CONTEÚDO DA AULA -...

02/05/2017

1

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 14 – POLARIZAÇÃO DC -

TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR

Curitiba, 3 maio de 2017.

03 Mai 17 AT14- Polarização DC TJB 2

CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO

2. POLARIZAR O TJB

1. Polarização Fixa

2. Polarização Estável do Emissor

3. Polarização por Divisor de Tensão

4. Polarização com Realimentação

3. EXERCÍCIOS

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1-Revisão: funcionamento


++

++

+

---

---- -

--- - ---

------

- - --- -

-

- -

---

---

+

+

+++

+ +--

- ---

- --- --

-

---

--

-- -

--

-

N NP

VEE VCC

- -

- -

- -

- -

Portadores majoritários do emissor adentram na base estes portadores

assumem a condição de portadores minoritários que ultrapassam a

camada de depleção da JBC resultando no efeito correspondente

ao da geração de portadores e consequente amplificação da corrente.

FONTE DE CORRENTE DEPENDENTE

---

B

C

I

I

BC II

1-Revisão: pinagem por analogia por diodos

26 Abr 17 AT12- Modos Operação TJB 4

Há indicação

de Vj Há indicação

de Vj

Não há

indicação

de Vj

NÃO há

indicação de VjNÃO há

indicação de Vj

Não há indicação de Vj

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1-Revisão: configurações de operação


Determinada pelo terminal do TJB que é comum a entrada e saída do sinal.

1-Revisão: modos de operação do TJB


Conforme a polarização das junções BE e BC, tem-se um dos seguintes modos de operação:

Modo de

operação

Junção

Base-

Emissor

Junção

Base-

Coletor

Função no

circuito

Representação

simplificadaEC=emissor comum CC=coletor comum

Saturação Direta DiretaChave eletrô-

nica controle

pelo terminal de

base.OPERAÇÃODISCRETAON & OFF

(EC)

Corte Reversa Reversa

(EC)

Ativo ou

Amplifi-

cação

Direta Reversa

Amplificador de

pequenos sinais

β>>1

(EC)

Ativo

reversoReversa Direta

β<1Sem aplicação

prática!

(CC)

E C

B

E C

B

+

- -

+B C

E E

CC

B E

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*AMPLIFICADOR *CHAVE ELETRÔNICA CONTROLE

E C

BOn Off

saturação

corte

Ponto Quiescente:

Curva característica

x

Reta de carga do circuito

E C

B

amplificação

1-Revisão: representação dos modos de operação na curva característica saída

1-Revisão: ponto de operação – “Q”


Ponto de operação ou quiescente: análise gráfica em que as informações são obtidas pelo cruzamento da curva característica de saída do TJB em conjunto com a reta de carga do circuito elétrico em questão e que determina o ponto de operação ou quiescente do TJB.

ii) Circuito sob análise

iii) Reta de Carga

iv) Ponto Quiescente

Curva característica + Reta de carga

Rb

Rc

Vbb

VccRb

Rc

Vbb

Vcc

𝐼𝐶 = 0𝑉𝐶𝐸 = 0

i) Curva característica de saída do TJB

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2-Polarizar o TJB (polarização DC)


Cálculo de níveis apropriados de tensões e correntes CC no transistor

para que o componente opere (ponto quiescente) na região de corte

ou saturação ou amplificação.

COMO CHAVE COMO AMPLIFICADOR

satu

raç

ão

corte

Q’’

Q’

IB0

Q’

Q’’Q’’’

Q’’’

Q’’’’

Q’’’

Q’’.’’

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2-Circutos de polarização


Há 4 formas básicas para polarizar o transistor:

1)Polarização fixa (Boylestad seção 4.3) 2)Polarização estável do emissor (Boylestad seção 4.4)

•Utiliza poucos componentes;

•Se a temperatura, , IC.

•Se a temperatura , , ,IC.

•A interferência da temperatura, pode levar o tjb a

saturação ou corte, distorcendo o sinal de saída.

•Usado em circuitos digitais.

•Elevada estabilidade;

•Variações da temperatura, são

compensadas pelo RE e RC;

BC II

RB

V

IB

IC

CE

Vcc

RC

+

-

C

B

EVBE

+

RB

V

IB

CE

Vcc

RC

+

-

C

BE

VBE

+

RE

IE

IC

2-Circutos de polarização


4)Polarização DC com realimentação

de tensão (Boylestad seção 4.6)

3)Polarização por divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)

•Autopolarização: manutenção das

tensões sobre o TJB conforme as

variações da corrente IC.

•Elevada estabilidade;

•A combinação R1 e R2, mantém a polarização no

ponto correto de operação.

•Reúne as vantagens das polarizações anteriores

•Usa apenas uma fonte VCC.

I2

R1

R2

IC RC

V

IB

CE

+

-

C

B

EVBE

+

RE

IE

I1

Vcc

RB

V

IB

CE

Vcc

RC

+

-

C

BE

VBE

+

RE

IE

IC'

IC

IC' IB+ = IC

BC II

BC II

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2.1-Circuito polarização FIXA (Boylestad seção4.3)


C1: acopla Vin ao amplificador

C2: acopla sinal amplificado à carga

C1 e C2 : capacitores de acoplamento: evitam que sinais de

tensão DC existentes no sinal de entrada, afetem a

polarização estabelecida no circuito.

Circuito equivalente para a análise DC

o capacitor é um circuito aberto !

Vin

Vout

2.1-polarização FIXA - análise de malhas


Malha Base-Emissor Malha Coletor-Emissor

CECCCC VRIV VVonde

VRIV

BE

BEBBCC

7,0:

ECCE VVV

Como VE=0V, tem-se:

CCE

CCE

VV

VV

0

EBBE VVV

Como VE = 0V, tem-se:

BBE

BBE

VV

VV

0

BC II

EC

EC

II

II

1

CCEC IVP .

Potência do coletor

Circuito sob análise

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2.1-Circuito polarização FIXA - reta de carga


Equação da malha de saída:

CCCECC RIVV

VVC

CCC

CE

R

VI

0

mAICCCE

C

VV0

Para VCE=0

CCCC RIV 0

Para Ic=0

CCECC RVV 0

2.1-DIFERENÇA? Circuito polarização FIXA


IC

TJBIB

RB

RC

VBB

VCC

Vc

(a) (b)

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2.2-polarização ESTÁVEL (Boylestad seção4.4)


Malha Base-Emissor

0 EEBEBBCC RIVRIV

BBBE

BCBCE

IIII

IImasIII

)1(

2.2-polarização ESTÁVEL-malha base-emissor


Resistor de emissor

refletido para a malha de

entrada (Ri):

EB

BECCB

EBBEBBCC

RR

VVI

RIVRIV

)1(

0)1(

Usando as equações anteriores para

reescrever a equação da malha base- emissor

somente em função da corrente IB:Ei RR )1(

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2.2-polarização ESTÁVEL-malha coletor-emissor


0 CCCCCEEE VRIVRI

Capacitor de Emissor (CE)

ou de desacoplamento:

Assegura o aterramento do

emissor para sinais

alternados.

2.3-polarização divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)


I2

R1

R2

IC RC

V

IB

CE

+

-

C

B

EVBE

+

RE

IE

I1

Vcc

Rth

Eth

RC

RE

VCC

IC

IB

IE

I2

R1

R2

IC RC

V

IB

CE

+

-

C

B

EVBE

+

RE

IE

I1

Vcc

Rth

Eth

RC

RE

VCC

IC

IB

IE

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2.3-polarização divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)


IR1

IR2Resistência equivalente de

Thévenin (Rth)

Olha-se para dentro do circuito partir dos pontos que se quer saber a Rth (no caso 1 e 2), com *FT curto-circuitadas e*FC abertas.1

2

21 || RRRTh

IB = ?1

2

CIRCUITO EQUIVALENTE DE THÉVENIN

a) Determinação de Rth

2.3-polarização divisor de tensão: Eth


b) Determinação de Eth

Tensão de Thévenin (Eth) É a tensão nos pontos 1 e 2 quando estiverem abertos.

1

2

21

2.2 RR

VRVE CC

RTh

O circuito equivalente para a malha R1,R2 para o TJB polarizado por

divisor de tensão resulta em:

ETh

BEThB

RR

VEI

)1(

Empregando divisor de tensão:

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2.3- polarização REALIMENTAÇÃO (Boylestad seção4.6)


CEBCC IIeIII '

)( ECB

BECCB

RRR

VVI

• na condução, na queda sobre RC e na tensão de coletor VC;

•A da tensão no coletor é percebida na base através de RB;

•A da tensão na base, a polarização direta JBE, a corrente IC,

compensando o efeito provocado pelo da corrente de coletor

VCVB

3.1-Circuito polarização FIXA (ex Boylestad 4.1)


Determine as quantidades indicadas para a configuração abaixo apresentada.

a)IBQ e ICQ b)VCEQ c)VB e VC d)VBC

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3.2-Circuito polarização FIXA (ex Boylestad 4.3)


Dada a reta de carga do circuito e o ponto ‘Q’, determine os valores de

Vcc, Rc e Rb para a polarização fixa do TJB.

Do circuito tem-se

3.3-polarização estável


a)

c)

Tensão

reversa, como

prevista!!

Boylestad

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3.4-Exercício do SEDRA 4.1 p. 222


O TJB da fig 4.11 (a) tem = 100 e exibe VBE = 0,7V, quando Ic= 1mA. Projete o circuito de modo que uma corrente de 2mA circule pelo coletor, sendo a tensão Vc=5V.

1)A corrente de coletor é definida pelo RC, que

nesse caso é calculada por:

kmI

VVR

C

CCCC 5

2

515

2) Visto que VBE=0,7V quando Ic = 1mA, o valor

de VBE para Ic= 2mA é calculado empregando

a expressão do modelo do TJB para grandes

sinais:

AIs

eI

mm

S

16

25

7,0

10.9144,6

1

T

BE

V

V

SC eII

VVmAIBE

c

717,02

2.a)Valor de VBE para IC=2m com o valor de Is

calculado, empregando a mesma formulação:

3.5-Exercício do SEDRA 4.2 p. 228


Considere o circuito mostrado na figura 4.16(a), que está redesenhada

na figura 4.16(b). Deseja-se todas as tensões nodais e correntes nos

ramos. Supor = 100.

1VE=VRE

VB= VBE+VRE

VRE=VE=4-0,7

VE=3,3V

2IE=VRE/RE

3,3/3,3k

IE=1mA

3aIC= IE

= /( +1)

= 100/101

≈ 0,99

3bIC= IE

IC= 0.99 (1m)

IE=0,99mA

4VC

VCC=VRC + VC

VC= 10-(0,99.

4,7k)

VC=5,3V

5IB

IE= Ic + IB

IB = (1-

0,99)m

IB = 0,01mA

VC

VE

VB

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3-Exercícios do cap 4 do Boylestad


3-Exercícios do cap 4 do Boylestad


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3-Exercícios propostos diversos


1) Tendo como base a figura ao lado, calcule a corrente de base,

supondo VBB = 10V e RB=100kohms. (R:93uA)

BEBBBB viRV . CECCCC viRV . CCEC iVP .

2) Tendo como base o mesmo circuito da figura

anterior, calcule a corrente de base, a corrente

de coletor supondo VBB = 2V e RB=100kohms.

(R:13uA. 1,3mA)

3) Tendo como base a figura acima, calcule a tensão entre o coletor e o emissor,

sabendo que a corrente do coletor é 1mA, a resistência do coletor é 3,6kohms, quando

a tensão de alimentação do coletor é 10V. Qual é a potência? (R: VCE=6,4V, P=6,4mW)

4) Qual é a potência dissipada por um transistor cuja corrente de coletor é 100mA, e a

tensão entre coletor e emissor é 3,5V? (R: 0,35W)

3-Exercícios propostos diversos


5) A tensão no emissor do circuito da fig.

abaixo é igual a -0,7V. Se = 50, calcule

IE, IB, IC e Vc (R: 0,93mA, 18,2uA, 0,91mA

e +5,45V)

6) O circuito da fig. abaixo indica uma medida

em VB =+1V e VE= +1,7V. Determine a o valor

de e . Qual é a tensão esperada em VC?

(R: 0,994, 165, e -1,75V)Exercício 4.8 Sedra Exercício 4.9 Sedra

Exercícios do Boylestad 6ª edição, p. 142,:

nº: 1, 2 (R:3,2m, 1,87k, 282,5k, 6V) , 3 , 6 (R:29,18u , 2,92m , 8,6V , 13V ,

5,11V , 4,41V) , 7, 8 (R: 153,4 , 17,7V , 745k), 12 (R: 21,4u, 1,71m , 7,98V ,

9,16V , 1,18V , 1,88V), 13 , 14 (R:2m, 2,42V , 16V , 8,18V , 3,12V , 33,85k)

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3-Exercícios SEDRA cap 4, p. 217


mAiC 1.0 mAiC 10

•Resposta: 0,64V e 0,76V

4.1)Considere um TJB npn com vBE = 0,7V e iC= 1mA. Calcule vBE para

iC=0,1mA e 10mA.

O modelo do TJB a ser considerado é o para grandes sinais em que possa

ser relacionar a iC e vBE. A equação que relaciona essas grandezas é :

Adotar VT=25mVT

BEV

v

SC eIi a) Cálculo de IS:

A

ee

iI

T

BEV

v

CS

15

25

700

3

10.691,010.1

b) Cálculo de vBE para e

Solução: isola vBE na equação

T

BEV

v

SC eIi

3-Exercícios SEDRA cap 4


4.2) Um certo TJB foi especificado para ter com valores na faixa de 50

a 150. Determine a faixa de valores para . Resposta: 0,980 a 0,993

4.3)Medições em um TJB npn de um dado circuito mostram que a corrente

de base é 14,46A, a corrente de emissor é de 1,460mA e a tensão entre

emissor e base é de 0,7V. Para estas condições determine , e Is.

Resposta: 0,99; 100; 10 -15A

4.4)Calcule o valor de para dois transistores que possuem =0,99 e 0,98.

Para correntes de coletor de 10mA, calcule a corrente de base para

cada transistor. Resposta: 99; 49; 0,1mA ; 0,2mA

T

BEV

v

SC eIi

Formulário:

B

C

I

I

E

majC

I

I

CBOCmajC III

0CBOIAssumindo

CmajC II

E

C

I

I

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3-Exercícios SEDRA cap 4 a


4.5) Considere o modelo indicado a seguir. Calcule o valor do fator de

escala de corrente do diodo DB sabendo que IS = 10 -14A e = 100. Se

esse transistor está operando na configuração emissor comum, com a

base alimentada com uma fonte de corrente constante e de valor igual a

10A e com o coletor conectado em uma fonte cc de +10V. (E está

aterrado) . Calcule os valores de VBE e IC. Respostas: 10 -16A ; 0,633V ;

1mA.

DBv

BE

iB

+

-

iC

+

-

B C

E

(beta)(iB)

(Is/beta)

i E

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