Aula 12

Eletrônica II
Germano Maioli Penello
[email protected]
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano
Aula 12
1
Transistor de junção bipolar
Da mesma forma que vimos o MOSFET, apresentaremos agora o BJT
•
Estrutura física
•
Como a tensão entre dois terminais controla a corrente e qual a
equação que descreve esta relação IxV
•
Como analisar e projetar circuitos com BJT
•
Como construir um amplificador linear
•
Configurações de amplificadores
•
Circuitos com componentes discretos.
2
BJT – estrutura física
Polarização das junções
Duas junções pn:
Junção emissor-base (EBJ)
Junção coletor-base (CBJ)
Ver modelo de
Ebers-Moll
A região ativa é utilizada para construit um amplificador
As regiões de saturação (não confundir com o MOSFET!) e corte são
utilizadas para chaveamento
3
BJT – região ativa
IS ~ 10-12 a 10-18 A
(extremamente dependente da temperatura, dobrando a cada 5C)
VT ~25 mV (@300K)
IS é inversamente proporcional ao tamanho da base (W) e diretamente
proporcional à área da EBJ.
4
BJT
Acompanhe a animação a partir de Diodo/rectifier
http://php.scripts.psu.edu/users/i/r/irh1/SWF/Semiconductors.swf
5
BJT – símbolo e
resumo da região ativa
6
Ativa
Efeito Early
B
~0,4V
E
~0,3V Sat
Valores de tensão baixos
(VCB < -0.4V), CBJ está
polarizado diretamente e
estamos na região de
saturação.
VCB > -0.4V, CBJ está
polarizado reversamente e
estamos na região ativa.
Na região ativa, a corrente depende ligeiramente de vCE
7
Exercício
8
BJT como amplificador
BJT tem que estar na região ativa (fonte de corrente controlada por tensão)
Corrente ic em função de vBE
Claramente não linear (relação exponencial)
Desejamos um amplificador de tensão. Como fazer para que uma
fonte de corrente seja transformada em uma fonte de tensão?
Já fizemos algo similar com o MOSFET!
9
BJT como amplificador
vCE
10
BJT como amplificador
vCE
Na região ativa:
Relação não linear!
11
BJT como amplificador linear
Polarizando o BJT
Ponto de operação DC (quiescente)
12
BJT como amplificador linear
Superpondo AC e DC:
O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude.
13
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
Inclinação da reta no ponto Q
14
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
15
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
16
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
Ganho negativo!
17
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
Ganho negativo!
Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão
em Rc e a tensão térmica.
Ainda não estamos nomeando as configurações dos amplificadores, mas
baseado no que aprendemos no MOSFET, qual é o nome desta configuração?
18
BJT como amplificador linear
Ganho de sinal pequeno
Ganho negativo!
Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão
em Rc e a tensão térmica.
Alto VRc causa baixo vCE limitando a varredura de
sinal negativos na saída.
19
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
20
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
21
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
22
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
23
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
24
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
Aproximação de sinal pequeno:
Se vbe << Vt, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência
25
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
Aproximação de sinal pequeno:
Se vbe << Vt, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência
(série de taylor)
26
Aproximação de sinal pequeno
Análise DC:
Incluindo fonte de tensão AC:
Aproximação de sinal pequeno:
Se vbe << Vt, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência
(série de taylor)
27
Aproximação de sinal pequeno
A aproximação só é válida quando vbe << Vt.
Para fins práticos, à temperatura ambiente
(Vt ~ 25mV)  vbe < 10mV.
Dentro desta aproximação:
28
Aproximação de sinal pequeno
A aproximação só é válida quando vbe << Vt.
Para fins práticos, à temperatura ambiente
(Vt ~ 25mV)  vbe < 10mV.
Dentro desta aproximação:
A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC
29
Aproximação de sinal pequeno
A aproximação só é válida quando vbe << Vt.
Para fins práticos, à temperatura ambiente
(Vt ~ 25mV)  vbe < 10mV.
Dentro desta aproximação:
A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC
Analisando a componente AC:

Onde:
Chamamos gm de transcondutância
30
Transcondutância
A transcondutância do BJT é
proporcional à corrente IC
Para que a transcondutância seja
previsível, precisamos de IC estável
(ponto quiescente estável)! E
também temperatura estável.
Segmento linear na curva exponencial
IC ~ 1mA  gm ~ 40 mA/V (transcondutância maior que do MOSFET)
31
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Note que a definição da resistência rp é apenas para o sinal AC!
Já estamos começando a construir um modelo de sinais pequenos...
32
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de
entrada na base
33
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de
entrada na base
34
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de
entrada na base
Só estamos interessados na corrente de sinal alternado
35
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de
entrada na base
Só estamos interessados na corrente de sinal alternado
portanto
36
iB e resistência de entrada na
base
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
rp é proporcional a b e inversamente proporcional à corrente de base IB
(consequentemente à corrente de polarização IC)
37
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
38
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ie, determinamos a resistência de
entrada no emissor
39
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ie, determinamos a resistência de
entrada no emissor
Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal
40
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ie, determinamos a resistência de
entrada no emissor
Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal
Portanto,
41
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
42
iE e resistência de entrada no
emissor
Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Relação entre re e rp

43
44
(a) Calcular IC.
A partir de IC, calcular VBE
45
Como esperado, muito próximo de 0,7V
46
(b) Relacione vCE com vBE e utilize a equação
Daria para utilizar a transcondutância?
47
48
(c) Limite da saturação? Corrente neste limite?
Novo vBE? Diferença entre o novo vBE e o
antigo?
vCE
49
50
Se DvBE > 9 mV, saímos da ativa!
51
(d) Para vCE = 0.99VCC, qual a nova corrente?
Qual o novo vBE? Qual é a variaçã em vBE?
52
53