o coletor é o terminal de saída de corren te do circuito, sendo que o terminal de emissor é comum às tensões de entrada e saída.


Curva Característica de Entrada da

Configuração Emissor-Comum� Para cada valor de tensão de saída VCE, variando-se

a tensão de entrada VBE , obtém-se uma corrente de IB, resultando num gráfico com o seguinte aspecto:


Curva Característica de Saída da

Configuração Emissor-Comum

� Para cada valor constante de corrente de entrada IB, variando-se a tensão de saída VCE, obtém-se uma corrente de saída IC, cujo o gráfico tem o seguinte aspecto:




� A característica de saída, ou de coletor, é também muito parecida com a da configuração Base-Comum. Mas, observa-se que a inclinação, na região ativa é muito maior.

� Nesta curva distingue também 3 regiões de trabalho do transistor:

� Corte – IC = 0� Saturação – VCE = 0� Ativa – IB é linear


Ganho de Corrente na


� A relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada, ou seja, a relação entre IC e IB, determina o ganho de corrente denominado β (Beta) ou hFE (forward current transfer ratio), como segue:

� Sendo IC muito maior que IB, o ganho de corrente β é sempre maior que 1, ou seja, na configuração Emissor-Comum, o tr ansistor funciona como um amplificador de corrente.


Ganho de Corrente EC x Ganho

de Corrente BC


Configuração Coletor Comum (CC)� Nesta configuração, a base é o terminal de entrada

de corrente e o emissor é o terminal de saída de corrente do circuito, sendo que o terminal de coletor é comum às tensões de entrada e saída.


Configuração Coletor Comum (CC)

� Para a configuração Emissor Comum não é necessário curvas específicas de entrada e saída. Pode-se utilizar as mesmas características da configuração EC.

� Isto se justifica pelo fato de sua característica de entrada relacionar IB, VBE e VCE, e a sua característica de saída relacionar IE, VCE e IB, como na configuração EC, sendo IE praticamente igual a IC .


Limites de Operação do Transistortensão máxima de coletor: VCEmax;corrente máxima de coletor: I Cmax;potência máxima de coletor: PCmax;para EC: PCmax = VCEmax x ICmax;

Tensão de ruptura da junções:BVCBO = tensão de ruptura entre C e B, com E aberto;BVCEO = tensão de ruptura entre C e E, com B aberto;BVCES = tensão de ruptura entre C e E, com B em

curto.

Capítulo 3 –Transistor Bipolar de Junção -TBJeducatec.eng.br/engenharia/Eletronica...

Documents

Transcript of Capítulo 3 –Transistor Bipolar de Junção -TBJeducatec.eng.br/engenharia/Eletronica...