TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR - TJB. Prof. Dr. Hamilton Klimach

Transcrição

1 DLT - - UFGS tcuts letrôncs NG TANSSTO D JUNÇÃO POLA - TJ Prf. Dr. Hamltn Klmac DSPOSTOS LTÔNOS ATOS (amplfcaçã) Dspsts letrôncs lementares Transstr de Junçã plar JT Transstr de fet de amp FT NPN PNP de Junçã JFT de Prta slada MOSFT anal N anal P PASSOS (relaçã x) Lneares Nã-Lneares Nã-reat: eats: L, Dds Termstres arstres... NG UTOS LTÔNOS 2

2 Transstr plar de Junçã Derss tamans e encapsulaments, cnfrme aplcaçã (lmtes de ptênca, frequênca, tensã, crrente etc) NG UTOS LTÔNOS 3 Transstr plar de Junçã strutura básca d TJ - NPN Duas junções Três camadas NPN amada ntermedára mut fna (AS) amada d mssr é mas frtemente dpada (N > N > N ) NG UTOS LTÔNOS 4 2

3 Transstr plar de Junçã strutura básca d TJ - PNP Duas junções Três camadas PNP amada ntermedára mut fna (AS) amada d mssr é mas frtemente dpada (N > N > N ) NG UTOS LTÔNOS 5 TJ NPN Operaçã NG UTOS LTÔNOS Junçã : Plarzaçã dreta xstem mas prtadres majrtárs (e - ) na regã de emssr, apenas pucs elétrns que atraessam a junçã se recmbnam cm lacunas ( ). A mara ds elétrns lres que atraessa a junçã se mantém cm elétrns lres na base. 6 3

4 TJ NPN Operaçã m a base é mut fna, muts destes elétrns lres se aprxmam da junçã (deslcam-se pr dfusã). A presença d camp elétrc resultante da tensã faz cm que s elétrns lres da base sejam atraíds para cletr, frmand a crrente. m s elétrns que cegam a cletr fram gerads junts cm s que se recmbnaram na base, exste uma prprcnaldade entre e. ( =β ) NG UTOS LTÔNOS 7 TJ NPN Operaçã m númer de elétrns que nã se recmbna na base ( ) é resultad da alta cncentraçã de mpurezas n emssr, a relaçã entre e (β) é prprcnal a relaçã de entre N e N. m númer de elétrns que cega a cletr é funçã da espessura da base (w ), gan de crrente (β) é nersamente prprcnal w. A junçã - se cmprta exatamente cm um dd. NG UTOS LTÔNOS 8 4

5 TJ NPN Operaçã A prncíp, a captura de elétrns pel cletr ndepende d alr de ( > 0), prtant cletr se cmprta cm uma fnte de crrente. De fat, ptencal determna a largura da zna de depleçã nesta junçã, fazend cm que alr efet de w are. ss faz cm que a apresente uma pequena dependênca de. NG UTOS LTÔNOS 9 TJ NPN Fabrcaçã spessura da ase NG UTOS LTÔNOS 5

6 TJ NPN egões de Operaçã Plarzaçã Dreta: Tensões u crrentes aplcadas em sentd dret Ata: crrentes e tensões dferentes de zer rte: crrente de cletr zer Saturaçã: tensã cletr-emssr próx. a zer Plarzaçã eersa: Tensões u crrentes aplcadas em sentd cntrár NG UTOS LTÔNOS 2 TJ NPN egões de Operaçã egã Ata x Saturaçã crte NG UTOS LTÔNOS 3 6

7 TJ NPN - mdels Mdel T para egã Ata S e n T F F NG UTOS LTÔNOS F n T F ln S 4 TJ NPN - mdels Mdel P para egã Ata β S e n T F F NG UTOS LTÔNOS 5 7

8 TJ NPN - mdels Gan de crrente D 546/7/8 NG UTOS LTÔNOS 6 TJ NPN - mdels Mdel para egã eersa NG UTOS LTÔNOS 7 8

9 TJ NPN - mdels Mdel de bers-mll NG UTOS LTÔNOS 8 TJ NPN - mdels Mdel Gummel-Pn: arante d mdel bers- Mll, cm a nclusã de resstêncas e capactâncas parastas. NG UTOS LTÔNOS 9 9

10 TJ PNP Operaçã n Md At NG UTOS LTÔNOS 20 TJ PNP - mdels Mdel para egã Ata Grandes Snas NG UTOS LTÔNOS 2 0

11 TJ PNP - mdels Mdel Smplfcad para egã Ata β S e n T F F NG UTOS LTÔNOS 22 TJ PNP e NPN - Símbls NG UTOS LTÔNOS 23

12 mprtament x aracterístca x d Transstr npn mprtament cm a Temperatura de x S e n T F T NG UTOS LTÔNOS 2m / 24 mprtament de β ( F ) cm T eta aumenta cm a temperatura, ps prcess de dfusã de prtadres na base se ntensfca. eta nã é exatamente cnstante, mas ara puc dentr da faxa de crrentes usual. NG UTOS LTÔNOS 25 2

13 mprtament x rcut de ensa mprtament de x uptura reersa da junçã Saturaçã: crrente passa a depender frtemente de NG UTOS LTÔNOS mprtament de Fnte de rrente (aprxmad) 26 mprtament x Um ncrement em mplca em ncrement em NG UTOS LTÔNOS 27 3

14 Dependênca de cm Para cada tems um dferente m aument de ems que a crrente de cletr NÃO é cnstante fet arly dmnuçã da largura efeta da regã de ase resulta em aument de Mdel de Fnte de rrente em paralel a um resstr A é denmnada de tensã de arly. NG UTOS LTÔNOS 29 Mdel de Grandes Snas c/ fet arly mssr mum NPN PNP NG UTOS LTÔNOS 30 4

15 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - Plarzaçã - NG UTOS LTÔNOS 3 TJ Plarzaçã Dreta NPN PNP NG UTOS LTÔNOS 32 5

16 Mdels de Plarzaçã eg. Ata TJ NPN β Para que TJ esteja na regã ATA é necessár que a junçã - esteja plarzada dretamente cm uma tensã sufcente para que aja crrente na AS. TJ PNP β NG UTOS LTÔNOS 33 TJ NPN Mdels de Plarzaçã rte β O TJ entra em OT quand a junçã - ester cm plarzaçã nsufcente para que aja crrente na AS. Assm a crrente de OLTO também é zer, ps =β. TJ PNP β NG UTOS LTÔNOS 34 6

17 Mdels de Plarzaçã Saturaçã TJ NPN SAT m SATUAÇÃO a relaçã =β NÃO É ÁLDA! Nesta cndçã pde-se ncluse ter a crrente de base mar que a de cletr. TJ PNP SAT NG UTOS LTÔNOS 35 Plarzaçã d TJ e determnam a crrente = Q (quescente) Q Q A crrente = Q (quescente) é prprcnal: Q =βx Q = Q é defnd pr Q e Q Q NG UTOS LTÔNOS 36 7

18 Plarzaçã d TJ nterpretaçã gráfca Mala ase-mssr egã Ata NG UTOS LTÔNOS 37 Plarzaçã d TJ nterpretaçã gráfca Mala letr-mssr egã Ata NG UTOS LTÔNOS 38 8

19 TJ NPN xempl de Plarzaçã nsdere: = 0,7 β = 00 alcular e para: = 5 e = 2mA NG UTOS LTÔNOS 39 TJ PNP xempl de Plarzaçã nsdere: = 0,7 β = 50 alcular, e NG UTOS LTÔNOS 40 9

20 Plarzaçã cm Fnte Únca NG UTOS LTÔNOS 4 Mas de um Transstr = 2 = 0,7 β = 00 NG UTOS LTÔNOS 42 20

21 Autplarzaçã ( ) 43 NG UTOS LTÔNOS ( ) eflexã de mpedânca - mala - (+β) /(+β) NG UTOS LTÔNOS 44 2

22 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - Snal - NG UTOS LTÔNOS 45 Plarzaçã d TJ e determnam a crrente = Q (quescente) A crrente = Q (quescente) é prprcnal: Q =βx Q = Q é defnd pr Q e NG UTOS LTÔNOS 46 22

23 Plarzaçã d TJ NG UTOS LTÔNOS 47 fet d Snal sbre Pnt Q O snal de entrada prca uma pequena araçã Δ = b, de md que = Q + b e = Q + be, A crrente sfre uma araçã prprcnal Δ = c =β b, de md que = Q + c ara n entrn de Q, u = Q + ce, send ce uma araçã prprcnal à c NG UTOS LTÔNOS 48 23

24 fet d Snal sbre Pnt Q Determnaçã gráfca das cmpnente de snal be, b, c, e ce quand um snal é aplcad (superpst) à tensã D. NG UTOS LTÔNOS 49 Lmtes de xcursã de Snal Aplcand-se um snal a Q A, este crta antes de saturar. m Q, este satura antes de crtar. NG UTOS LTÔNOS 50 24

25 rcut mssr mum básc O TJ cm Amplfcadr Um snal é aplcad à ase A saída é letr d Transstr A ampltude na saída é mar que na entrada O crcut funcna cm um amplfcadr NG UTOS LTÔNOS 5 nsderações sbre TJ Q : entre 0,6 e 0,7 (quand cnduznd) r be : r be n be T ; rbe b Q Dera térmca de cm a Temperatura be m 2 a -2, 5 T Gan de crrente npn pnp 26m Q F NG UTOS LTÔNOS ; c (D) fe (snal) b ( ) ; ( ) ; 52 25

26 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - stabldade de Pnt Q - NG UTOS LTÔNOS 53 stablzand Pnt Q cntra arações de β ( ) ( ) cerca de 0x Se : ( ) Q Q NG UTOS LTÔNOS 54 26

27 stablzand Pnt Q cntra nsdere : Q T Q Q T T % Q ( ) T T 00% T Q T T 00% Q % Q Q NG UTOS LTÔNOS arações de Q Q 00% 55 stablzand Pnt Q cntra arações de : xempl xempl: Qual mínm que garante uma araçã máxma de 0% em Q, para uma araçã de temperatura ΔT = 30? nsdere: Q = 0,7 e Δ /ΔT = -2,5 m/ m T 2,5 30 T 00% Q 00% 0,7, 45 Q 0% % Q nclusã: É necessár que,45, para garantr a araçã máxma de 0% em Q, para uma araçã de temperatura ΔT = 30. NG UTOS LTÔNOS 56 27

28 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - apactres de desacplament e passagem - NG UTOS LTÔNOS 57 apactres de desacplament D A cnexã da AGA e da FONT D SNAL a um amplfcadr transstrzad é geralmente feta atraés de capactres de desacplament D ( e ). A funçã destes capactres é etar que a carga u a fnte de snal nterfram n pnt quescente d transstr. stes capactres sã dmensnads de frma que suas reatâncas representem um alr desprezíel, frente às mpedâncas a que estã cnectads, para tda a faxa de freqüêncas d amplfcadr. X 2f AMPL snal O L snal 2 O L NG UTOS LTÔNOS 58 28

29 apactres de desacplament D Plarzaçã: X Fntes fxas que aram cm t mrrem Mdel d TJ para plarzaçã 2 O L b be r be β. b c ce Snal: X 0 Fntes fxas que nã aram cm t mrrem Mdel d TJ para snal NG UTOS LTÔNOS 2 L 59 apactres de desacplament D Plarzaçã: Snal: b c be r be β. b ce 2 L Q Q Q ( ) Se : ( ) Q Q stabldade de pnt Q A ( NG UTOS LTÔNOS b // ) r be L ( // L ) r ( ) Aument de Gan A Se : b be 0 ( ) ( // L ) r be b 60 29

30 apactr de passagem (bypass) Plarzaçã: X Fntes fxas que aram cm t mrrem Mdel d TJ para plarzaçã 2 O L b be r be β. b c ce Snal: X 0 Fntes fxas que nã aram cm t mrrem Mdel d TJ para snal NG UTOS LTÔNOS 2 L 6 apactr de passagem (bypass) nsderand: = 0k; 2 =,8k; = k = 330Ω; L = 4,7k; = 2 Q = 0,6; β= 300 Plarzaçã: Q = 2,2μA Q = 3,66mA Q = 7,3 Snal: r be = T / Q = 2,4k 2 O L Sem : A = -2,44 m : A = -5,6 NG UTOS LTÔNOS 62 30

31 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - xcursã de Snal de Saída - NG UTOS LTÔNOS 63 xcursã de Snal de Saída SATUAÇÃO 0 g 2 O MAX = /( + ) Q Q nclnaçã: K=/( + ) OT = 0 0 Q MAX = NG UTOS LTÔNOS 64 3

32 xcursã de Snal de Saída SATUAÇÃO 0 g 2 O MAX = /( + ) nclnaçã: K=/( + ) OT = 0 Q2 0 Q2 Q 2 MAX = NG UTOS LTÔNOS 65 xcursã de Snal de Saída nclnaçã: K=/( + ) g 2 O MAX = /( + ) metade da reta de carga Q Q MS Máxma xcursã Smétrca (MS) 0 Q = MAX /2 MAX = NG UTOS LTÔNOS 66 32

33 xcursã de Snal de Saída Quand á capactres na mala -, cmprtament desta mala para plarzaçã é dferente d para snal. ss faz cm que tenams 2 retas de carga, uma D (plarzaçã) e utra A (snal). O pnt de cruzament destas retas é sempre pnt Q. Plarzaçã: g 2 c O L β. b ce NG UTOS LTÔNOS Snal: L c c e 0 ( ce c // // ) L ce 67 xcursã de Snal de Saída Plarzaçã: K D Snal: c K ce // A L c ce // O pnt Q é determnad atraés d ajuste da plarzaçã -. L saturaçã ce 0 MAX Q Q2 0 Q Q NG UTOS LTÔNOS K A =/( // L ) Q2 Q 2 K D =/( + ) MAX = crte c =

34 Generalzand: xcursã de Snal de Saída - MS Plarzaçã (reta D): KD Q _ D Q_D : resstênca equalente sta pels termnas - para D, cm as fntes mrtas. sta reta é defnda pels pnts MAX (crte) e MAX (saturaçã). Snal (reta A): K A eq _ A eq_a : resstênca equalente sta pels termnas - para A, cm as fntes mrtas. sta reta é defnda pel pnt Q e pr K A. MAX QMS 0 K A =/ eq_a QMS NG UTOS LTÔNOS Q MS metade da reta de carga A K D =/ Q_D MAX Máxma xcursã Smétrca (MS) 69 xcursã de Snal de Saída - MS Generalzand: Plarzaçã (reta D): K D ( MAX Snal (reta A): K ( max ) c A ce Para MS: cemax =2 QMS N pnt Q: ce = = QMS c = = QMS eslend-se: QMS K D ce MAX K A ) QMS MAX QMS 0 K K MAX A D K A =/ eq_a QMS Q MS metade da reta de carga A cemax = 2 QMS K D =/ Q_D MAX NG UTOS LTÔNOS 70 34

35 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - Mdel Lnear Híbrd para pequens SNAS - NG UTOS LTÔNOS 7 Mdel Lnear Híbrd d TJ TJ na cnfguraçã mssr mum b Mdel lnear íbrd d TJ c b be c ce be e re. ce fe. b / e ce Se as arações de tensã e crrente n TJ frem sufcentemente pequenas, pde-se cnsderar s pequens trecs de excursã de snal das suas curas cm segments de retas. ss permte que se substtua TJ pr um mdel lnear (quadrpl). be NG UTOS LTÔNOS c e b fe b re e ce e fe be c ce b ce0 b ce0 re e be ce b 0 c ce b

36 Parâmetrs d Mdel Híbrd xempl: = 5; = 2mA (alres típcs d manual da Plps) e = 4,5 kω; re = 2x0-4 / fe = 330 A/A; e = 30 μa/ s parâmetrs sã frnecds atraés de curas u tabelas, em funçã d pnt quescente ( Q ; Q ) re: geralmente é desprezíel (mut pequen) /e: se mut mar que a resstênca ttal sta pel cletr, pde ser desprezad e, fe: sempre sã cnsderads NG UTOS LTÔNOS 73 Parâmetrs d Mdel Híbrd xempl: 546/7/8 manual d fabrcante NG UTOS LTÔNOS 74 36

37 xempl: 546/7/8 Parâmetrs d Mdel Híbrd NG UTOS LTÔNOS 75 NG04447 letrônca Transstr plar de Junçã - nfgurações Amplfcadras áscas - NG UTOS LTÔNOS 76 37

38 nfgurações áscas Pssíes O TJ pssu 3 termnas, send que: ce = f( be ) -: mala que cntrla seu funcnament atraés de be (pssíes entradas); -: mala cuja crrente c é cntrlada (pssíes saídas). n b Mala de cntrle (causa): entrada be ce e n/ut c ut Mala cntrlada (efet): saída Assm, 3 cnfgurações amplfcadras sã pssíes: mssr-cmum: entrada: saída: ase-cmum: entrada: saída: letr-cmum: entrada: saída: NG UTOS LTÔNOS 77 Análse das nfgurações Amplfcadras Transstr Plarzad 2 plarza-se TJ us de capactres de desacplament (slam a plarzaçã d snal ) estabelece-se uma das 3 cnfgurações amplfcadras substtu-se TJ pel seu mdel lnear para snal (íbrd) calcula-se s parâmetrs d mdel lnear d amplfcadr (,, A, A, Ag u Ar) NG UTOS LTÔNOS 78 38

39 Análse das nfgurações Amplfcadras Mdels Lneares d Amplfcadr Amplfcadr de Tensã A. L Amplfcadr de rrente A. L A A g A A r NG UTOS LTÔNOS 79 nfguraçã mssr mum Transstr Plarzad Mdel Lnear d Amplfcadr 2 b c 2 be e fe. b / e ce NG UTOS LTÔNOS 80 39

40 nfguraçã mssr mum álcul de : b c 2 be e fe. b / e ce 0 2 e NG UTOS LTÔNOS 8 nfguraçã mssr mum álcul de : b c fe. 2 be e b / e ce 0 e NG UTOS LTÔNOS 82 40

41 nfguraçã mssr mum álcul de A: b c fe. 2 be e b / e ce A 0 e e fe NG UTOS LTÔNOS 83 nfguraçã mssr mum álcul de A: b c fe. 2 be e b / e ce A 0 e fe = // 2 NG UTOS LTÔNOS 84 4

42 nfguraçã letr mum Transstr Plarzad Mdel Lnear d Amplfcadr 2 b e e 2 bc fe. b / e ec NG UTOS LTÔNOS 85 nfguraçã letr mum álcul de : b e e fe. 2 bc b / e ec L Obs: L nfluenca nesta cnfguraçã! L 2 e fe L e NG UTOS LTÔNOS 86 42

43 nfguraçã letr mum álcul de : b e e fe. 2 bc b / e ec e 0 e fe NG UTOS LTÔNOS 87 nfguraçã letr mum álcul de A: b e e fe. 2 bc b / e ec A 0 e fe e fe e NG UTOS LTÔNOS 88 43

44 nfguraçã letr mum álcul de A: b e e fe. 2 bc b / e ec A fe 0 e = // 2 NG UTOS LTÔNOS 89 nfguraçã ase mum Transstr Plarzad Mdel Lnear d Amplfcadr 2 / e e c fe. b eb e cb b NG UTOS LTÔNOS 90 44

45 nfguraçã ase mum álcul de : / e e c fe. b eb e cb b e e e fe 0 fe NG UTOS LTÔNOS 9 nfguraçã ase mum álcul de : / e e c fe. b eb e cb b 0 e NG UTOS LTÔNOS 92 45

46 nfguraçã ase mum álcul de A: / e e c fe. eb e cb b b A 0 e fe e e e e fe NG UTOS LTÔNOS 93 nfguraçã ase mum álcul de A: / e e c fe. b eb e cb b A 0 e fe e fe e e e e fe fe NG UTOS LTÔNOS 94 46

47 mparaçã entre nfgurações A A Méd-alt Alt Alt (nersr) Méd-alt Alt (depende da carga) ax Alt ax < ( ) Alt Alt (nã-nersr) NG UTOS LTÔNOS 95 47