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N 1
EE530 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett
Aula N- Transistor Bipolar de Junção (TBJ)
• Introdução• Estrutura Física e Modos de Operação• Operação do Transistor npn no Modo Ativo• Transistor pnp• Símbolos para Circuitos e Convenções
N 2
Primeiro Transistor
John Bardeen and Walter Brattain
Bell Labs
16 de Dezembro de 1947
2
N 3
Evolução …
Intel Pentium IIClock: 233MHz
Número de transistors: 7.500.000Gate Length: 0.35 µm
Primeiro circuito integrado
Jack S. Kilby, Texas InstrumentsContinha cinco componentes, três tipos:
Transistores, resistores e capacitores
19581958 19971997
N 4
E depois?
Tubes Semiconductors
MOS CMOS
Transistor IC ULSI ?????
1950 1960 2000
plastic electronics
optics
nanoelectronics
MEMS
biosensors
molecular nanotechnology
magnetoelectronics
2030
Fonte: IMEC
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N 5
Estrutura simplificada de um transistor NPN
Fig. 4.1
Exemplo: Assuma que o NPN tenha a JEB diretamente polarizada e a JCB reversamente polarizada.Esboce os limites das camadas de depleção e aponte a direção dos campos elétricos nas junções.
NDE >> NAB > NDC
N 6Fig. 4.3
Transistor NPN operando no modo ativo
Difusão de elétrons Deriva de elétrons
Difusão de lacunas
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N 7
Correntes em um NPN operando na região ativa
EI CI
BI
BEV CBV
Fluxo convencional
N 8
Corrente de emissor
0( ) (0) exp BE Tp p E n p V
n E n E n
dn x n A qD nI A qD A qD
dx W W
= = − = −
v /
Difusão:
0(0) exp BE TVp pn n= v /
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N 9
Corrente de coletor
0 exp BE TE n p VC n
A qD ni I
W= = v /
0E n pS
A qD nI
W=
exp BE TVC Si I= v /
IS =AEqDnni
2
N AW
A maioria dos elétrons que se difundem alcançarão os limites da região de depleção coletor-base. Devido a ação do campo elétrico, estes elétrons serão transpostos para o coletor através do mecanismo de deriva.
2
0i
pA
nnN
=
N 10
Corrente de baseCorrente de base ( iB ) =
Corrente de difusão de lacunas da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 )
2
1 exp BE TE p i VB
D p
A qD ni
N L= v /
Componente de Difusão:
6
N 11
iB2 =Qn
τ b
12
(0)n pEQ A nq W= ×
2
e p2
x BE TE Vin
A
nN
A qWQ = v / 2
21 exp2
BE TVE iB
b A
A qWniN
=τ
v /
Corrente de base – Componente de recombinação (iB2)
2Carga de minoritários
Tempo de vida médio de um elétron minorit.Bi =
N 12
Corrente de base
Corrente de difusão de lacunas da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 ) =
Corrente de base ( iB )
2
21 exp2
BE TVE iB
b A
A qWniN
=τ
v /
2
1 exp BE TE p i VB
D p
A qD ni
N L= v /
2
1 21 exp2
BE Tp VAB B B S
n D p n b
D N W Wi i i ID N L D
= + = + τ
v /
exp BE TVS CB
I ii = =β β
v / β é o ganho de corrente de emissor comum
+
=
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N 13
Ganho de corrente de emissor comum (NPN)
CBii =β
β = 1/Dp
Dn
N A
ND
WLp
+ 12
W 2
Dnτb
Como β pode ser maximizado
N 14
Quatro pontos de vista a respeito do controle da corrente de coletor iC
• iC é controlada por vBE
• iC é controlada por iE• iC é controlada por iB• iC é controlada pelo excesso de carga na
base
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N 15
Modelos Equivalentes para grandes sinais
Base comum
Emissor comum
N 16
Curva de Gummel e o índice de eficiência
exp BE TnVC Si I= v /
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N 17
Estrutura dos transistores bipolares reais
N 18Fig. 4.7
Transistor PNP operando no modo ativo
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N 19
Modelo para grandes sinais do pnp
Base ComumiC contrololada por vEB
Emissor ComumiC contrololada por vEB
N 20
Símbolos
11
N 21
Polaridades
N 22
Resumo das equações para o TBJ no modo ativo
expC Si I= BE Tv /V
exp BE TVC SBi Ii
= = β β v /
exp BE TVC SE
i Ii = = α α v /
Nota: Para o transistor pnp, substitua vBE por vEB iC = αiE iB = (1 − α)iE =
iEβ + 1
iC = β iB iE = (β + 1)iB β = α
1 − α α =β
β + 1
VT = tensão térmica = kT/q ≅ 25 mV a temperatura ambiente
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N 23
Sugestão de estudo
• Sedra/Smith cap. 4 seções 4.1 até 4.4
Para saber mais:
Paul R. Gray e Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog integrated Circuits, John Wiley & Sons