Transistor de junção bipolar Sedra & Smith, 4 a edição, capítulo 4

Transcrição

1 ransstor d junção bpolar Sdra & Smth, 4 a dção, capítulo 4 ransstor npn ransstor d junção bpolar () ransstor pnp Fgura 4. Estrutura smplfcada do transstor pnp. Fgura 4.1 Estrutura smplfcada do transstor npn. Dpndndo da polardad da tnsão aplcada m cada junção, obtém-s dfrnts modos d opração do JB. Modos d opração do JB npn Sdra. A função do mssor do coltor são nvrtdas (JB não são normalmnt smétrcos). Lgado baxa mpdânca Saturado Lga/Dslga: crcutos lógcos Opração do transstor npn na rgão atva Dslgado lvada mpdânca Cortado (v BC v BE rvrsam. pol.) Pquna corrnt rvrsa. Amplfcadors com JB Modo Cortado Atvo Saturação JEB Rvrso Drto Drto JCB Rvrso Rvrso Drto Fgura 4.3 Fluxo d corrnt m um transstor npn polarzado d modo a oprar na rgão atva. (Componnts d corrnt rvrsa dvdo ao movmnto d drva d portadors mnortáros grados trmcamnt não stão mostrados.) Estão mostrados apnas os componnts da corrnt d dfusão. Concntração dos portadors mnortáros A corrnt d coltor C Corrnt d dfusão d létrons I n : dnp ( x) n p (0) In AE AE dx W v BE / n V p ( 0) np0 n coltor 0 JBC drtamnt polarzada Fgura 4.4 Prfs das concntraçõs d portadors mnortáros na bas no mssor d um transstor npn oprando no modo atvo: v BE > 0 and v CB 0. I A corrnt d coltor C I n : S : fator d scala d corrnt v BE / V np 0) 0( n C IS I S AE AE W W N A Obsrv qu a magntud d C ndpnd d v CB (contanto qu sja 0). 1

2 A corrnt d bas B Componnt B1 (lacunas njtadas da bas para a rgão do mssor): AE q Dp n v BE / V B1 ND LP D p : dfusvdad das lacunas no mssor; L p : comprmnto d dfusão d lacunas no mssor; N D : concntração d dopants no mssor. Componnt B (lacunas qu dvm sr forncdas plo crcuto xtrno d modo a rpor as lacunas prddas na bas plo procsso d rcombnação): Qn 1 AE qw n v BE / V B τb τbn A τ b : tmpo d vda do portador mnortáro Q n : carga do portador mnortáro na bas. A corrnt d bas B () C I S v BE / V B B1 + B D p N A W 1 W 1 + Dn ND LP Dn τb Constant para um transstor m partcular (no caso dal) : ganho d corrnt com mssor comum (usualmnt, 100 < < 00). Para obtr um lvado valor d (dsjávl), a bas dv sr fna (W pquno) lvmnt dopada o mssor fortmnt dopado (N A / N D pquno). A corrnt d mssor E v BE / V E C + B C IS α C α E, α, α α: constant para um transstor m partcular (dalmnt), < 1 (s, por x., 100 α 0,99). Pqunas varaçõs m α corrspondm a grands varaçõs m. α: ganho d corrnt m bas comum. I S E α v BE / V ransstor npn na rgão atva nsão drta v BE : corrnt C (dpndênca xponncal com v BE ) flu no trmnal d coltor. C ndpnd da tnsão do coltor contanto qu v CB 0. Na rgão atva d opração, o trmnal d coltor comporta-s como uma font d corrnt constant dal, m qu o valor da corrnt é dtrmnada por v BE. B C / ; E C + B B << C ( >>1) E C ( C α E, α <1, mas 1) Modlos d crcutos quvalnts Estrutura físca smplfcada Dodo D E : fator d scala d corrnt I S / α fornc a corrnt E rlaconada a v BE conform as quaçõs antrors. Font d corrnt não-lnar controlada por tnsão (grands snas). Pod-s convrtê-la m uma font d corrnt controlada por corrnt xprssando-s a corrnt da font controlada por α E. B: trmnal comum (trra) α: ganho d corrnt d E para C. Fgura 5.6 Sção transvrsal d um JB npn. Fazr os xrcícos 4.1 a 4.5 do lvro txto.

3 O transstor pnp O transstor pnp crcutos quvalnts (grands snas) E E B + v EB DB ( I / ) S v EB / V I S C B C Fgura 4.7 Fluxo d corrnt m um transstor pnp polarzado d modo a oprar no modo atvo. Fgura 4.8 Dos modlos d grands snas para o transstor pnp oprando no modo atvo. Símbolos d crcuto convnçõs C E Indca a drção da polarzação drta da junção BE. Fgura 4.10 Polardad das tnsõs fluxo d corrnt nos transstors polarzados no modo atvo d opração ( v BE (ou v EB ) >0 v CB (ou v BC ) 0 ). Rlaçõs corrnt-tnsão do JB no modo atvo d opração v BE / V C IS C I S v BE / V B C IS vbe / V E α α Obs: Para o transstor pnp, substtua vbe por veb. C C α E B B E ( 1 α ) E ( + 1) B E + 1 α α 1 α +1 k V tnsão térmca q 5 mv na tmpratura ambnt Exmplo 4.1 O transstor na fgura tm 100 xb uma tnsão v BE d 0,7V com C 1 ma. Projt um crcuto d modo qu uma corrnt d ma flua através do coltor qu uma tnsão d + 5V aparça no coltor. Exmplo solução V C +5 V V RC V I C ma V RC 10 V / ma 5 kω v BE 0,7 V com C 1 ma v BE com C ma é dado por: V 0,7 ln BE + V 0,717 V 1 V B 0 V E 0,717 V 100 α 100/101 I E I C / α / 0,99,0 ma R E (VE ( 15)) / I E 7,07 kω 3

4 Rprsntação gráfca das caractrístcas do transstor v BE / V C IS Fgura 4.1 A caractrístca C v BE d um transstor npn (gual à curva -v do dodo, xcto plo valor da constant n). As caractrístcas E -v BE B -v BE são também xponncas, mas com dfrnts corrnts d scala: I S /α para E I S / para B. Para análss dc rápdas d prmra ordm, normalmnt assum-s qu V BE 0,7V. Para um transstor pnp, a caractrístca C v EB srá dêntca à da fgura. A tnsão na junção mssor-bas dcrsc d, aproxmadamnt, mv para cada acréscmo d 1 o C na tmpratura (para uma corrnt d junção constant). Fgur 4.13 Efto da tmpratura na caractrístca C v BE. Para uma corrnt d mssor constant (lnha tracjada), v BE vara na taxa d mv/ C. ransstor npn: C v CB (por E ) Modo atvo d opração (v CB 0). C α E Fgura 4.14 A caractrístca C v CB d um transstor npn. Dpndênca d C com a tnsão d coltor o fto Early Modo atvo d opração JBs mostram uma crta dpndênca com da corrnt d coltor com a tnsão d coltor. Suas caractrístcas C v CB não são lnhas rtas horzontas. Fgura 4.15 (a) Crcuto conctual para a mdção da caractrístca C v CE do JB. (b) A caractrístca C v CE d um JB usual. Dpndênca d C com a tnsão d coltor o fto Early () v BE > 0. v CE pquno (v C < v B ) J CB : polarzação drta rgão d saturação. v CE v CB < 0 J CB : pol. rvrsa spssura da rgão d dplção na J CB W EFEIVA DA BASE I S C : fto Early. Rlação lnar d C com v CE : assumndo qu I S prmanc constant: C v V v I + CE S BE / Inclnação não-nula das lnhas 1 V rtas A C v CE : a mpdânca d saída do coltor não é nfnta Dpndênca d C com a tnsão d coltor o fto Early (3) Inclnação não-nula das lnhas rtas C v CE a mpdânca d saída do coltor é fnta dfnda por: 1 constant r C o v CE v BE Análs dc d crcutos com transstors Modlo da tnsão constant V BE assuma qu V BE 0,7V ndpndntmnt do valor xato da corrnt C. Exmplo 4.: Consdr o crcuto da fgura. Dsja-s analsar st crcuto d modo a dtrmnar as tnsõs m todos os nós as corrnts m todos os ramos. Assuma 100. Da quação antror: r o V A / I C I C : o nívl da corrnt corrspondndo ao valor constant d v BE próxmo à frontra da rgão atva. Esta dpndênca d C com v CE no projto análs do crcuto d polarzação normalmnt não é consdrada; no ntanto, a rsstênca d saída fnta r o pod tr um fto sgnfcatvo no ganho d amplfcadors a transstors. 4

5 Exmplo 4. análs O transstor stá na rgão atva? V B (m rlação ao trra) 4V ; V E V RE < 4V (assumndo o modo atvo d opração, há uma quda V BE d 0,7 na J BE ) A junção BE stá drtamnt polarzada. V E 4 V BE 4 0,7 3,3 V V RE V E 3,3 V I E V E / R E 1 ma. V C 10 V I C R C ; V B 4V Vamos assumr qu V BC < 0: rgão atva d opração (juntamnt com a condção V BE > 0). Assm: I C α I E / (+1) 100/101 0,99 I C 0,99 1 0,99 ma. V C 10 I C R C 10 0,99 4,7 +5,3 V: V BC 1,3V ( ) Exmplo 4. análs () V BE > 0, V BC < 0: O transstor stá na rgão atva? I B I E / ( + 1) 1 / 101 0,01 ma. Condçõs consstnts O transstor stá na rgão atva! Exmplo 4.3 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos O transstor stá na rgão atva? Assuma, ncalmnt, opração na rgão atva. Exmplo 4.4 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos O transstor stá na rgão atva? V B 0V J BE não conduz (V BE < 0) E 0 ; V C 10 I C 4,7k > V B 0 J BC não conduz (V BC 0 V C < 0) C 0 B C E 0 O transstor stá no modo cortado d opração. O transstor stá no modo d saturação (vsto mas adant). Exmplo 4.5 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos Obsrv qu o transstor agora é pnp! Exmplo 4.6 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos O transstor stá no modo atvo? 5

6 Exmplo 4.7 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos O transstor stá no modo atvo? Exmplo a dção do Sdra&Smth Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos Exmplo 4.8 Anals o crcuto da fgura dtrmn as tnsõs m todos 6