Série 3- Transístor Bipolar de Junções TBJ

Série 3- Transístor Bipolar de Junções TBJ
Soluções:
3.1
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
RC=0,909 kΩ
IB=0,845 mA, IC=42,25 mA; IE=43,095 mA; UCE=20,77V
IB=01,63 mA, IC=25,73 mA; IE=27,36 mA; UC=0,224V
0<RC<0,909 kΩ tem-se UC=-38,45+42,25 RC
RC=0,909 kΩ UC=0
RC>0,909 kΩ UC aprox. 0.
EC = 61,2 V
∆U2/∆EC=-0,64
∆U2/∆EC=-0,75
P= 523,6 mW
3.2
a) IB=0,1 mA, IC=4 mA; IE=4,1 mA; UC=-6V com RB=100 kΩ
IB=1 mA, IC=10 mA; IE=11 mA; UC=0,268V com RB=10 kΩ
b) ∆IC/∆E=0,4 mS com RB=100 kΩ
∆IC/∆E=1 mS com RB=10 kΩ
c) IB=0,1 mA, IC=-0,6 mA; IE=-0,5 mA; UE=-9,5V
Objetivo:
Estudo e compreensão do TBJ em regime estacionário e quase-estacionário ou
variável.
Conclusões:
1.
No TBJ existe uma influência de cada uma das junções sobre a outra, devido ao facto
de a base ser estreita comparada com o comprimento de difusão dos portadores. É
sobretudo importante a influência da junção emissora na junção colectora. Esta é
traduzida por um ganho de corrente αF quase unitário.
2. O parâmetro αF é dado pelo produto do rendimento de injecção do emissor pelo
factor de transporte na base. Qualquer destes parâmetros é menor do que 1. Nos
transístores bipolares convencionais (de homojunção) o rendimento de injeção é tanto
maior quanto maior for a dopagem do emissor face à da base. Por outro lado, o factor
de transporte na base aproxima-se da unidade à medida que o comprimento da base
decresce.
3. Nos circuitos amplificadores, o TBJ deve estar a funcionar na zona activa directa (ZAD),
de modo a que o sinal de saída não venha distorcido e seja uma réplica do sinal de
entrada. A polarização do TBJ é assegurada pela escolha das resistências e das fontes
do circuito.
4. A montagem de emissor comum (EC) é inversora e amplifica o sinal de entrada. O
modelo incremental do TBJ depende do PFR, uma vez que traduz as variações
pequenas em torno de um dado ponto de funcionamento. Só assim o sistema pode ser
linear. Usaremos apenas o modelo incremental do TBJ quando este está a funcionar na
ZAD. Nos circuitos de polarização com uma única fonte e sem resistência de emissor, o
ganho de tensão é dado pelo simétrico do produto da transcondutância incremental
pela resistência ligada ao colector. Pode ser elevado (em módulo), mas o circuito não
é estável com a temperatura. Como usualmente, os parâmetros incrementais são
dependentes do ponto de funcionamento em repouso.
5. Um ganho de tensão elevado (em módulo) numa montagem EC pressupõe uma
elevada transcondutância do transístor, que representa deste modo um factor de
mérito do TBJ. O aumento da resistência de colector pode levar o transístor à
saturação, onde o ganho de tensão tende para zero.
6. De modo a aumentar a estabilidade do circuito amplificador de EC, coloca-se uma
resistência ligada entre o terminal de emissor e a massa. No entanto, o ganho vem
acentuadamente reduzido. O circuito diz-se de emissor comum com degenerescência,
uma vez que a resistência de emissor faz a retroacção negativa ou degenerativa.
Como valor aproximado do ganho deste circuito pode tomar-se o simétrico da razão
entre as resistências ligadas ao colector e emissor (-RC/RE).
7. De modo a aumentar o ganho do circuito de EC, coloca-se um condensador de
contorno à resistência de emissor cuja impedância às frequências intermédias é muito
baixa.
8. A diminuição da fonte de alimentação, colocada na malha de saída da montagem EC,
leva o transístor para a saturação. O seu aumento leva o TBJ para a disrupção da
junção colectora. Deve ser tomada atenção para que a potência no transístor não seja
excedida, o que pode acontecer quer na ZAD quer na disrupção do colector.
9. Na ZAD, o aumento do módulo da tensão entre o colector e o emissor provoca um
aumento da polarização inversa da junção colectora e, portanto, uma diminuição do
comprimento efectivo da base. Este corresponde ao comprimento da região neutra da
base. Este efeito traduz-se por uma aumento do ganho de corrente βF com o módulo
de UCE . É o efeito de Early.
10. O efeito de Early no modelo do TBJ em regime incremental alternado sinusoidal é
traduzido por uma resistência incremental colocada entre os terminais de colector e
de emissor, em paralelo com a fonte de corrente controlada pela tensão ou corrente
de entrada (base). Traduz-se por uma diminuição do módulo do ganho de tensão e por
uma diminuição da resistência de saída da montagem de EC.
11. Na montagem de colector comum (CC), o sinal de entrada é colocado na base e o sinal
de saída retirado no terminal de emissor. O circuito é não inversor e o ganho de
tensão é sempre menor do que 1, podendo ser na maioria dos casos tomado como
praticamente unitário. A resistência de entrada é elevada e a resistência de saída é
baixa. Funciona como adaptador de impedâncias ou buffer de tensão.
12. O transístor bipolar de heterojunções permite que a dopagem da base seja maior do
que a dopagem do emissor sem diminuir o ganho de corrente βF, uma vez que joga na
diferença de materiais do emissor e da base. O material da base deve ser o que tem
maior concentração intrínseca, ou seja, o que tem menor altura da banda proibida.
Desta forma, o perfil de impurezas correspondente à estrutura emissor-base-colector
pode ser simétrico. Possui várias vantagens relativamente ao TBJ convencional.
Nomeadamente:
a. Uma base mais estreita;
b. Um factor de transporte quase unitário;
c. Um ganho de corrente αF praticamente igual ao rendimento de injeção;
d. Elevados ganhos de corrente βF;
e. Menores resistência da base;
f.
Elevados frequências de transição (frequência para a qual o ganho de corrente
é unitário);
g. Diminuição do efeito de Early;
h. Diminuição dos efeitos capacitivos.