ELETRÔNICA II. Engenharia Elétrica Campus Pelotas. Revisão Modelo CA dos transistores BJT e MOSFET

Transcrição

1 ELETRÔNICA II Engenaia Elética Campus Pelotas Revisão Modelo CA dos tansistoes BJT e MOSFET Pof. Mácio Bende Macado, Adaptado do mateial desenvolvido pelos pofessoes Eduado Costa da Motta e Andeson da Silva Matins.

2 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O compotamento do tansisto bipola, diante de pequenos sinais altenados, pode se compeendido e analisado atavés de seu cicuito equivalente paa estes sinais. As fomas mais utilizadas paa epesenta o cicuito equivalente do tansisto são: o quadipolo -íbido (em todas as fequências) e o quadipolo (nas médias e baixas fequências) 2

3 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O conceito de baixas, médias e altas fequências seá abodado mais adiante. Contudo, gosso modo, podemos dize que todo amplificado de banda laga apesenta gano constante paa uma deteminada faixa de fequências do sinal de entada, a qual é dita faixa de médias fequências. Abaixo e acima desta faixa o gano cai e, então, dizemos que estamos nas baixas ou altas fequências paa este amplificado. 3

4 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada As capacitâncias intínsecas do tansisto influem na sua esposta em alta fequência. Po isso, elas só são consideadas quando da análise desta faixa. Cabe salienta que as caacteísticas do tansisto paa coente altenada são nomalmente deteminadas com o tansisto ligado na configuação emisso comum, assim como acontece com as caacteísticas do tansisto paa coente contínua. Contudo, são válidas paa qualque outa configuação, desde que seja mantida a designação dos teminais do tansisto feita no caso do emisso comum. 4

5 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Modelo do tansisto bipola paa baixas e médias fequências Cicuito equivalente sob a foma de um quadipolo pi-íbido Os elementos do modelo pi-íbido são denominados: x : esistência de espalamento da base π : esistência de entada : esistência de ealimentação o : esistência de saída g m : tanscondutância dieta 5

6 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O mesmo cicuito pode se apesentado com uma outa notação, também muito utilizada. 6

7 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O valo de g m é deteminado nos estudos de física do semiconduto, esultando a seguinte equação: g m q I C I k T CBO I T C V T kt q 25 mv g m I C I V T CBO onde q é a caga do eléton (1,602x10-19 C), k é a constante de Boltzman (1,38x10-23 J/K), T é a tempeatua em Kelvin, I CBO é a coente evesa que cicula do coleto paa a base com o emisso em cicuito abeto e V T é a tensão témica da junção pn. Então a 25 C: g m I C 40 I V T C 7

8 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada i 1 i 2 v 1 Quadipolo v 2 8

9 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O quadipolo π pode se tansfomado em um quadipolo. 9

10 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada v i i 1 i v 2 v 2 v i be c fe ie i i b b + + e oe v v ce ce 10

11 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada v fe v ie i i i v i i e v i oe v v [Ω] [adimensional] [adimensional] [S] µ π µ π π π µ π e x x ie // o o m oe m m fe g g g + + µ µ π π µ π π µ 1) ( Aplicando-se ao quadipolo π os pincípios básicos de tansfomação de quadipolos, obtém-se:

12 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Fabicantes usam feqüentemente os paâmetos íbidos na especificação de tansistoes. O pimeio índice define o paâmeto e o segundo, o tipo de configuação do cicuito. Índice x Descição Índice y Descição i Entada (input) e Emisso comum Reveso (evese) b Base comum f Dieto (fowad) c Coleto comum o Saída (output) A pefeência pelo uso dos paâmetos íbidos é devido à elativa facilidade com que podem se medidos na pática. 12

13 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Os valoes dos paâmetos íbidos dependem do ponto de opeação e, natualmente, do tansisto em questão. A tabela dá as descições e valoes típicos de paâmetos íbidos paa a configuação de emisso comum. Símbolo Descição Valo típico ie Impedância de entada 1,4 x 10 3 Ω e fe Gano eveso de tensão (azão de ealimentação da tensão) Gano dieto de coente (gano de coente paa pequenos sinais) 2,5 x 10-4 oe Admitância de saída 20 x10-6 Ω -1 Exemplo paa o tansisto PNP BC 556 até BC 560 em I C 2 ma, V CE 5 V, f 1kHz e T A 25 C. Obs: A unidade de admitância agoa é o siemens (anteiomente dita mo, o inveso do om) (1 S 1 Ω -1 ou 1 )

14 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Como os manuais dos fabicantes de tansitoes nomalmente fonecem os valoes dos paâmetos, as equações anteioes são úteis paa obte o quadipolo. Então, invetendo-se essas equações, tem-se: x π g ie fe m π µ o π e oe 1 g m e Os valoes de e e oe são muito pequenos. Po isso, muitas vezes podem se despezados. Neste caso, os modelos podem se simplificados, se consideamos e 0 ou, também, oe 0. 14

15 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Modelo equivalente simplificado paa baixas e médias fequências modelo π modelo 15

16 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Pode não se sempe possível enconta dados publicados de um tansisto paa um cicuito poposto e, então, é útil aplica a definição básica dos paâmetos íbidos aos váios cicuitos e, assim, elaciona as fomas de configuação aos dados mais pontamente disponíves. v i be c fe ie EC CC BC i i b b + + e oe v v ce ce v i bc e fc ic i i b b + + c oc v v ec ec v i c eb fb ib i i e e + + b ob v v cb cb 16

17 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Os esultados apoximados são Base comum Emisso comum Coleto comum ib ie ib 1+ fb ic ib 1+ fb b e ib 1 + ob fb b c 1 fb α ob fe 1+ fb fb β 1 1+ ob oe ob oc 1 + fb 1+ fb fc fb γ 17

18 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Coleto comum Emisso comum Base comum ic ie ic * ib ic fc c 1 e c * b c ic fc oc 1 fc fe ( 1+ fc) * fb + 1 fc fc oc oe oc * ob oc fc * Exata 18

19 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Emisso comum Coleto comum Base comum ie ic ie * ib ie 1+ fe e c 1 1* e b ie 1 + oe fe e fe fc ( 1+ fe) * fb 1 + fe fe oe oc oe * ob 1 + oe fe * Exata 19

20 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada Exemplo: Um tansisto de baixa potência 2N525 PNP tem paâmetos medidos paa uso no cicuito base comum. Os paâmetos paa uso nas outas duas configuações podem se deteminados como Base comum Emisso comum Coleto comum i ,0 x ,2 x f - 0,978 44,5-45,5 o 0,60 S 27,2 S 27,2 S 20

21 Revisão: Caacteísticas do tansisto bipola paa coente altenada O cicuito íbido simplificado da configuação EC também pode se utilizado na configuação CC ou BC ao coloca à tea o teminal apopiado (modelo apoximado genealizado). 21

22 Revisão: Caacteísticas do FET paa coente altenada Caacteísticas do FET paa coente altenada O compotamento do tansisto de efeito de campo, diante de pequenos sinais altenados, pode se compeendido e analisado atavés do seu cicuito equivalente paa estes sinais. Este cicuito pode se apesentado sob duas fomas: Válida nas fequências baixas e médias Válida nas altas fequências. As capacitâncias intínsecas do tansisto influem na sua esposta em altas fequências. Po isso, só são consideadas quando da análise desta faixa. 22

23 Revisão: Caacteísticas do FET paa coente altenada Modelo do FET paa baixas e médias fequências 23

24 Revisão: Caacteísticas do FET paa coente altenada Nele, temos: d é a esistência de deno, isto é, a esistência do canal de condução, medida paa um deteminado valo de V GS. v ds d id V GS g m é a tanscondutância dieta. Repesenta a amplitude de tansfeência dieta de vgs na foma de coente. Se despezamos d podeemos esceve que i d g m v gs Logo: i g d m v gs 24

25 Revisão: Caacteísticas do FET paa coente altenada O valo de gm pode se, então, obtido a pati da vaiação de I D em função da vaiação de V GS. Assim, podemos obte gm deivando I D V 1 GS V IDSS P 2 No que esulta: 2I DSS V gm 1 VP V GS P I DSS coente de deno de satuação paa VGS 0 V P tensão de pinc-off ou constição (valo de V GS a pati do qual a coente I D é nula paa qualque valo de V DS ) V GS valo paa o qual se que obte I DS e V DSS 25

26 Revisão: Caacteísticas do FET paa coente altenada Em muitas aplicações, a caga ligada ao FET ente deno e fonte é muito meno do que d. Nestes casos, d pode se despezado, obtendo-se, então, 26