Transistor-5_Corte e Saturação

Configurações básicas TJB - revisão
Emissor comum (EC):




Elevados ganhos de tensão e corrente;
Resistências de entrada de valor moderado;
Resistências de saída de valor elevado.
Resposta em freqüência relativamente pobre.
EC com resistência no emissor:





A resistência de entrada Ri aumenta de (1 + gm Re).
Para a mesma distorção não-linear, podemos aplicar um sinal
(1 + gm Re) vezes maior.
O ganho de tensão é reduzido.
O ganho de tensão é menos dependente do valor de b
(particularmente quando Ri é pequeno).
A resposta em altas freqüências é melhorada
significativamente.
Configurações básicas TJB – revisão (2)
Base comum (BC):
 Resistência de entrada muito baixa.
 Ganho de corrente próximo de um (buffer ou isolador
de corrente – aceita um sinal de entrada de corrente em uma
resistência de entrada baixa (re) e fornece uma corrente
praticamente igual a uma alta impedância no coletor (a
impedância de saída desconsiderando-se RC é infinita).
 Resistência de saída determinada por RC.
 Ganho de tensão que depende consideravelmente da
resistência de fonte RS.
 Boa resposta em altas freqüências.
Configurações básicas TJB – revisão (3)
Coletor comum (ou seguidor de emissor)




Elevada resistência de entrada.
Baixa resistência de saída.
Ganho de tensão que é menor e muito próximo da unidade.
Ganho de corrente relativamente elevado.
A configuração CC é adequada, portanto, para aplicações nas quais uma
elevada resistência de fonte deve ser conectada a uma carga de baixo
valor  o seguidor de emissor atua como um isolador (buffer).
Sua baixa resistência de saída torna-o útil como último estágio de um
amplificador de múltiplos estágios, em que o objetivo deste último estágio
não é aumentar o ganho de tensão, mas fornecer uma baixa resistência de
saída.
Leiam com atenção o final do item que trata a respeito do seguidor de
emissor, em particular a questão da máxima excursão permissível para o
sinal de saída.
TJB como chave – corte e saturação
A região de corte
vI < 0,5 V (aproximadamente)  JEB conduzirá uma corrente
desprezível.
JCB está reversamente polarizada (VCC é positivo).
 O TJB estará no modo de corte.  iB = 0; iE = 0; iC = 0; vC = VCC
TJB como chave – corte e saturação (2)
A região ativa
vI > 0,5 V (aproximadamente). Para ter uma corrente apreciável
circulando  vBE  0,7 V  vI > 0,7:
vI  VBE vI  0,7
iB 

; iC  b iB  aplica-se somente se o
RB
RB
dispositivo estiver no modo ativo
Supondo que o dispositivo esteja no modo ativo: vC = VCC – RC iC
 Verificar se vCB  0  Verificar se vC  0,7 (vC < 0,7  região de
saturação).
 vI = 0   iB   iC   vC  Se vCB < 0 (vC < vB)  região de
saturação.
TJB como chave – corte e saturação (3)
A região de saturação
Saturação: quando se tenta forçar uma corrente no coletor maior do
que o circuito do coletor é capaz de fornecer enquanto se mantém a
operação no modo ativo.
A corrente máxima que o coletor “pode exigir” sem que o transistor
saia do modo ativo  vCB = 0.
ˆ
ˆI C  VCC  VB  VCC  0,7  Iˆ  I C  iB  vI  VBE  vI necessário
B
RC
RC
RB
b
Se iB for aumentado acima de IˆB , iC aumentará e vC cairá para um
valor abaixo da base.
Este comportamento continua até a JCB se torne diretamente
polarizada, com a tensão de polarização direta com cerca de 0,4 a
0,6 V  A JCB conduzirá  vC = ?
TJB como chave – corte e saturação (4)
A região de saturação (continuação)
JCB: diretamente polarizada, com a tensão de polarização direta
com cerca de 0,4 a 0,6 V  A JCB conduzirá  vC será grampeada
em cerca de meio volt abaixo da tensão de base. (A queda de tensão
direta da junção coletor-base é pequena porque a JCB tem uma área
relativamente grande).
 Saturação  qualquer aumento em iB resultará em um aumento
muito pequeno de iC, correspondendo a um aumento muito pequeno
na tensão de coletor vC .
 Na saturação, o b incremental (isto é, DiC / DiB) é muito pequeno,
desprezível. Qualqur corrente “extra” que se tentar forçar no
terminal de base em sua maior parte circulará através do terminal de
emissor.  A relação entre a iC e iB de um transistor saturado não é
igual a b e pode ser ajustada para qualquer valor desejado – menor
do que b – simplesmente forçando mais corrente pela base.
TJB como chave – corte e saturação (5)
A região de saturação (continuação)
Suponha que o transistor esteja saturado.  O valor de VBE de um
transistor saturado é usualmente um pouco maior do que o do
dispositivo operando no modo ativo. No entanto, por simplicidade,
assuma que VBE permaneça próximo de 0,7 V mesmo estando
saturado.
 Saturação  vB > vC em cerca de 0,4 a 0,6 V  vC > vE em cerca de
0,3 a 0,1 V  VCEsat  0,2 V.
TJB como chave – corte e saturação (6)
A região de saturação (continuação)
Saturação  vB > vC em cerca de 0,4 a 0,6 V  vC > vE em cerca de
0,3 a 0,1 V  VCEsat  0,2 V. (Observação: se for forçada mais
corrente pela base, o transistor será levado a uma saturação
“intensa” e a polarização direta da JCB aumentará e, portanto, VCEsat
diminuirá).
 Saturação  iC  constante = ICsat  ICsat = (VCC – VCEsat ) / RC .
 A fim de garantir que o transistor seja levado à saturação, deve-se
forçar a corrente de base de pelo menos:
I Csat  EOS: edge of saturation: início de saturação.
I B ( EOS ) 
b
Costuma-se projetar o circuito de modo que IB seja maior do que
IB(EOS) por um fator de 2 a 10  fator de saturação forçada
(overdrive factor): bforçado = ICsat / IB .
O modelo para o TJB saturado
VBE  0,7 V
VBE  0,7 V
(a) npn
VCEsat  0,2 V
(b) pnp
Cálculos rápidos e aproximados: VBE e VCEsat = 0 (os três terminais
em curto-circuito).
Exemplo 4.13
Analise o circuito da figura 4.51 (o mesmo do exemplo 4.3) para
determinar as tensões em todos os nós e as correntes em todos os
ramos. Suponha que o b do transistor seja especificado como sendo
pelo menos igual a 50.
4
(10 - 5,5) / 4,7 = 0,96 mA
+6V
+6V
1,6 – 0,96 = 0,64 mA
+5,3 + 0,2 = 5,5 V
3
6 – 0,7 = +5,3 V
5,3/3,3 = 1,6 mA
 Supondo que o transistor esteja saturado: VE
 IE ; VC = VE + VCEsat ; IC ; IB = IE – IC
O transistor está realmente
saturado.
 O transistor está operando com: bforçado = 0,96 / 0,64 = 15 < bmínimo especificado
Exemplo 4.14
O transistor da 4.52 tem como especificação um b na faixa de 50 a
150. Encontre o valor de RB que resulta em uma saturação com um
fator de saturação forçada de pelo menos 10.
Transistor saturado: VC = VCEsat = 0,2 V.
1 kW
RB
 IC sat = (+10 – 0,2) / 1k = 9,8 mA
 IB(EOS) = IC sat / bmin = 9,8 / 50 = 0,196 mA
( IB mínimo para saturar o transistor com o menor valor de b)
 Para um fator de saturação forçada de 10, IB deve ser:
IB = 10  0,196 = 1,96 mA
 Portanto, é necessário um valor de RB tal que:
RB = 4,3 / 1,94 = 2,2 kW
Exemplo 4.15
Analise o circuito da figura 4.53 para determinar as tensões em
todos os nós e as correntes em todos os ramos. O valor mínimo
especificado para b é de 30.
Exemplo 4.16
Determine todas as tensões nodais e todas as correntes nos ramos
do circuito da figura 4.54. Suponha b = 100.