TRANSITOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (TBJ)

Transcrição

1 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa TANTO POLA D JUNÇÃO (TJ) Prof. Dr. Hugo Valadars qura spcalzação m Automação ontrol d Procssos ndustras

2 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa UMÁO quaçõs aos trmnas Modlo d pqunos snas Montagns amplfcadors d um únco canal Prncípos Físcos junção npn pnp quação d brs-moll d funconamnto na rgão d saturação Modlo d alta-frquênca

3 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Transístor n-p-n W n p n mssor Junção bas-mssor as coltor Junção bas-coltor mlhant a dos dodos ânodo com ânodo A largura d bas, W, é muto pquna! Três zonas tpcas d opração Zona d cort Ambas as junçõs m cort Zona atva Junção - ON Junção - OFF Zona d saturação Ambas as junçõs ON

4 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Funconamnto na Zona atva mssor A Junção mt létrons qu s dslocam para o coltor n p n oltor c as Junção Polarzada drtamnt b Junção Polarzada nvrsamnt Na zona atva tmos a junção polarzada drtamnt a junção polarzada nvrsamnt Os létrons rsponsávs pla condução d corrnt na junção bas mssor atravssam a pquna bas são rcolhdos no coltor!

5 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Funconamnto na Zona atva A Junção mt létrons qu s dslocam para o coltor mssor n p n coltor c Junção Polarzada drtamnt Porqu é qu os létrons não são bloquados pla junção bas coltor? Porqu como a bas é muto fna a vlocdad dos létrons é sufcnt para qu os létrons chgm ao lado n ants d coldrm com outras partculas (nuclos ou lacunas). Os qu fcam plo camnho vão formar part da corrnt na bas. Assm tmos qu a corrnt no coltor srá aproxmadamnt gual à corrnt no mssor (c) qu a corrnt a bas srá muto pquna (b<<c) D fato tmos qu c é proporconal a b, c = b, com >>1 as b Junção Polarzada nvrsamnt

6 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa quaçõs para as corrnts (zona atva) coltor c v / v T c as n Tmos anda: b b p n ( 1) 1 mssor

7 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa ímbolo O símbolo do transístor npn é basado no su modlo quvalnt bas b coltor c mssor

8 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlos quvalnts (npn) v / V T / / v / V T v / V T v / V T

9 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa mssor Transístor pnp W p n p mssor as oltor bas b coltor c O mssor njta lacunas na bas qu passam drtamnt para o coltor. As quaçõs são smlhants às do transístor npn mas mudam os sntdos das corrnts troca-s Vb por Vb. v / v T

10 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlos quvalnts (pnp) v V T / / v V T / v V T / / v V T /

11 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Funconamnto na Zona Atva npn pnp b c V V V V b c V 0. 2V J ON V 0. 2V J ON v / V T v / V T /( 1)

12 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Zona d aturação A junção as-oltor comça a conduzr para Vbc=0.5V d ond rsulta qu na ntrada na zona d saturação podmos consdrar Vc=0.2 Modlo para o transístor na zona d saturação 0.5V 0.2V 0.7V 0.2V Modlo smplfcado 0.7V

13 c (A) UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Zona Atva urvas aractrístcas dos Transstors 1 50uA Q1 2N3903 V2 12V b=60ua b=20ua Vc (V)

14 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Zona Atva nvrsa Zona Atva nvrsa O transístor é um dspostvo aproxmadamnt smétrco, d tal forma qu s trocarmos o mssor com o coltor obtmos um novo dspostvo, qu contnua a funconar como um transístor No ntanto o coltor é m gral mnos dopado qu o mssor, o qu rsulta m novo ( ) bastant pquno Trocar o mssor com o coltor corrspond utlzar um valor d V ngatvo b V c V V 0. 2V J ON v / V T

15 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa urvas aractrístcas Zona atva Zona atva nvrsa Zona saturação

16 bta UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Varação d bta com a corrnt , , ,001 0, c (A) grands varaçõs d corrnt provocam varaçõs do bta

17 c (A) UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa O fto da Tmpratura Vb vara crca d 2mV/º para valors smlhants d c 1,2 nsbldad á Tmpratura 1 ta do transístor tpcamnt aumnta com a tmpratura 0,8 0,6 0º 27º 60º 0,4 Q1 2N3903 V2 12V 0,2 V1 1V 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Vb (V)

18 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa fto d arly Msmo na zona atva xst uma pquna dpndênca d c com Vc. sso dvdo a uma dmnução da largura ftva da rgão d bas, dvdo ao alargamnto da rgão d dplção da junção. fto d arly. c Tnsão d arly v / vt 1 v V c A 1 50uA Q1 2N3903 V2 12V VA

19 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlo d pqunos snas Modlo Modlo T v + - r gm. v. gm. v r gm V T r V T gm gm V T r r 1 V T Nota: v v

20 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa ncorporando o fto d arly Modlo aumntado v + - r r O ro modla o fto d arly Pod sr consdrado como a rsstênca d saída da font d corrnt. r O V A

21 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Polarzação Polarzação: scolha do ponto d funconamnto m rpouso com uma font d tnsão omo rgra é usual dstrbur a tnsão gualmnt por c, Vc : V V V V 2 V // 2 1 c V c V V /( 1) 2 b quvalnt d Thévnn Para qu sja nsnsívl a varaçõs d tmpratura d dvmos tr V V /( 1) V

22 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Polarzação A polarzação com duas fonts d tnsão prmt rduzr o consumo, tc Polarzação com uma font d corrnt prmt aumntar a mpdânca vsta da bas, tc V V V /( 1) c V V b 1 c V V V 1 2 V 1 V

23 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa onfguraçõs d Amplfcação d um Únco loco Montagm mssor comum V cc Montagm coltor comum ou sgudor d mssor Montagm bas comum V cc c Vo V cc c Vo s V1 Q1 s Q1 Vo s Q1 1 V1 1 l V1 1 V V V

24 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Montagm mssor omum s V1 1 V cc V c Q1 Vo Usa-s para tr Ganho d tnsão r r v v vo gm. v ro // r r A V gm ro // r A gm A s Modlo d pqunos snas V ro r O b gm vp o + o V vp p ro c - // r O O

25 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa mssor omum Dgnrado V cc Modlo d pqunos snas Vo s c Q1 Vo Vs s. r + v - o c o V1 r 1 1 V A A V O 1r

26 V1 s UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ Montagm oltor omum V cc ou gudor d mssor Q1 1 l Nota: calcularam-s os ganho d corrnt tnsão com carga Vo s V1 r ro âmpus Ponta Grossa Modlo d pqunos snas o l Vo o V A V A r r r o ro // L // L 1 1 r O r O L L L 1 r r 1 // 1 O ro // r r 1 Usa-s para tr Ganho d corrnt o L

27 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Montagm as omum Vo V cc c o c Vo s r V Q1 s V1 1 r O V A A V r

28 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa O nvrsor JT Vcc V OH c Vo Zona ort Zona atva V s Q1 V OL 0.2V Zona aturação xmplo: b=10k, c=1k =50 Vcc=5V V 0.7V 0.7V 1. H 66 Margns d uído: NM H V OH V H NM L V L V L V 0.7V OL V V H Não é utlzada m part dvdo ás dfculdads m rtrar o transstor da saturação

29 A dnsdad d létrons lvrs dcrsc na bas. No coltor os létrons lvrs são rmovdos plo campo léctrco. omo a bas tm um comprmnto bastant nfror ao comprmnto d dfusão st dcréscmo é lnar. A bas (tpo-p) é bastant mnos dopada qu o mssor (tpo-n) logo a concntração d lacunas é bastant nfror à concntração d létrons lvrs. UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Prfl da Dnsdad d Portadors mssor (n) n(x) p(x) Vb n p (0) as (p) Vcb oltor (n) O ampo léctrco rmov os létrons lvrs W Largura ftva d bas Lnar já qu W << Ld

30 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ orrnt majortára âmpus Ponta Grossa mssor (n) n(x) p(x) n p (0) Vb as (p) Vcb coltor (n) A tnsão Vb aumnta com a concntração d létrons lvrs no mssor A q D n n A n p W (0) q D n d n d p ( x) x 2 v n vt p0 np ( 0) np0 N A O mssor (tpo-n) é muto mas dopado qu a bas (tpo-p) dond rsulta qu a corrnt é majortaramnt formada por létrons lvrs, qu s dslocam drtamnt do mssor para o coltor! n A q D N A n W n 2 v / v T

31 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa orrnt majortára mssor (n) Vb Vcb coltor (n) n(x) n p (0) as (p) p(x) v / v T A q D N A n W n 2 O Transístor na zona atva comporta-s como um díodo polarzado drtamnt com uma corrnt d saturação dada por s, mas m qu corrnt flu num trcro trmnal dnomnado d coltor!

32 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa orrnt na bas A corrnt da bas tm duas componnts: 1 = orrnt mnortára dvdo às lacunas qu s dslocam da bas para o mssor. quação quvalnt à corrnt d lacunas d uma junção p-n. 1 A N q D D p L 1 2 p n 2 v / v T - 2 = orrnt d rposção dos létrons qu s rcombnam com as lacunas ao atravssarm a bas. arga armaznada na bas 1 Q 1 Qn A q np (0) W 2 n Tmpo médo qu um lctrão dmora até s rcombnar com uma lacuna A qw n N A 2 v / V T

33 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Ganho d corrnt do Transístor ombnando as quaçõs antrors Tmos anda a rlação d nstn: D n 2 Dp N A W 1 W Dv-s notar qu: ta aumnta com a dmnução da largura da bas ta aumnta com a concntração d mpurzas no mssor dmnu com a concntração d mpurzas na bas. ta é normalmnt consdrado aproxmadamnt constant para um dado transístor apsar d varar com város fators L 2 n D n N D L 1 P 2 D n

34 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa ubstrato Os transístors nos crcutos ntgrados modrnos são m gral construídos através da adção d mpurzas a uma bolacha d smcondutor. Transístor planar contatos mtálcos Transístor vrtcal ort vrtcal Transístor n n n p n p ubstrato d líco olacha d líco

35 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlo d brs Moll v / 1 / 1 VT v VT v / 1 / 1 VT v VT coltor c v / T 1 V 1 Dond s dduz qu: 2 1 / F v / 1 / 1 V T v VT as b 2 1 / / 1 v V T 1 Modlo global d funconamnto do transístor mssor

36 V cat (mv) UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Zona d aturação Utlzando o modlo d brs Moll podmos chgar a sgunt fórmula para a rgão d saturação V at V T forcd 1 ( ln 1 forcd forcd 1) / / F forcd F forcd xmplo: =50 forcd V csat (mv)

37 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa oncntração d Portadors Mnortáros na as d um Transístor aturado Zona atva n p 0 v / V T Zona atva nvrsa Zona aturação n p 0 v / V T Tmpos lvados para a saída da rgão d saturação Grand quantdad d carga Armasnda na bas!

38 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlo d Transport coltor F v v / V T / V T 1 1 as c v v / V T / V T 1 1 Uma forma altrnatva do modlo d brs-moll b mssor

39 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa ta para pqunos snas h f c / b A dpnd d c h f ( ). '( Valor rdusdo ). ( ) h f, mas h f ta corrspond a scant à curva, h f à tangnt à curva!

40 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa ftos capactvos no JT apacdad d dfusão ou d carga na bas (zona atva) Q n 2 W 2 D n F d F V T apacdad da junção bas mssor apacdad da junção bas coltor Junção ao cort j V 1 V j0 O V 1 V m j 2 j0 0 m 0 O Junção m condução 2 f d

41 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ âmpus Ponta Grossa Modlo d Alta frquênca rx 0 h f h f 1 s r 0 r Varação d h f com a frquênca ro h f st modlo só é váldo até crca d 0.2 f t f f T rcuto para dtrmnação do bta V cc Q1 f t f f T gm 2

42 UNVDAD TNOLÓGA FDAL DO PAANÁ OMPOÇÃO DA NOTA âmpus Ponta Grossa LATÓO DO ÚLTMO XPMNTO (PO - 50%) -POJTO D UM AMPLFADO OPAONAL OM NVÃO D NAL GANHO 3 -OLOA O TÉO PAA OLHA DO TPO D ONFGUAÇÃO (ALMNTAÇÃO) -OLOA O ÁLULO FNT AO QUAONAMNTO DO UTO UADO O DMNONAMNTO PAA OTNÇÃO DO GANHO DJADO -GU A DTZ PAA LAOAÇÃO D LATÓO NVADA PLO POFO -O LATÓO DV M OJTVO, NA V. D LTATUA. OLOA APNA FÊNA OM LAÇÃO DTAMNT OM O POJTO AVALAÇÃO TA XÍO (PO 50%) - OLV O XÍO D FOMA MANUTA - NÃO ÃO ATA OLUÇÕ DGTALZADA - É OGATÓA A APNTAÇÃO DO ÁLULO - NÃO ÃO ATA APNA A POTA