13. Electrónica – transístores 13.1. bipolares

13. Electrónica – transístores
13.1. bipolares
Componente activo – saída com maior potência do que entrada
O excesso de potência vem da fonte de alimentação
Bipolar = com duas polaridades
É constituído por 3 regiões dopadas
A do meio é a base e as outras duas o emissor e o colector
13.1
Parâmetros:
IC
IE
IE
IC
IC
IE
IB
IC
Formam duas junções
13.2
Regras para transístores npn (inverter as
polaridades para pnp):
IB
1. O colector tem de ser mais positivo do que o emissor ->
VCE>0
2. Os circuitos base-colector e base-emissor comportam-se
como díodos (díodo emissor e díodo colector)
IC
IB
13.3
13.4
1
3. Para qualquer transístor existem valores máximos para IC, IB
e VCE que não podem ser excedidos (assim como para a
potência: VCEIC, temperatura, VBE, etc.)
O varia muito de transístor para transístor, não é um bom
parâmetro: nenhum circuito deve depender de um valor
particular de
4. Quando as regras anteriores são obedecidas, IC=hFEIB= IB,
tipicamente =100
Não se deve pensar em IC em termos de condução de um
díodo (B-C está polarizado inversamente) – o comportamento
do transístor é mesmo assim!
13.5
A transição zona linear/saturação pode não ser muito
nítida:
Regiões de funcionamento
Em CORTE: as duas junções são inversamente polarizadas ->
IC=0
Transístor saturado VCE~0,2V, VBE=0,8V, então VCB=0,6V
(directamente polarizado)
Se VCE~0,3V já está na região activa (VCB=0,4-0,5V pois
VBE=0,7V
Funcionamento LINEAR/Zona activa:
IC
VBE
13.6
I B B-C inversamente polarizada
0.7V B-E directamente polarizada
Note-se que pedir mais corrente a um transístor saturado,
aumenta IC/IB o que pode fazê-lo entrar na região linear
(IC/IB = ) aumentando bruscamente a potência dissipada
(pois VCE aumenta também)
Em SATURAÇÃO: as duas junções directamente polarizadas
(VCE=0,2V, VBE=0,8V)
13.7
13.8
2
Emissor comum
Ponto de operação
IC
Existem três tipos de ligações: emissor comum (CE),
colector comum (CC) e base comum (CB)
Vsupply
10k
A CE é a mais usada
O lado comum ou a terra de cada fonte de polarização
está ligada ao emissor
13.9
Curvas características e recta de carga
VCE
Vsupply
IB
Vin VBE
100k
RC I C
IC
Vsupply VCE
Vsupply VCE
RC
10k
Vsupply
A partir da curva característica do transístor,
distribuição IC em função de VCE para diferentes
valores de IB, podemos determinar o ponto de
13.10
operação (para um valor de IB)
Seguidor de emissor (ou colector comum)
A saída é o Emissor, o qual segue a entrada (Base) a menos da
diferença de potencial de um díodo:
Saturação
VE~VB-0,7 V, sendo a tensão de entrada Vin>0,7 V
Corte
Não há resistência no colector num seguidor de Emissor
Utilidade: a impedância (~resistência) de entrada é muito
maior do que a impedância de saída (há ganho de
potência embora não haja ganho de tensão!)
13.11
13.12
3
Da mesma forma, calcular-se-ia a
resistência de saída, vista no emissor
quando na base aplicássemos uma fonte
com resistência interna Rin
Suponhamos que R é a carga (RLoad): se o sinal de entrada
variar de VB, a saída ( VE ) varia do mesmo valor
A variação de corrente IE é IE= VB /R
sendo
IE
IB
IC
IB
IB , IB
IE
1
e então
IB
VB
R(1 )
Para determinar esta resistência de saída será necessário
calcular a relação entre Iout e Vout para Vin fixo
A resistência de entrada Rin é
Rin
VB
IB
R(
1) sendo
100, R in
100 R
Vout
Uma pequena impedância de carga R é vista como uma
impedância muito maior, logo exigindo uma muito menor
potência de sinal de entrada
Vout
IB
Vout
Rin
Vin
Rin I B
então
, IE
I out
(
(
1) I B
I out
V
1) out e R out
Rin
Vout
I out
Rin
13.13
1
13.14
Circuitos com transístores
A tensão de breakdown (ruptura) da junção Base-Emissor
para os transístores de silício é pequena (~6 V)
Aplicando a Lei de Kirchoff (∑ V = 0)
para a malha formada por Vcc, Rc,
colector-emissor e Re
Por vezes coloca-se um díodo de protecção
O ganho em tensão da montagem em seguidor de emissor é
de facto um pouco inferior a 1 pois a diferença de potencial BE não é absolutamente constante
Vcc = Rc Ic + Vce + Re Ie
Como a corrente de base Ib é pequena, pode-se supor Ie ≈ Ic
Então:
Ic = (Vcc − Vce )/(Rc + Re)
13.15
13.16
4
Considerando Vcc e R‘= Rc + Re
constantes, conclui-se que Ic varia
linearmente com Vce (com declive
negativo)
A recta pode ser traçada no
gráfico, bastando definir dois
pontos quaisquer (por exemplo:
para Vce = 0, Ic = (1/R') Vcc e para Ic
= 0, Vce = Vcc)
Ic = hFE Ib
Substituindo esse valor de Ic resulta em
Ib = (Vb − Vbe) / (Rb + hFE Re)
Usando a Lei de Kirchhoff para a outra malha (como Ie ≈ Ic),
Vb = Rb Ib + Vbe + Re Ic ou
A relação entre a corrente do colector e a de base é chamada
ganho de corrente cc do transistor (simbolizada por hFE ou
por ) e, em geral, é dada pelo fabricante
Rb Ib = Vb − Vbe − Re Ic
13.17
Exemplo: determinar tensões e correntes do
transístor
Considerando que o transístor está na zona activa
Circulando pela malha da base:
-V1 + RB IB + VBE = 0
ou
IB = (V1 - VBE) / RB =
= (10-0,7)/220 x103 = 42,27µA
IC=βIB=4,23mA
para as tensões temos:
VE=0V; VB=0,7V; VC=10-RCIC =5,7V onde
VBE=0,7V e VBC=-6,4V < 0,7V
13.19
Podemos concluir que o transístor se encontra na zona activa
13.18
Problema típico de transístores
No circuito da figura, se =120 e VBE=0,7V, calcular VE, IE, IC e VC
VB –VE = 0,7 VE = 5-0,7=4,3V
VE = RE IE  IE =VE /RE =4,3/2,5k=1,72mA
IE =IC +IB= IB+IB=(
IB =IE / (
IB
=1,72/(120+1)=0,014mA
IC = IB=120x0,014=1,71mA
-VC -RC IC +VCC =0 VC =10-4x1,71=3,18V
13.20
5
Circuitos com transístores podem ser simulados utilizando
o programa disponível em
http://www.falstad.com/mathphysics.html
13.21
6