Estruturas Analógicas

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1 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas I Transistor Bipolar

2 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.1 Tipos de TBJ

3 Transistor NPN Estrutura Base: levemente dopada bastante fina permite que a maior parte dos elétrons vindos do emissor chegem ao coletor Símbolo N P N Coletor: dopagem intermediária maior região coleta elétrons vindos da base dissipa a maior parte da potência do transistor Emissor: densamente dopado tamanho médio emite elétrons para a base C B E 3

4 Transistor PNP Estrutura C P B N P E Símbolo B C E 4

5 Norma Proelectron (Europa) Aplicações comerciais: duas letras + seqüência alfanumérica de série. Aplicações profissionais: três letras + seqüência alfanumérica de série. Primeira letra A: Germânio (Ge) B: Silício (Si) C: NaAs D: InSb E: materiais compostos Segunda letra A: diodo de RF B: varicap C: transistor de áudio, pequenos sinais D: transistor de áudio, de potência F: transistor para alta freqüência, pequenos sinais L: transistor para alta freqüência, de potência Y: diodo retificador Z: diodo zener 5

6 Teste de Transistores Determinar se o transistor é NPN ou PNP. Identificar terminais coletor, base e emissor. Detectar possíveis defeitos no componente. 6

7 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.2 Polarização do TBJ

8 Polarização Direta-Direta Diodos emissor e coletor polarizados diretamente. Conclusão: Correntes grandes no coletor e no emissor. 8

9 Polarização Reversa-Reversa Diodos emissor e coletor polarizados reversamente. Conclusão: Correntes pequenas no coletor e no emissor. 9

10 Polarização Direta-Reversa Diodo emissor polarizado diretamente. Diodo coletor polarizado reversamente. Se V BE > 0,7 V: grande fluxo de elétrons injetados na base. Base fina e pouco dopada: poucos elétrons se recombinam com as lacunas na base. A maior parte dos elétrons (mais de 95%) chegam ao coletor, gerando uma grande corrente no diodo coletor, apesar da sua polarização reversa. 10

11 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.3 As Correntes no TBJ

12 Correntes no TBJ Estrutura B I B C E I C I E LKC: cor. entram cor. saem I I I C B E Ganho de corrente do TBJ na região ativa: β CC ou h FE I β ou I β I Valores típicos: C CC C CC B IB TBJ de baixa potência TBJ de alta potência 100 β 300 CC 20 β 100 CC 12

13 Exemplo Importante: supor operação na região ativa!!! B IB? C I E C IE? 10 ma CC

14 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.4 A Conexão Emissor-Comum

15 Circuito Emissor-Comum VBB Circuito da base IB R B V BC V BE V CE I E R C I C Ponto comum entre as duas fontes de tensão: emissor V CC Circuito do coletor Importante: Circuito da base controla o circuito do coletor!!! 15

16 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.5 Curva da Base

17 Exemplo de Curvas da Base C C B I B V BE B I B V BE n p n diodo base-emissor E E Conclusão: a análise de um circuito com TBJ pode ser feita considerando V BE = 0,7 V na grande maioria dos casos. 17

18 Exemplo Calcule as variáveis solicitadas (suponha operação na região ativa). 1k 10 V 100 k IB? VBC? V BE? V CE? I E? IC? CC V 18

19 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.6 As Curvas do Coletor

20 Exemplo de Curva Circuito: Curva I C x V CE Potência dissipada: P D = V CE I C 20

21 Regiões de Operação Circuito: Curvas I C x V CE Saturação (chave fechada) Região ativa (amplificador) Corte (chave aberta) 21

22 Exemplo Calcule as variáveis solicitadas (suponha operação na região ativa). 3,6 k 5V R B IB? V BE? V CE? I I C E? 1 ma CC 100 P 10 V D? 22

23 Experiência 1 Faça o pré-laboratório da Experiência 1. 23

24 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.7 Variações do Ganho de Corrente

25 Variações do Ganho de Corrente O β CC de um transistor bipolar varia em função de: Tolerância de fabricação do componente; Temperatura: quanto maior a temperatura, maior o valor do β CC ; Corrente no coletor. Solução: utilizar estruturas que sejam pouco afetadas pelo valor do β CC do transistor. 25

26 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.8 O Ponto de Operação ou Ponto Quiescente (Q)

27 Definição Ponto de operação ou ponto quiescente é o ponto definido pelos valores de I C (I CQ ) e V CE (V CEQ ) do transistor bipolar em um determinado circuito CC. Esse ponto define em qual região o transistor opera: região ativa, saturação ou corte. 27

28 Exemplo Determine o ponto de operação (ou ponto quiescente) do seguinte circuito. 3k 15 V R B I 30 A B V CEQ? ICQ? CC V 28

29 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.9 A Reta de Carga CC

30 Definição Linha que corta as curvas características do transistor para mostrar cada um dos possíveis pontos de operação do circuito. Qualquer ponto de operação, para ser válido, precisa estar sobre a reta de carga CC. Pontos fora da reta não são pontos de operação válidos. 30

31 Exemplo Esboce a reta de carga CC do seguinte circuito. 3k 15 V R B I 30 A B V CEQ? ICQ? CC V 31

32 Exercício: Reta de Carga CC +20 V I C 2k 220 k +5,1 V V CE 32

33 Exercício: Reta de Carga CC +20 V I C 2k 220 k V CE I CQ Q +5,1 V V CEQ 33

34 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.10 Identificando a Saturação do Transistor Bipolar

35 Procedimento de Cálculo Esboçar a reta de carga CC do circuito. Calcular o ponto de operação assumindo que o transistor bipolar está operando na região ativa: I C = β CC I B. Se o ponto de operação estiver fora da reta de carga CC (ponto não-válido), o transistor está operando na região de saturação, e não na região ativa (suposição errada). Ganho na saturação: CC(SAT) I C(SAT) I B 35

36 Exemplo Determine o ponto de operação (ponto quiescente) do seguinte circuito. 10 k 10 V 93 k V CEQ? ICQ? CC V 36

37 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.11 O Transistor Bipolar Atuando Como Chave

38 O Transistor como Chave +V CC I C R C I C(SAT) I C Saturação V BB R B I B V - CE Corte V CE(CORTE) V CE Possível regra de projeto: calcular R B de modo a colocar o transistor bipolar em saturação forte: β CC(SAT) =10. 38

39 Exemplo Determine o valor do resistor R B de modo a polarizar o transistor bipolar em saturação forte. +15 V I C 1k 5 V ou 0 RB? V - CE 39

40 Experiência 2 Faça o pré-laboratório da Experiência 2. 40

41 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.12 Polarização do Emissor

42 Polarização do Emissor Circuito: V CC V BB R C I C(SAT) I C I V C(SAT) CE(CORTE) R V C CC V R CC E R E V CE(CORTE) V CE Objetivo: Circuito com ponto de operação pouco influenciado pelo valor do β CC do transistor. Aplicações: fonte de corrente, amplificador de tensão. 42

43 Exemplo Considere o circuito abaixo, que utiliza a polarização do emissor. 15 V 1k I C 5V I B V B V BE 2,2 k + V V C CE V E I E 1. Esboce a reta de carga CC do circuito. 2. Determine as variáveis indicadas no circuito. 43

44 Transistor Bipolar Atuando como Fonte de Corrente Nesse tipo de circuito, o transistor define a corrente que passa na carga conectada no coletor do transistor bipolar. V CC V CC RC I C I E RC V BB V BE R E I E I C I E V BB V R E BE 44

45 Experiência 3 Faça o pré-laboratório da Experiência 3. 45

46 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 1.13 Circuitos de Polarização do Transistor

47 A Polarização por Divisor de Tensão Circuito: V CC V CC R C R 1 R C V BB V B R E R 2 R E 2 fontes CC Como VB é sempre menor do que VCC pode-se utilizar 1 única fonte CC 47

48 A Polarização por Divisor de Tensão Como determinar a tensão da base? V CC R 1 I 1 I 2 V 1 I B R2 V2 R C R E Suposição: como o transistor deve operar na região ativa, a corrente da base deve ser bem menor do que I 1 e I 2. Logo, pode-se adotar I 1 = I 2. Usando o conceito de divisor de tensão: R V V V 2 B 2 CC R1 R2 48

49 Exemplo Considere o circuito abaixo. +10 V 10 k 3,6 k BC547B 2,2 k 1k 1. Esboce a reta de carga CC do circuito. 2. Determine V B, V C, V E, V CE, V BE, I C, I B, I E e P D. 49

50 Experiência 4 Faça o pré-laboratório da Experiência 4. 50

51 Transistores PNP Correntes e tensões do transistor PNP: B I B VBE C E I C V CE I E B I B V EB E C I E V EC I C V V V ( V V ) E B BE E B V V V ( V V ) E B EB E B Conclusão: em relação ao transistor NPN, o transistor PNP tem tensões com polaridades opostas e correntes com sentidos opostos. 51

52 Polarização de Transistores PNP Circuitos equivalentes: +10 V 10 V +10 V 10 k 3,6 k 10 k 3,6 k 2,2 k 1k BC547B BC557B BC557B 2,2 k 1k 2,2 k 1k 10 k 3,6 k 52

53 Exemplo Considere o circuito abaixo. +20 V 2,2 k 1,5 k BC557B 10 k 3,6 k 1. Esboce a reta de carga CC do circuito. 2. Determine V B, V C, V E, V EC, V EB, I C, I B, I E e P D. 53