Teoria 1 - Analise de Transistores TBJ para pequenos sinais

Análise de TJB para pequenos sinais
Prof. Getulio Teruo Tateoki
Constituição:
-Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por
duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de
material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais
designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).
Altamente
dopado
Camada
mais
fina e
menos
dopada
Menos
dopado que
o Emissor
e mais
dopado que
a Base
Altamente
dopado
Camada
mais
fina e
menos
dopada
Menos
dopado que
o Emissor
e mais
dopado que
a Base
N – Material semicondutor com excesso de eletrons livres
P – Material semicondutor com excesso de lacunas
Junções PN Internas ao simbolo:
Junção PN
base emissor
Junção PN
base colector
Junção PN
base emissor
Junção PN
base colector
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Princípio de Funcionamento:
- Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na
Base uma corrente mínima (VBE 0,7 Volt), caso contrário não haverá
passagem de corrente entre o Emissor e o Colector.
IB = 0
O transístor não conduz
(está ao corte)
-Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transístor conduz e pode
amplificar a corrente que passa do emissor para o colector.
Uma pequena corrente
entre a base e o emissor…
…origina uma grande corrente
entre o emissor e o colector
Polarização:
-Para o transístor bipolar poder ser utilizado com interruptor, como
amplificador ou como oscilador tem que estar devidamente polarizado através
de uma fonte DC.
Para o transístor estar correctamente polarizado a junção PN base –
emissor deve ser polarizada directamente e a junção base – colector
deve ser polarizada inversamente.
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Regra prática:
O Emissor é polarizado com a mesma polaridade que o semicondutor que o
constitui.
A Base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a
constitui.
O Colector é polarizado com polaridade contrária à do semicondutor que o
constitui.
Emissor
Base
Colector
Emissor
Base
Colector
P
N
P
N
P
N
+
-
-
-
+
+
Rb – Resistência de polarização de base
Rc – Resistência de colector ou resistência de carga
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Representação de Tensões e corrente
VCE – Tensão colector - emissor
VBE – Tensão base – emissor
VCB – Tensão colector - base
IC – Corrente de colector
IB – Corrente de base
IE – Corrente de emissor
VRE – Tensão na resistência de emissor
VRC – Tensão na resistência de colector
Relação e ganho de correntes
Considerando o sentido convencional da corrente e
aplicando a lei dos nós obtemos a seguinte relação
das correntes num transístor bipolar
IB
IC
IE = IC + IB
IC
=β
IB
IC
=α
IE
β=
α
1−α
α=
β
1+ β
IE
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Análise de TJB para pequenos sinais
IC É a máxima corrente de colector que o transístor pode suportar. Se
este parâmetro for excedido o componente poderá queimar.
VCEO
Tensão máxima colector – emissor com a base aberta.
VCBO
Tensão máxima colector – base com o emissor aberto.
VEBO
Tensão máxima emissor – base com o colector aberto.
hFE ou β
Ganho ou factor de amplificação do transístor.
hFE = IC : IB
Pd
Potência máxima de dissipação.
fT
Frequência de transição (frequência para a qual o ganho do
transístor é 1 ou seja, o transístor não amplifica mais a corrente).
CONFIGURAÇÕES BÁSICAS:
-Os transistores podem ser ligados em três configurações básicas: base
comum (BC), emissor comum (EC) e coletor comum (CC). Essas
denominações relacionam-se aos pontos onde o sinal é injetado e retirado,
ou ainda, qual dos terminais do transistor é referência para a entrada e saída
de sinal
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Polarização com uma única bateria
As tensões nas junções do transistor e nos
componentes
externos,
podem
ser
calculadas utilizando-se as leis de
Kirchhoff para tensão (LKT).
1.
VCC - VRC - VCE - VRE = 0
2.
VCE -VBE - VCB = 0
3.
VCC - VRB1 - VRB2 = 0
4.
VRB1 - VRC - VCB = 0
5.
VRB2 - VBE - VRE = 0
6.
VCC - VRC - VCB - VBE - VRE = 0
No ponto X: IB = I1 - I2
I1 = I2 + IB
Curvas características
-Definem a região de operação de um transistor, tais como: região de saturação,
região de corte, região ativa e região de ruptura
Curva Característica para Montagem Emissor Comum:
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CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
1- Polarização por corrente de Base Constante
-Também denominado de polarização fixa, é um circuito muito utilizado
quando deseja-se que o transistor opere como chaveamento eletrônico,
com dois pontos bem definidos: corte e saturação
-Por esse motivo esse tipo de polarização não é
utilizado em circuitos lineares, pois é muito instável,
pois uma variação da temperatura provoca uma
variação de β.
-Para este tipo de polarização: IC = βIB
Para evitar o disparo térmico, adota-se geralmente:
VCE = 0,5VCC
2- Polarização por corrente de emissor constante
-Diferente do caso anterior, procura-se compensar as variações de β através
do resistor de emissor.
-Assim, quando β aumentar, a corrente de coletor aumenta, aumentando
também a tensão no emissor, fazendo com que haja uma diminuição da
tensão de polarização VBE, reduzindo a corrente de base. Isto resulta numa
corrente de coletor menor compensando parcialmente o aumento original de
β.
Aplicando Lei de Kirchhoff:
VCC = VRC + VCE + REIE
onde: VRC = RCIC
logo:
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CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
2- Polarização por corrente de emissor constante
-Adota-se como prática para garantir a
estabilidade térmica sem afetar o sinal de
saída: VRE = 0,1VCC
IB =
VCC
ou ainda:
RB + β RE
IB =
IC
β
IE = (β + 1)IB
3 –Polarização por realimentação negativa
-Este circuito reduz o ganho, mas em compensação aumenta a estabilidade.
Equações básicas:
VRE = 0,1VCC
VRC = VCC - (VCE + VRE)
4 –Seguidor de Emissor
-O seguidor de emissor tem como característica o ganho de tensão baixo(≤ 1)
Equações básicas
VCE = 0,5VCC
IE = βIB
RE =
IB =
0,5VCC
IE
VCC
RB + β RE
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CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
5- Polarização por divisor de tensão de base
-É um dos métodos mais usados em circuitos lineares.
-A grande vantagem desse tipo de polarização é
sua estabilidade térmica (praticamente
independente de β. O nome divisor de tensão é
proveniente do divisor de tensão formado por RB1
e RB2, onde RB2 polariza diretamente a junção
base-emissor.
VRC
VCE
Segundo a Lei de Kirchhoff para circuitos em
série:
VRE
VRC+ VCE + VRE = VCC
VRC = RC . IC e VRE = RE . IE Como a diferença entre IC e IB é muito
pequena,
IE = IC Assim: VCC = VRC + VCE + VRE
VRC = RC . IC
VRE = RE . IC
Exemplo:
-Determinar os valores das tensões VRC , VRE e VCE no circuito a seguir.
10V
4mA
1k
VRC = RC . IC = 1000 . 0,004 = 4V
VRE = RE . IC = 270 . 0,004 = 1,08V
VCC = VRC + VCE + VRE
270
ou
VCE = VCC – (VRC + VRE)
VCE = 10 – (4,0 + 1,08) = 10 – 5,08 = 4,92V
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Referências Bibliograficas:
-Sistemas Analógicos, Circuitos com Diodos e Transistores – Otávio
Markus, Editora Érica 4ª Edição
-Princípios de Eletrônica – Malvino, Editora Mc Graw Hill, 6ª Edição.
-Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos – Robert L. Boylestad,
Louis Nashelsky, Editora Prendice Hall – 8ª Edição
-Dispositivos e Circuitos Eletrônicos – Volume I – Bogart, Editora
Makron Books, 3ª Edição
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