O Transistor Bipolar de Junção

Ilha Solteira 2018

Universidade Estadual Paulista – UNESPFaculdade de Engenharia de Ilha Solteira - FEISDepartamento de Engenharia Elétrica - DEE

O amplificador de sinais: Noções gerais

- Formas de representar uma fonte de sinal

microphone speaker

amplifier

Amplificador de áudio:

energia

energia

calor

calortrabalho

Exemplo:

continua...

continua...

continua...

#

Características elétricas do TBJ

TransistorBipolarde Junção

NPNe

PNP

Exemplos de transistores bipolares práticos:

NPNe

PNP

o

... iC não depende de vCE.

... depende de vBE, que depende de iB.

retas horizontais

Importante:

O transistor é um dispositivo de 3 terminais, controlado por corrente, no qual uma pequenina corrente de base comanda uma grande corrente de coletor, independentemente da tensão coletor-emissor:

sendo β muito grande (~1000)

iC,mA

vCE,V

iB,μA

O transistor é um dispositivo de 3 terminais, controlado por corrente, no qual uma pequenina corrente de base comanda uma grande corrente de coletor, independentemente da tensão coletor-emissor:

sendo β muito grande (~1000)

E

C

B

vCEvBE

iB

iCsinal de entrada

Vbb

Quando vBE aumenta ...................... vCE diminui, e vice-versa (??)

cte.

Curva característica de saída do transistor:

Para cada ajuste de IB (μA) medir os valores de IC (mA) e VCE (V).

Na prática, os valores da tensão VA são muito grandes (50 a 100 volts), de maneira que as inclinações das curvas características são muito pequenas.

(A) Região ativa(B) Região de saturação(C) Região de corte

Três regiões de operação:

•

•

0 0,2V 0,7V ... 3V •

i

Embora tenhamos estabelecida que a condição para operação de modo ativo fosse vCB ≥ 0, a qual garantia que a junção coletor-base estivesse reversa (D2 OFF), na verdade, uma junção PN efetivamente não se torna diretamente polarizada até que a tensão através dela exceda vCB ≅ -0,5 V.

ii ??

•

•

0 0,2V 0,7V ... vCE 3V •

reta

Assim, podemos manter a operação em modo ativo de um transistor NPN para vCB negativo, acima de aproximadamente -0,4 V.

Abaixo desse valor, a junção coletor-base começa a conduzir o suficiente para que o transistor saia do modo ativo e entre no modo de saturação, quando iCdiminui.

D1 ON e D2 OFF

D1

ON

e D

2O

N

Figure 5.18 The iC – vCB characteristics of an NPN transistor:

Resposta: ou o TBJ trabalha na região ativa/joelho/não-linear ou entra na região de saturação.

.

•

iii

continua....

continua....

continua....

continua....

continua....

Análise gráfica da amplificação

Tensão que se deseja amplificar:

Tensão de saída amplificada

Tensão que se deseja amplificar:

Tensão de saída amplificada

Tensão que se deseja amplificar:

Tensão de saída amplificada

Tensão que se deseja amplificar:

Tensão de saída amplificada

DC (aplica-se apenas à porção DC do circuito)

Foi inserida a resistência RBpara limitar a corrente de base.

continua...

• QSistema de duas equações:a) Curva de saída iC × vCEb) Reta de carga iC = f(vCE)Solução: ponto Q (quiescente)

Como se soube que a corrente a ser usada era 20 μA?

• QSistema de duas equações:a) Curva de saída iC × vCEb) Reta de carga iC = f(vCE)Solução: ponto Q (quiescente)

Ajustar VBB e RB para resultar iB=20μA.

Tensão de saída amplificada

A tensão de saída, vCE, contém um bias DC, VCE.

Ocorre inversão de fase da entrada para a saída.

Ceifamento na parte de baixo: saturaçãoCeifamento na parte de cima: corte.Ce

ifam

ento

dos

pico

s infe

rior

es

Exemplo:

Se ±L = ±10V e Av = 1000 V/V, então, a amplitude máxima de entrada será L/Av = 10/1000 = 0,01 Vpico = 10 mVpico.

continua...

continua...

No caso do amplificadorelementar:

No exemplo anterior, verificou-se que, se viaumenta então votambém aumenta.

Vamos mostrar que, no casodo amplificador elementar,se vi aumenta então vodiminui.

continua...

continua...

0,2V•

Característica de entrada-saída do amplificador:

continua...

0,2V

•

Figure 5.26 (a) Basic common-emitter amplifier circuit. (b) Transfer characteristic of the circuit in (a). The amplifier is biased at a point Q, and a small voltage signal vi is superimposed on the dc bias voltage VBE. The resulting output signal vo appears superimposed on the dc collector voltage VCE. The amplitude of vo is larger than that of vi by the voltage gain Av.

Amplificador elementar:

Enunciado do problema:

continua...a seguir:

continua...

Usar Matlab

,

continua...

Problema: dificilmente o valor de Is é conhecido na prática!!

•

declividade= declividade

Princípio de Superposição de Efeitos

+

Já sabemos como resolver circuitos transistorizados em DC.

Pergunta: como resolver circuitos transistorizados em AC ?

Resposta: usar modelos equivalentes π ou T.

β = 100

Exemplo:

Modelo T

Modelo π

Circuitos de Polarização DC

≡

ia

ICIB

ICIB

ICIB

B

E

C

ICIB

≡ ≡

Thévenin Thévenin

É possível aplicar o teorema de Thévenin, desde que a corrente de base seja desprezível em relação as demais (ie, para β elevado).

ou

Thévenin

IC

IB

IE

VBE

VCE

IC

IB

IE

VBE

VCE

IC

IB

IE

VBE

VCE

IC

IB

IE

VBE

VCE

continua...

#

continua...

#

IC

IE

VCE

IB

VBE=0,7V

=cte.

IC

IEVBE

VCE

IB

O TBJ como Amplificador: Análise circuital

+

Princípio de Superposição de Efeitos

Análise DC:

Análise AC:

1

3

4

52

1 3 452

1

2

3

4

5

Fonte de corrente controlada por tensão

1 3 452

1

2

3

4

5

1 3 452

1

2

3

4

5

2

4

3

1

5

2

3 4

1

24 31 5

5

Esta porção é a mesma do circuito anterior

Fonte de corrente controlada por corrente

1

4

5

3

2

1

1 2 32 4

2

3

4

Fonte de corrente controlada por tensão

5

2

3

41

Esta porção é a mesma do circuito anterior

12 3

4

1 2 3 54

5

Fonte de corrente controlada por corrente

Qualquer um dos modelos usado deve conduzir sempre à mesma solução de circuito!!!

fonte de corrente controlada por corrente

=αie

continua...

continua...

-

fonte de corrente controlada por tensão

-

continua...

fonte de corrente controlada por tensão

Atenção:

:

saturação corte

vO

(OK!)

(saturação de corte!) #

FIM