Análise de TJB para pequenos sinais Prof. Getulio Teruo Tateoki

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1 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 1

2 Princípio de Funcionamento: - Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na Base uma corrente mínima (V BE 0,7 Volt), caso contrário não haverá passagem de corrente entre o Emissor e o Colector. 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. 2

3 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 R b Resistência de polarização de base R c Resistência de colector ou resistência de carga 3

4 Representação de Tensões e corrente Tensão colector - emissor V BE Tensão base emissor V CB Tensão colector - base I C Corrente de colector Corrente de base Corrente de emissor V RE Tensão na resistência de emissor Tensão na resistência de colector Relação e ganho de correntes I C Considerando o sentido convencional da corrente e aplicando a lei dos nós obtemos a seguinte relação das correntes num transístor bipolar = I C + I I C B = β I I C E = α α β = α = β 1 α 1+ β 4

5 I C É a máxima corrente de colector que o transístor pode suportar. Se este parâmetro for excedido o componente poderá queimar. O V CBO V EBO h FE ou β P d Tensão máxima colector emissor com a base aberta. Tensão máxima colector base com o emissor aberto. Tensão máxima emissor base com o colector aberto. Ganho ou factor de amplificação do transístor. h FE = I C : Potência máxima de dissipação. f T 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 5

6 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. V CC V RE 2. -V BE - V CB 3. V CC - V RB1 - V RB2 4. V RB1 - - V CB 5. V RB2 - V BE - V RE 6. V CC - - V CB - V BE - V RE No ponto X: = I 1 - I 2 I 1 = I 2 + 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: 6

7 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: I C = β Para evitar o disparo térmico, adota-se geralmente:,5v CC 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 V BE, reduzindo a corrente de base. Isto resulta numa corrente de coletor menor compensando parcialmente o aumento original de β. Aplicando Lei de Kirchhoff: V CC = + + R E onde: = R C I C logo: 7

8 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: V RE,1V CC = R B V CC + βr E ou ainda: = IC β = (β + 1) 3 Polarização por realimentação negativa -Este circuito reduz o ganho, mas em compensação aumenta a estabilidade. Equações básicas: V RE,1V CC = V CC - ( + V RE ) 4 Seguidor de Emissor -O seguidor de emissor tem como característica o ganho de tensão baixo( 1) Equações básicas,5v CC R E = 0,5V IE CC = β = VCC RB + βr E 8

9 CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO 5- Polarização por divisor de tensão de base -É um dos métodos mais usados em circuitos lineares. V RE -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 R B1 e R B2, onde R B2 polariza diretamente a junção base-emissor. Segundo a Lei de Kirchhoff para circuitos em série: + + V RE = V CC = R C. I C e V RE = R E. Como a diferença entre I C e é muito pequena, = I C Assim: V CC = + + V RE = R C. I C V RE = R E. I C Exemplo: -Determinar os valores das tensões, V RE e no circuito a seguir. 4mA 10V = R C. I C = ,004 = 4V 1k V RE = R E. I C = ,004 = 1,08V V CC = + + V RE ou 270 = V CC ( + V RE ) = 10 (4,0 + 1,08) = 10 5,08 = 4,92V 9

10 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 10