Electrónica II 2º Ano 2º Semestre Departamento de Engenharia Electrotécnica Escola Superior de Tecnologia de Viseu
Apresentação da disciplina Docente Luís Filipe Carvalho Simões Gabinete 15 E-mail lfcsimoes@estv.ipv.pt Página pessoal www.estv.ipv.pt/paginaspessoais/lfcsimoes * * caso a documentação seja disponibilizada noutro endereço, essa informação será dada nas próximas aulas
Objectivos da disciplina Aquisição de competências na área da electrónica analógica com especial incidência na análise de circuitos com transístores a frequências médias. Compreensão das metodologias de simulação de circuitos. Projecto de circuitos simples de electrónica em particular montagens amplificadoras. Compreensão dos vários elementos constituintes de um sistema electrónico completo.
Funcionamento de Electrónica2 A disciplina divide-se em: Aulas Teóricas; Aulas Teorico-Práticas Aulas Práticas
Bolonha novo paradigma de ensino O regime de créditos em vigor nas universidades portuguesas desde 1980 (Decreto-Lei 173/80 de 29 de Maio) é baseado em horas de contacto, em que uma Unidade de Crédito corresponde a 15h de aulas teóricas ou 22h de aulas teórico-práticas ou 40h de aulas práticas. -modelo centrado no professor e na transmissão de conhecimento. Valorizando excessivamente as aulas teóricas e desvalorizando, em contrapartida, as aulas práticas e laboratoriais, induzindo, ao longo dos tempos um conjunto crescente de efeitos perversos. -incentivou uma pedagogia transmissiva e desincentivou uma pedagogia da actividade e da autonomia. -estimulou as tendências livrescas e de mera acumulação de informação. -constitui agora um sério obstáculo a uma pedagogia de qualidade. Hoje em dia, a generalidade das licenciaturas portuguesas caracteriza-se por um modelo de ensino com aulas teóricas expositivas (para transmitir conhecimentos), aulas teóricopráticas para a resolução de problemas (aplicando a teoria transmitida ) e aulas práticas dirigidas para actividades normalmente descontextualizadas, repetitivas e muito circunscritas a pequenas fatias de matéria. De um modo geral não são usados, nem mesmo a nível experimental, modelos centrados no aluno e mais estimulantes da iniciativa e da criatividade. Num contexto em que a informação, mesmo a informação científica especializada, está universalmente acessível graças às novas tecnologias das comunicações e à Internet, a função que a universidade exerceu ao longo de séculos de repositório privilegiado do conhecimento e instância por excelência da sua transmissão, vê a sua importância diminuída face aos novos desafios que se lhe colocam na emergente sociedade do conhecimento.
Bolonha novo paradigma de ensino Novos modelos pedagógicos, tais como a aprendizagem baseada na resolução de problemas ou baseada em projectos têm vindo a ser experimentados com sucesso em domínios como as engenharias e a medicina, baseando-se não num paradigma de transmissão passiva, de absorção, do saber, antes num paradigma de aprendizagem guiada mas autónoma por parte do aluno, em que este é um construtor da sua própria aprendizagem. Neste contexto as aulas deixam de ser a fonte única de informação que determina o esforço pedido ao aluno para a apreender. A forte dependência das Unidades de Crédito do número de aulas teóricas é tanto mais aberrante quanto é generalizado um elevado grau de absentismo a estas por parte dos alunos, absentismo esse que tende a aumentar à medida que o semestre decorre. Um sistema mais flexível, que rompa o acoplamento directo entre créditos e horas de contacto, e que reconheça a pluralidade das fontes de conhecimento e valorize o trabalho autónomo do aluno é necessário para permitir pedagogias adequadas ao novo ambiente tecnológico e social. Prof. Doutor Leopoldo José M. Guimarães, Coordenador Profª Doutora Cristina Mª Robalo Cordeiro Prof. Doutor José Ferreira Gomes Prof. Doutor Raul Bruno de Sousa Prof. Doutor Mário Vieira de Carvalho Prof. Doutor António Brito Ferrari Prof. Doutor Acílio Estanqueiro Rocha Profª. Doutora Isabel Santana da Cruz Prof. Doutor António Fontaínhas Fernandes Prof. Doutor Carlos Alberto Azevedo
Proposta para Aulas Práticas Grupos de trabalho de 4 pessoas Encontro semanal de 15 minutos com cada grupo (pelo menos) Cada grupo terá tarefas semanais a cumprir Haverá um portal online onde deve ser adicionada informação sobre o progresso do trabalho O grupo será avaliado semanalmente Cada elemento do grupo será avaliado isoladamente Os trabalhos serão sobre electrónica analógica/digital Os trabalhos serão compilados e disponibilizados A duração dos trabalhos de cada grupo dependerá da sua complexidade e do seu progresso
Proposta para Aulas Práticas Exemplos de actividades semanais: Pesquisa de novos componentes Estudo de novos desenvolvimentos na electrónica Publicação de notícias em portal sobre electrónica Trabalho sobre uma área da electrónica Projecto de circuito electrónico simples Estudo de projectos circuitais publicados Desenvolvimento desde projecto até construção de hardware de alguns sistemas
Exemplos de trabalhos de investigação Trabalho de investigação sobre: Optoelectrónica Células solares Condensadores, tipos e aplicações Soldadura de componentes Componentes SMD Alimentação de circuitos (pilhas, baterias, ) Realização de PCBs Electrónica analógica programável Equipamentos de laboratório para electrónica Electrónica automóvel Componentes recentes e inovadores
Exemplos de projectos Projectos: Medidor de capacidade de pilhas Carregador de baterias Fonte de alimentação digital Medidor de pressão acústica Amplificador áudio Altifalantes activos Sensores (temperatura, humidade ) Comutador vídeo Fontes de alimentação sem transformador Detectores de presença Simulador de presença Detector de metais
Sugestões dos alunos
Funcionamento de Electrónica2 A disciplina divide-se em: Aulas Teóricas; Aulas Teórico-Práticas; Aulas Práticas; Aulas onde são explicados todos os conceitos fundamentais à disciplina. Resolução de exercícios sobre circuitos; análise e projecto de circuitos. Avaliação e debate da investigação e desenvolvimento de projectos efectuado por parte dos grupos
Funcionamento de Electrónica2 A presença nas aulas de Electrónica 2 são contabilizadas: Aulas teóricas para fins estatísticos Aulas teórico-práticas para fins estatísticos Aulas práticas Nota final pesada com o número de presenças.
Horário
Avaliação Época normal Uma prova escrita de frequência. Uma prova escrita de exame. A componente prática vale 5 valores (~0,5 valores por semana). Para ter aprovação na disciplina, o aluno terá de obter uma classificação final igual ou superior a 9,5. Época de Recurso Uma prova escrita de exame. Poderão participar na época de recurso os alunos que não obtiverem aprovação na época normal ou os que, tendo obtido aprovação na época normal, pretendam obter melhoria de classificação.
Documentação da disciplina Documentação necessária para a disciplina: Cópia dos slides mostrados nas aulas; Apontamentos tirados nas aulas; Livros indicados na bibliografia; Inúmeros sites na internet;
Bibliografia Apontamentos da cadeira de Electrónica II Autor(es) Luís Simões Assunto(s) Electrónica II Principles of Electronic Devices Autor(es) William D. Stanley Publicação Prentice Hall ISBN 0-02-415560-8 Assunto(s) Electrónica Electronic Circuits, Analysis, Simulation, and Design Autor(es) Norbert R. Malik Publicação Prentice Hall ISBN 0-02-374910-5 Assunto(s) Electrónica Electronic Circuits, Analysis, Simulation, and Design Autor(es) Norbert R. Malik Publicação Prentice Hall ISBN 0-02-374910-5 Assunto(s) Electrónica
Microelectronic Circuit Design Autor(es) Richard C. Jaeger Publicação McGraw Hill ISBN 0-07-114386-6 Assunto(s) Electrónica Circuitos com Transístores Bipolares e Mos Autor(es) Manuel de Medeiros Silva Publicação Gulbenkian ISBN 972-31-0840-2 Assunto(s) Electrónica Microelectronic Circuits, Analysis and Design Autor(es) Rashid Publicação PWS ISBN 053495174 Assunto(s) Electrónica Electronic Circuits, Discrete and Integrated Autor(es) Donald L. Schilling, Charles Belove Publicação McGraw Hill ISBN 0-07-100602-8 Assunto(s) Electrónica
Electrónica 2 Transístores
Electrónica What is a transistor? A transistor is a three-terminal active semiconductor device. The first transistor was invented at Bell Laboratories in 1947 by physicists John Bardeen, William B. Shockley and Walter Brattain, who shared the 1956 Nobel Prize for jointly inventing the transistor, a solid-state device that could amplify electrical current. The transistor performed electronic functions similar to the vacuum tube in radio and television, but was far smaller and used much less energy. The transistor became the building block for all modern electronics and the foundation for microchip and computer technology. Sugestão: aprender inglês!
Aplicações de Transístores O transístor desempenha duas funções fundamentais: - amplificador; - comutador; As ondas sonoras que atingem um microfone podem ser fracas. É no entanto possível amplificar os sinais eléctricos e convertêlos em ondas mecânicas sonoras de maior amplitude através de um altifalante. Esta função é conseguida pelas funções amplificadoras do transístor. Sem modificar a forma do sinal de entrada, o transístor amplifica a sua amplitude. olá olá
Aplicações de Transístores O transístor desempenha duas funções fundamentais: - amplificador; - comutador; Porta lógica AND! Piscas A B 1 0 1 0 Os computadores usam sinais digitais binários onde 1s e 0s desempenham um papel fundamental. A função do transístor é neste cenário, de comutação entre dois estados possíveis para representar esses digitos binários.
Tipos de transístores Existem duas classes fundamentais de transístores: - Transístores de Efeito Campo (FET - Field Effect Transistor): A condução é controlada por um campo eléctrico produzido por uma tensão aplicada aos terminais de controlo. O controlo não necessita de corrente pelo que o FET é um dispositivo controlado por tensão. - Transístores de Junção Bipolares (BJT bipolar junction transistor); Dispositivo baseado em díodos que está vulgarmente bloqueado a menos que os terminais de controlo estejam directamente polarizados. A grandeza de controlo é uma corrente e o BJT é por natureza um amplificador de corrente.
Identificação de transístores Os transístores apresentam diferentes aspectos (encapsulamentos) dependendo da aplicação a que se destinam.
Exemplo para BJTs Identificação de transístores Não existe uma convenção internacional no formato do código de identificação, havendo vários sistemas em uso. No sistema americano, p. exemplo, estes começam por 2N seguidos por um código de 4 dígitos (2N3053 p. exemplo). No sistema europeu a primeira letra indica o tipo de transístor (A=germânio, B=silício) e a segunda letra indica o tipo de utilização (C=amplificador de frequências áudio de pequena potência, D=amplificador de frequências áudio de elevada potência, F=amplificador de frequências rádio de pequena potência). Muitos fabricantes têm um sistema próprio de identificação.
Exemplo para BJTs Identificação de transístores Todos os transístores são identificados por um código registado no encapsulamento. Tendo este código é possível consultar a folha de especificações do fabricante (datasheet), o que permite responder a questões como (exemplo para um BJT): - material de que é feito o transístor (silício ou germânio); - determinar se é um transístor do tipo NPN ou PNP; - qual dos contactos é a base, o colector e o emissor; - quais são as suas especificações circuitais.
Exemplo para BJTs Exemplo de datasheet da FAIRCHILD
A tabela seguinte indica a informação técnica mais importante para alguns transístores mais comuns. Tabelas em catálogos e em livros de referência mostram mais informação que será apenas necessária em situações particulares. NPN transistors Exemplo para BJTs Code Structure Case style I C max. V CE max. h FE min. P tot max. Category (typical use) Possible substitutes BC107 NPN TO18 100mA 45V 110 300mW Audio, low power BC182 BC547 BC108 NPN TO18 100mA 20V 110 300mW General purpose, low power BC108C BC183 BC548 BC108C NPN TO18 100mA 20V 420 600mW General purpose, low power BC109 NPN TO18 200mA 20V 200 300mW Audio (low noise), low power BC184 BC549 BC182 NPN TO92C 100mA 50V 100 350mW General purpose, low power BC107 BC182L BC182L NPN TO92A 100mA 50V 100 350mW General purpose, low power BC107 BC182 BC547B NPN TO92C 100mA 45V 200 500mW Audio, low power BC107B BC548B NPN TO92C 100mA 30V 220 500mW General purpose, low power BC108B BC549B NPN TO92C 100mA 30V 240 625mW Audio (low noise), low power BC109 2N3053 NPN TO39 700mA 40V 50 500mW General purpose, low power BFY51 BFY51 NPN TO39 1A 30V 40 800mW General purpose, medium power BC639 BC639 NPN TO92A 1A 80V 40 800mW General purpose, medium power BFY51 TIP29A NPN TO220 1A 60V 40 30W General purpose, high power
Exemplo para BJTs NPN transistors Code Structure Case style I C max. V CE max. h FE min. P tot max. Category (typical use) Possible substitutes TIP31A NPN TO220 3A 60V 10 40W General purpose, high power TIP31C TIP41A TIP31C NPN TO220 3A 100 V 10 40W General purpose, high power TIP31A TIP41A TIP41A NPN TO220 6A 60V 15 65W General purpose, high power 2N3055 NPN TO3 15A 60V 20 117W General purpose, high power PNP transistors Code Structure Case style I C max. V CE max. h FE min. P tot max. Category (typical use) Possible substitutes BC177 PNP TO18 100mA 45V 125 300mW Audio, low power BC477 BC178 PNP TO18 200mA 25V 120 600mW General purpose, low power BC478 BC179 PNP TO18 200mA 20V 180 600mW Audio (low noise), low power BC477 PNP TO18 150mA 80V 125 360mW Audio, low power BC177 BC478 PNP TO18 150mA 40V 125 360mW General purpose, low power BC178 TIP32A PNP TO220 3A 60V 25 40W General purpose, high power TIP32C TIP32C PNP TO220 3A 100 V 10 40W General purpose, high power TIP32A
Structure Case style I C max. V CE max. h FE Corrente de colector máxima. Exemplo para BJTs Este atributo indica o tipo de transístor NPN or PNP (em BJTs). As polaridades dos dois tipos são diferentes pelo que se se procura um substituto, ele terá de ser do mesmo tipo. Para cada tipo de encapsulamento os terminais variam pelo que é necessária a consulta das tabelas de referência dos encapsulamentos. Máxima tensão entre os terminais de colector e emissor. Este é o valor do ganho de corrente (na análise DC). O valor mínimo garantido é dado pois o valor real varia de transístor para transístor mesmo para transístores do mesmo lote. Esta é uma grandeza adimensional. O ganho é muitas vezes indicado para uma corrente de colector particular I C que está geralmente a meio da gama do transístor. Por exemplo '100@20mA'significa que o ganho é pelo menos 100 a 20mA. Por vezes são dados os valores mínimo e máximo. P tot max. Category Possible subst itutes Máxima potência total que pode ser desenvolvida no transístor. Note-se que será necessário utilizar um dissipador para atingir este valor máximo. Este valor é importante para transístores a funcionar como amplificadores. A potência é aproximadamente dada por: I C V CE. Para transístores a funcionar como comutadores, a corrente máxima de colector (I C max.) é um parâmetro mais importante. Este parâmetro mostra a aplicação típica para o transístor. É um bom ponto de partida quando se procura um transístor substituto. Estes são transístores com propriedades eléctricas semelhantes que serão adequados como substitutos. Note-se que eles podem ter um encapsulamento diferente.
Transístores FET
Transístores FET Há dois tipos principais de transístores FET: - JFET (Junction Field-Effect Transistor); - MOSFET (Metal-Oxide Semiconductir Field-Effect Transistor) também conhecido como IGFET Insulated Gate Field-Effect Transistor. Os princípios segundo os quais estes transístores operam são similares (corrente controlada por um campo eléctrico). A principal diferença relaciona-se com a construção do elemento de controlo. Os transístores FET são constituídos por 3 terminais: a fonte, o dreno e a porta. Source Drain Gate Fonte Dreno Porta
Transístores JFET Na sua forma mais simples o JFET começa por ser uma simples barra de silício. A corrente que circulará neste transístor (corrente entre fonte e dreno) é devida à tensão entre estes dois terminais e à resistência do material. Apenas com esta configuração, a corrente que circularia no transístor, dependeria apenas da tensão entre a fonte e o dreno. No substrato de tipo n são então difundidas zonas do tipo p, deixando um canal do tipo n entre a fonte e o dreno. canal tipo N Estas zonas servirão para controlar a corrente que flui no canal n entre a fonte e o dreno e são chamadas de zonas porta.
Transístores JFET Como acontece com qualquer junção pn, uma região de depleção rodeia as junções onde existir uma polarização inversa. Essa região é devia à combinação das lacunas e dos electrões que se encontram na fronteira das zonas do silício dopadas como P e como N, respectivamente. Os electrões do canal N mais próximos das portas vão combinarse com as lacunas, dando origem a uma zona sem portadores móveis de carga zona de depleção.
Transístores JFET Se for aplicada uma fonte de tensão externa entre a fonte e o dreno, com uma tensão nula na porta, a corrente que fluirá no canal criará uma polarização inversa ao longo da superfície da porta, paralela ao canal. À medida que a tensão entre dreno e fonte aumenta, a região de depleção mais uma vez alastra pelo canal devido à queda de tensão no canal que polariza inversamente as junções. À medida que V DS aumenta, as regiões de depleção também aumentam, atingindo-se uma situação na qual qualquer aumento na tensão V DS (que faria aumentar a corrente) é contrabalançado com um aumento da região de depleção em direcção ao dreno (que faz diminuir a corrente).
Transístores JFET Ocorre um efectivo aumento da resistência do canal que impede qualquer aumento da corrente. A tensão entre o dreno e a fonte (V DS ) que provoca esta situação é designada de tensão de pinchoff V P. A partir desta tensão, um aumento em V DS provoca apenas um ligeiro aumento da corrente de dreno. A variação na corrente de dreno I D com a tensão entre o dreno e a fonte V DS, é ilustrada na figura anterior.
Transístores JFET Para a região inicial do gráfico, a corrente de dreno relaciona-se quase linearmente com a tensão V DS. À medida que I D aumenta, o canal começa a sofrer depleção e a inclinação da curva de I D diminui. Quando a tensão V DS iguala V P, a corrente de dreno I D satura e mantém-se relativamente constante até ocorrer a avalanche de dreno para porta.
Transístores JFET Vejamos agora o que sucede quando em vez de ligar a porta ao potencial nulo (à massa), lhe é aplicado um potencial negativo (V GS <0). - - Se uma tensão inversa é aplicada aos terminais de porta, o pinchoff do canal ocorre a uma tensão V DS inferior porque a expansão da região de depleção devida à polarização inversa das portas se soma à produzida por V DS. Assim, obtém-se uma redução da corrente que circula para qualquer valor de V DS.
V GS =0 G Transístores JFET V GS =0 S P N D I D V GS =0 P G V DS V P V DS V GS =-1 G V GS =-1 S P N D I D P G V GS =-1 V DS V P V DS
V GS =-2 G Transístores JFET V GS =-2 I D S P N D P G V GS =-2 V P V DS V GS =-3,5 G V DS V GS =-3,5 I D S P N D V GS(off) =-3,5 V GS =0 V GS =-3,5 P G V GS =-1 V GS =-2 V GS =-3,5 V DS V DS
Transístores JFET É então comum os gráficos da corrente de dreno ilustrarem a dependência que esta grandeza tem da tensão entre dreno e fonte (V DS ) e da tensão entre a porta e a fonte (V GS ). (JFET 2N5457) Para cada valor de tensão entre a porta e a fonte (V GS ) existe uma curva diferente que relaciona V DS com I D. V GS(OFF) é a tensão entre a porta e a fonte para a qual já não é possível circular corrente no canal.
Transístores JFET Da análise efectuada ao JFET verifica-se claramente que se trata de um dispositivo cuja corrente de dreno I D tem duas zonas de comportamento diferente. Este facto é expresso pelo gráfico da seguinte figura (retirado do datasheet do JFET 2N5457) É então útil determinar as expressões que ditam o valor de I D nessas duas possíveis regiões de operação.
Transístores JFET Regiões de funcionamento do JFET Região Ohmica Região de saturação JFET canal n.
Na região ohmica, a relação entre estas grandezas depende também do valor de tensão aplicado entre o dreno e a fonte V DS I DSS 2 I D = 2( V 2 GS VGS ( off )) VDS VDS V GS( off ) O parâmetro I DSS é a máxima corrente de dreno para um JFET e é definido pela condição V GS =0 e V DS > V P. V P é a tensão de pinchoff. Note-se que uma variação na tensão V GS implica uma nova curva característica de saída (relação I D /V DS ). Na zona ohmica isso implica um novo valor para a resistência que relaciona I D e V DS )
Na região de saturação, a corrente de dreno deixa de ser dependente da tensão entre o dreno e a fonte, dependendo apenas do valor da tensão V GS. Isso mesmo se verifica na expressão seguinte onde não consta nenhum termo com V DS. I D V = I DSS V 1 GS GS( off ) 2 (equação de Shockley)
Dado que a corrente de dreno deixa de depender da tensão V DS (para V DS >V P ), podemos traçar um novo gráfico para um valor fixo de V DS. Este gráfico permite analisar o comportamento de I D função exclusivamente de V GS. V GS(off) =-3,5 V DS >V P
Fixando agora V DS e actuando sobre V GS (valores negativos). G S P N D P G I D V DS =15V V GS
Transístores JFET Regiões de funcionamento do JFET I I = 2( V V ) V V DSS 2 D 2 GS GS( off ) DS DS V GS( off ) JFET canal n. I D V = I DSS V 1 GS GS( off ) 2
Transístores JFET Quando utilizado para amplificar, há certas zonas a evitar na operação do transístor. B A C D A região ohmica a corrente de dreno é altamente dependente da tensão entre o dreno e a fonte. Pretende-se que a corrente de dreno dependa da tensão de entrada e não da tensão DC aplicada ao transístor. B corrente excessiva não se deve polarizar directamente a junção da porta nem deteriorar o transístor com elevado aquecimento. C demasiado aquecimento do dispositivo por elevada dissipação de potência: P dis =V DS.I D D Deve evitar-se a zona de breakdown onde ocorrem fenómenos de avalanche.
Transístores MOSFET Transístores MOSFET O transístor MOSFET (Metal-Óxido-Semicondutor) opera com um mecanismo de controlo ligeiramente diferente do JFET. O substrato poderá ser de material do tipo. Neste substrato são difundidas duas zonas do tipo n (fonte e dreno) como ilustrado na figura. Seguidamente a superfície da estrutura é coberta com uma camada isolante de óxido e uma outra de nitrido. A camada de óxido serve para proteger a superfície do FET e para isolar o canal da porta.
Transístores MOSFET São rasgados buracos nestas camadas criando-se um contacto metálico na fonte e no dreno. Seguidamente uma camada metálica é depositada sobre a zona do canal (criando-se assim o terminal de porta) e simultaneamente são criados os contactos metálicos da fonte e do dreno. Dado que o dreno e a fonte estão isolados pelo substrato (de alta resistividade), qualquer corrente entre o dreno e a fonte na ausência de uma tensão na porta será extremamente baixa, pois a estrutura é análoga a dois díodos ligados em oposição. Com o isolamento do óxido evita-se que exista uma corrente de porta (gate), aumentando a impedância de entrada do transístor e reduzindo a potência consumida.
I D =0 Caso a gate não seja polarizada, nenhuma corrente se estabelecerá entre o dreno e a fonte pois não existe um canal criado entre estes terminais. Sem polarização da gate, o percurso do dreno para a fonte é equivalente a dois díodos ligados em oposição.
Transístores MOSFET Considere-se um potencial positivo na porta. Cargas positivas na porta induzem uma carga correspondente negativa no semicondutor. + Canal induzido - - - - - - - - - À medida que a carga positiva aumenta na porta, a carga induzida no semicondutor aumenta até que a região por baixo do óxido se torna uma região do tipo n, ficando criado um canal e podendo por isso fluir uma corrente entre o dreno e a fonte.
Transístores MOSFET Por outras palavras, a corrente de dreno é enriquecida pelo potencial da porta. Isto indica que a resistência do canal se relaciona directamente com a tensão na porta. + - - - - - - - - - - O MOSFET descrito é chamado de MOSFET de Enriquecimento.
Transístores MOSFET Um MOSFET de Depleção pode ser criado da seguinte forma: um canal n de resistividade moderada é difundido entre a fonte e o dreno de forma a que possa fluir uma corrente de dreno quando o potencial na porta é nulo. - N N - - - - Para potenciais positivos da porta, a estrutura comporta-se da mesma forma que o MOSFET de enriquecimento. Para potenciais negativos o canal fica desprovido de portadores, dificultando assim a passagem de uma corrente.
Modos de operação dos FETs Existem dois modos básicos de operação de FETs: depleção e enriquecimento. O modo de depleção refere-se ao decréscimo de cargas num canal que existe por defeito devido a variações no potencial da porta. O modo de enriquecimento refere-se ao aumento de portadores de carga devido à aplicação de tensão na porta. Há ainda um tipo de FETs que pode operar em ambos os modos. As diferenças básicas entre estes modos são mais facilmente compreendidas examinando as características das figuras seguintes.
Símbolos circuitais para os FET Transistor JFET canal n Transistor JFET canal p Transistor MOSFET de depleção canal n Transistor MOSFET de enriquecimento canal n Transistor MOSFET de depleção canal p Transistor MOSFET de enriquecimento canal p
Modo de Depleção (Empobrecimento) O dispositivo de modo de depleção tem um fluxo de corrente considerável para uma tensão de porta nula. A corrente de dreno é reduzida por aplicação de uma tensão inversa no terminal de porta. O FET de depleção não tem um modo de operação definido para uma tensão positiva na porta.
Modo de Enriquecimento O dispositivo de modo de enriquecimento tem uma corrente de dreno extremamente reduzida para uma tensão nula aplicada na porta. A condução de uma corrente de dreno ocorre para uma tensão V GS superior a um valor mínimo (tensão de Threshold) V Th (ou V GS(Th) ). Para valores de tensão na porta superiores a esse mínimo, as curvas características são semelhantes às do FET de depleção/enriquecimento.
Modo de Enriquecimento Nas animações seguintes ilustra-se o efeito que variar o potencial na porta tem sobre o canal. Canal N Canal P
Modo de Depleção/Enriquecimento O dispositivo de modo de depleção/enriquecimento tem também um fluxo de corrente considerável para uma tensão de porta nula. Tensões negativas na porta removem portadores do canal tendo-se um comportamento de depleção. Tensões positivas na porta promovem um aumento de portadores no canal tendo-se um comportamento de enriquecimento.
Equações e curvas do MOSFET Para um MOSFET de Depleção, as equações que relacionam a corrente de dreno com a tensão entre a porta e a fonte (tensão de controlo), são iguais às equações de um JFET, ou seja: Na região ohmica verifica-se: I Transístores MOSFET I = 2( V V ) V V 2 V DSS 2 D GS GS( off ) DS DS P Na região de saturação o comportamento é descrito por: G D I D V = I DSS V 1 GS GS ( off ) 2 S
Transístores MOSFET A relação entre as várias grandezas de interesse num MOSFET de enriquecimento estão ilustradas nos gráficos seguintes (retirados do datasheet do 2N7000 da ON semiconductors). G D S É útil determinar a relação entre a grandeza de saída I D e a grandeza de entrada (controlo) V GS, nas duas possíveis regiões de operação.
D G S Na região ohmica, a relação entre estas grandezas depende também do valor de tensão aplicado entre o dreno e a fonte V DS 2( ) 2 I = k V V V V D GS Th DS DS Sendo k um parâmetro constante dependente da construção do dispositivo: W k C = n ox L V Th é a tensão de threshold, valor de V GS a partir do qual é possível estabelecer uma corrente de dreno. Note-se que uma variação na tensão V GS implica uma nova curva característica de saída (relação I D /V DS ). Na zona ohmica isso implica um novo valor para a resistência que relaciona I D e V DS )
D G S Na região de saturação, a corrente de dreno deixa de ser dependente da tensão entre o dreno e a fonte, dependendo apenas do valor da tensão V GS. Isso mesmo se verifica na expressão seguinte onde não consta nenhum termo com V DS. ( ) 2 I = k V V D GS Th
Transístores MOSFET Transístor MOSFET de enriquecimento (animação) A tensão de threshold V T 3N169) de cerca de 2V. é para este dispositivo (transístor
Transístores BJT
Transístor BJT Transístores BJT A construção do BJT é diferente da construção dos FETs. n p n (animação)
Transístores BJT Transístores BJT: NPN e PNP A diferença mais significativa entre transístores é se estes são do tipo PNP ou NPN. Os dois tipos são simplesmente devidos a arranjos diferentes do material dopado. Não existe uma diferença óbvia de desempenho entre os dois tipos. Apenas as polaridades são trocadas. Os transístores NPN são mais comuns essencialmente por serem mais fáceis de fabricar.
Transístores BJT Conceitos sobre BJT Sendo um transístor um componente de três terminais, três correntes são fundamentais para definir o seu funcionamento: - corrente de colector; - corrente de emissor; - corrente de base. Estas correntes relacionam-se entre si através de: i = i + E C Dado que a corrente de base é geralmente muito pequena, faz-se a aproximação: i E = i C i B
Transístor BJT Transístores BJT Um transístor pode ser visto como um dispositivo que apresenta uma entrada e uma saída: Entrada Colector Saída Base Emissor
Transístores BJT Curva característica de saída Assumindo que existe uma corrente de base que possibilita a existência de uma corrente de colector, quanto maior for a tensão V CE maior será I C. Este efeito verifica-se só até determinado valor de V CE. A partir desse valor a corrente não cresce mais mesmo aumentando significativamente V CE. C I C B V CE E A relação gráfica entre a corrente I C e a tensão entre colector e emissor V CE é designada curva característica de saída.
Transístores BJT A curva característica de saída atrás determinada não é exclusivamente dependente das grandezas de saída. Na prática verifica-se que também depende da corrente de base: I B B C E I C V CE Transístor BC546 da Fairchild Para cada valor de I B existe uma curva que relaciona as grandezas de saída I C e V CE.
Transístores BJT Este gráfico mostra que para cada valor de corrente de base obtemos um novo valor da corrente de colector que lhe é proporcional. Este facto leva-nos a concluir que o transístor se comporta como um amplificador de corrente. A corrente de colector é um múltiplo da corrente de base. Podemos então definir um parâmetro de ganho : ic β = ic = βib i B
Transístores BJT Curva característica de entrada Dado que o que acontece na saída do transístor é dependente de grandezas da entrada, é importante determinar uma relação entre as grandezas de entrada de um transístor: corrente de base e tensão entre a base e o emissor: I B V BE Como era de esperar, esta curva é bastante semelhante à de um díodo pois a junção base-emissor não é mais do que uma junção de material semicondutor dopado com tipo P e com tipo N. 0,7
Transístores BJT Este gráfico mostra claramente que existe uma relação exponencial entre a corrente i B de base e a tensão v BE. Essa relação traduz-se de forma analítica por: 0,7 i B = I e SS v BE V T onde ISS é dependente das dimensões do transístor; V T kt = q 25mV k é a constante de Boltzman, T é a temperatura absoluta e q é a carga electrónica.
Transístores BJT Determinámos já atrás que o transístor se comporta como um amplificador de corrente verificando-se a relação: i C = βi Usando a expressão para a curva característica de entrada: B i = I e B SS v BE V T Chegamos à expressão: v BE BE VT VT i = i = I e = I e β β C B SS S i C = I e S v BE V T v
Transístores BJT Esta expressão permite-nos concluir que é possível relacionar a corrente de saída i C com a grandeza de entrada v BE. Esta relação representa-se graficamente por: Transístor BC546 da Fairchild 0,7 Naturalmente esta curva terá a mesma configuração da característica de entrada do transístor. Apenas os valores de i C serão diferentes dos de i B.
Transístores BJT Recorrendo ao gráfico anterior e à expressão: i C = I e S v BE V T chega-se a um resultado curioso: v BE ( V ) 0,65 0,7 0,75 0,7 i 0,2 1,5 10,7 C ( ma) Mesmo fazendo variar muito a corrente de colector, a tensão entre a base e o emissor mantém-se relativamente constante em torno de 0,7V. É este facto que nos leva a fazer a simplificação de que a tensão entre a base e o emissor de um transístor é sempre de 0,7V.
Transístores BJT Assim, podemos estabelecer uma simplificação da análise de um transístor ao assumir que a tensão entre a base e o emissor de um transístor é sempre de 0,7V. Nesta situação o gráfico característico da entrada assumiria a configuração: Curva característica de entrada simplificada.
Transístores BJT Relações entre as grandezas de entrada e saída A animação seguinte mostra o comportamento das várias grandezas à medida que estas variam. 0,7 (animação - http://www.williamson-labs.com/) 0,7
Comparação BJT / FET Propriedade Corrente máxima Frequência de corte Linearidade Escala de integração Tolerância à temperatura Percentagem de mercado BJT Maior Maior Melhor Pequena Pior Pequena FET Menor Um pouco menor Pior Muito maior Melhor Enorme
Comparação BJT / FET Os transístores BJT não são especialmente eficientes na amplificação de sinais pouco potentes; Os transístores BJT não são indicados para aplicações que necessitem de elevada impedância de entrada; Os JFETs têm um ganho de corrente bem mais elevado que os BJTs. Os JFETs são dispositivos que podem ser normalmente on. Os BJT são normalmente off. Os JFETs conseguem ser atravessados por corrente da fonte para o dreno ou do dreno para a fonte. Os BJTs só permitem uma passagem de corrente numa direcção.
Transístores BJT Modelo para pequenos sinais Considere-se o circuito seguinte: R C I C Temos uma certa tensão aplicada entre a base e o emissor do transístor. vbe V Através da expressão: T i C = I e S V BE I B V CE I E V CC I C1 Significa que teremos uma dada corrente a fluir entre o colector e o emissor do transístor. Fazendo p. exemplo V BE =V BE1 : V0,7 BE1
Se pretendemos que o transístor amplifique sinais, naturalmente haverá grandezas a variar no circuito. Consideremos que o circuito é construído de tal forma que o sinal que queremos amplificar faz variar a tensão entre a base e o emissor: O que teremos agora quanto à tensão entre base e emissor será: R C i C Transístores BJT vbe = VBE + vbe V BE i B v CE v be v BE V CC i E Pela mesma equação abordada anteriormente, verificamos que haverá necessariamente uma variação na corrente de colector: v BE VT i = I e = I e C S S ( V + v ) BE be V T grandeza que varia
Transístores BJT Ao adicionarmos às grandezas de polarização de entrada uma componente de sinal (v be ) fazemos com que muitas outras grandezas do circuito também vejam o seu valor ser acrescido de uma componente do sinal. R C i C =I C +i c i B =I B +i b v CE =V CE +v ce V CC v be V BE v BE =V BE +v be i E =I E +i e
O que se verifica inicialmente antes da aplicação do sinal v be é que a tensão V BE provoca uma corrente de colector constante I C. A aplicação de um sinal variável entre a base e o emissor provoca naturalmente uma corrente de colector também variável. O sinal v be provocou um sinal i c. Transístores BJT R C i C I C V BE V BE i B v CE v be v BE V CC i E
Transístores BJT Verifica-se então que uma variação na tensão entre a base e o emissor provoca uma variação de corrente de colector. Essa relação depende da situação inicial do transístor antes da aplicação do sinal de entrada. I C I C V BE V BE Note-se que para estes novos valores de polarização V BE e I C, o sinal de corrente i c conseguido tem uma amplitude menor do que na situação do slide anterior (gráfico da esquerda).
Transístores BJT Havendo uma relação entre um sinal de tensão de entrada e uma corrente de saída podemos definir um parâmetro de ganho. Este parâmetro seria naturalmente definido pela relação entre a componente de sinal da corrente de colector - i c - e a componente de sinal da tensão entre a base e o emissor v be : i v c be Sendo uma relação entre uma corrente (de saída) e uma tensão (de entrada) e sendo as unidades desta grandeza dadas em Siemen ou Mho (inverso da unidade de resistência Ohm), este parâmetro de ganho é designado por transcondutância e é-lhe dada a designação de g m. Assim, g m = i v c be
Transístores BJT I C I C V BE V BE O ganho g m relaciona o sinal de corrente de saída com um sinal de tensão de entrada, note-se no entanto que esse ganho varia com o estado inicial do transístor (corrente de colector I C e tensão entre base e emissor V BE antes da aplicação do sinal) polarização do transístor. Verifica-se claramente que o ganho (g m ) será tanto maior quanto maior for o declive da curva na zona onde se polarizou o transístor.
Transístores BJT I C A expressão analítica que define esta curva é dada por: i C = I e S v BE V T V BE g O parâmetro de ganho é dado por: Num dado ponto de polarização, isso corresponde ao cálculo da derivada da curva, ou seja, m = di dv C BE = d Ise dv v BE BE V T I = V s T e v BE g m = V T I = V s T e i v V c be BE + v V T be I = V s T e V V BE T e v V be T
V BE g s VT e e m I = V T O parâmetro g m varia portanto com o sinal que aplicamos v be. No entanto, o sinal v be apresenta pequenas amplitudes (v be <<v T ) e como a variação é em torno de V BE, a expressão simplifica para: I s e Transístores BJT V V BE g m I = V T O produto entre e não é mais do que a corrente com que polarizámos o transístor I C, pelo que ficamos com: g m I = V Sendo V T aproximadamente 25mV à temperatura ambiente: C T v V s T be T e V V BE C g = I g = 40I 0,025 m m C T I C
Viu-se já que a saída (corrente de colector) se relaciona com a entrada (tensão entre base e emissor) através de: g m Transístores BJT = i v c be i = g v c m be Sabemos também que as grandezas de entrada de tensão e corrente se relacionam graficamente através de: Dado que: i C = βi B Combinando as duas equações anteriores obtemos uma nova expressão que relaciona a tensão com a corrente de entrada: 0,7 g m i βi β = vbe = ib g c = B gm vbe vbe m
Transístores BJT v be = β i g m B v be i B Esta relação mostra que para uma situação bem definida de polarização (para um valor fixo de g m ), a relação entre a corrente de base e a tensão entre a base e o emissor é feita de forma linear através do valor: β g m Como é já do nosso conhecimento, uma relação deste tipo entre uma corrente e uma tensão terá unidades de resistência. É então vulgar assumir que o comportamento da entrada do transístor BJT perante um sinal é o de uma resistência, definindo-se assim o parâmetro de resistência de entrada do transístor r : r π É uma constante do transístor É constante para uma dada polarização β g = = vbe rπ ib m
i C Os resultados fundamentais a que chegámos na forma de equações são: Relação entre as grandezas de entrada: = βi B v = r i onde be i g = i = g v c m c m be vbe π Transístores BJT Relação entre a entrada e a saída: e onde b r π = β g g m m I = V C T 0,7 Juntando esta informação, é possível chegar a um modelo para o transístor. Este modelo confere-nos uma forma simples de perceber os mecanismos de variação das grandezas associadas ao transístor quando submetido a sinais variáveis. 0,7
A figura seguinte ilustra as grandezas relativas às componentes de sinal do circuito: R C i c Na entrada: Da entrada para a saída: v = r i be π b i b i = g v c m be ou i C = βi B r π = β g m v be i e g m = 40I C i b i c Assim, para as componentes de sinal, a entrada comporta-se como uma resistência. B v be r i e i c =g m v be i c =i b E C Na saída verifica-se uma corrente i c (componente de sinal) controlada pela corrente de entrada i b (ou tensão v be ).
Modelo para pequenos sinais i b Transístores BJT i c B i c =g m v be C g m = 40I C v be r i c =i b i e Neste modelo há duas expressões para o cálculo da corrente i c. E r π = β g m Note-se que variando a tensão entre a base e o emissor variará também a corrente de base. Escolhe-se a equação de cima caso tenhamos directamente o sinal de entrada como uma tensão v be ; escolhe-se a expressão de baixo se tivermos o valor da corrente de base i b.
Fontes de corrente Uma fonte de corrente ideal deverá manter uma corrente constante e uma resistência de saída infinita para qualquer condição de operação (independentemente do circuito a que se encontra ligada). R Modelo ideal Modelo real
Aplicações: - circuitos integrados analógicos; - elementos de polarização (amplificadores de classe A, etc); - cargas para andares amplificadores (esta utilização prende-se com o facto de apresentarem uma elevada resistência interna); Vantagens da sua utilização: - são menos sensíveis que as resistências a variações na alimentação dc e à temperatura; - para valores pequenos de corrente de polarização, fontes de corrente transistorizadas são mas económicas que as resistivas dada a maior área requerida pelas resistências nos chips de silício. Tipos de fontes de corrente mais comuns: - fonte de corrente básica - a fonte de corrente modificada - fonte de corrente múltipla - a fonte de corrente de Widlar - a fonte de corrente cascode - a fonte de corrente de Wilson
Fonte de corrente básica V CC R I O Q 1 Q 2 A fonte de corrente básica é apenas constituída por dois transístores e uma resistência submetidos a uma diferença de potencial.
R V CC I O As bases dos transístores encontramse ligadas, à semelhança do que acontece com os seus emissores. A corrente de colector conduzida por cada transístor é dada por: I C1 I C2 I C 1 = I e S V BE1 V T I C 2 = I e S V BE2 V T Q 1 Q 2 Se os transístores forem iguais, V terão os parâmetros I S e V T iguais. BE1 V BE2 Sendo V BE1 =V BE2, obtém-se: I C = I C 1 2 É devido ao facto de a corrente I C2 ser uma réplica de I C1 que esta montagem também recebe o nome de espelho de corrente.
R V CE1 V CC O colector e a base do transístor Q 1 encontram-se ligados. Esta ligação obriga a que o transístor nunca sature pois desta forma I O forçamos a tensão V CE a ser aproximadamente 0,7V (superior à tensão 0,2V que corresponderia à saturação). O transístor Q 1 é portanto forçado a Q 1 Q 2 funcionar na zona activa. V BE1 A sua corrente de colector relacionase com a sua tensão V BE através de: o que significa que a essa corrente está associada uma tensão entre a base e o emissor que também é aplicada ao transístor Q 2. I C 1 = I e BE1 S V V T
R V CC O transístor Q 2 ao ser submetido a uma tensão entre a base e o emissor: V BE = V BE 2 1 I C1 I O I C2 Q 1 Q 2 É forçado a conduzir no seu colector uma corrente de valor: I C 2 = I e S V BE2 V T = I C1 V BE1 V BE2 A corrente produzida pela fonte terá valor: I = I = I O C C 2 1
R V CC I R I O De que forma se pode definir a corrente produzida? Que parâmetros definem esse valor? Note-se que I C1 é uma corrente bastante semelhante a I R : I C1 I C2 Q 1 Q 2 I B1 I B2 I I R C 1 = = I C I 1 R + I B 1 2I B + 2 I B 2 = I C 1 + 2I B 2 Sendo I = I, então: C 2 C 1 I = I 2I C R B 2 2
R V CC I R I C1 I O Q 1 Q 2 I B1 I B2 I C2 Dado que a corrente de base se relaciona com a de colector através de: então I I C C 2 2 I = I 2I = = C R B 2 2 I = B I I 2 R R I C 2 I 2 C β 2 1 1+ 2 β β Sendo esta a relação entre a corrente de saída e a de referência: I O = I R 1+ 1 2 β
R V CC I C1 I R I O I C2 Se assumir um valor elevado, a corrente de saída será simplesmente dada por: A corrente de referência I R é definida Q 1 Q 2 pelos valores de V CC e de R: I O = I I O R 1+ = I R 1 2 β I B1 I B2 I R = V V CC BE 1 R São portanto estes os parâmetros que devemos definir quando queremos projectar uma fonte de corrente. Para V BE1 =0,7: I R = V CC 0,7 R
R Fonte de corrente básica modificada V CC I R I I B3 C1 I B1 Q 1 Q 2 V BE1 Q 3 I C3 I E3 I B2 V BE2 I O Para a fonte de corrente básica: I É fácil demonstrar que para esta fonte: I O O = = I I R R 1+ 1+ 1 2 1 2 β 2 β A corrente de referência é agora determinada por: I R V V V = R CC BE BE 1 3
Fonte de corrente múltipla V CC R I R I C2 Q 2 I 1 I 2 I 3 IC1 I B3 I E2 Q 1 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 V BE1 V BE3 V BE4 V BE5 V BE6
Uma corrente dc de referência pode ser gerada num local e ser reproduzida em vários outros locais para polarizar vários andares amplificadores. V CC R I R I C2 Q 2 I 1 I 2 I 3 I I B3 C1 I E2 I B2 Q 1 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 V BE1 V BE3 V BE4 V BE5 V BE6 O que acontece no transístor Q 1 é referência para os transístores Q 3 a Q 6. O transístor Q 2 fornece a corrente de base total para os transístores e torna a corrente de colector de Q 1 praticamente igual à corrente de referência I R.
As correntes I 1 e I 2 serão reproduções da corrente I R. V CC R I R I C2 Q 2 I 1 I 2 I 3 I I B3 C1 I E2 I B2 Q 1 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 V BE1 V BE3 V BE4 V BE5 V BE6 Dado que os dois transístores Q 5 e Q 6 estão ligados em paralelo, cada um deles reproduzirá a corrente I R, pelo que a corrente I 3 será duas vezes superior à de referência. I = 3 2I R
V CC R I R Q2 I 1 I 2 I 3 Q 1 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 A combinação do paralelo de Q 5 e Q 6 deverá ser equivalente a um único transístor cuja junção base-emissor tem o dobro da área de Q 1. Assim sendo, as áreas dos emissores dos transístores podem ser escaladas em circuitos integrados de forma a fornecerem correntes de valor múltiplo da corrente de referência simplesmente desenhando os transístores de modo a que a razão entre as áreas dos transístores seja igual ao múltiplo desejado.
Amplificadores diferenciais Antes da era dos circuitos integrados (CI), os projectistas de circuitos que necessitassem de um amplificador tinham muitas vezes de projectar o amplificador do zero usando transístores discretos, resistências, condensadores, etc. Com o advento do CI, isso deixou de ser necessário. Temos agora disponíveis amplificadores completos em chips com uma grande variedade de características. Estes são chamados amplificadores operacionais (ampops), e a engenharia prática dita hoje o seu uso onde possível dadas as suas vantagens de pequeno tamanho, pequeno consumo de potência e alta fiabilidade.
Constituição dos amplificadores operacionais Amplificador operacional LM741 da Fairchild
Os amplificadores operacionais são vulgarmente constituídos pelos seguintes elementos: - Andar de entrada com um amplificador diferencial (par diferencial); - Um ou mais andares de amplificação de ganho elevado; - Andar de saída (amplificador de potência);
Par diferencial Vantagens da utilização de um par diferencial: Os sinais são muito sujeitos a ruídos. Se amplificarmos a diferença entre um sinal com o ruído e o ruído em si, estaremos apenas a amplificar o sinal!!!!!!!!!!! Aplicações: - multiplicadores analógicos; - circuitos derivados de multiplicadores analógicos: moduladores, detectores de fase, etc; - circuitos digitais mais rápidos; O par diferencial pode ser realizado com transístores bipolares ou de efeito de campo; pode ter carga resistiva ou activa.
Imaginemos que queremos amplificar o seguinte sinal que foi injectado num cabo: Estando todo e qualquer cabo submetido a campos electromagnéticos provenientes das mais variadas fontes, é garantido que este sinal chegará à outra extremidade afectado por ruído:
Sendo agora necessário amplificar o sinal recebido, o sinal que se obtém será: Amplificador No sinal obtido, temos não só o sinal recebido amplificado como também o ruído que afectou o sinal amplificado pelo mesmo ganho.
Imaginemos agora que temos um amplificador que não amplifica um sinal mas sim a diferença entre dois sinais. Numa das entradas do amplificador injectamos o sinal com o ruído. Na outra entrada ligamos um cabo que fique submetido ao mesmo ruído. Amplificador Diferencial Como o que foi amplificado foi a diferença entre os sinais (que não é mais do que o sinal original transmitido), obtemos uma amplificação fidedigna do sinal enviado. É esta uma das grandes vantagens do amplificador diferencial.
Par diferencial bipolar com carga resistiva +V CC R C R C v 1 Q 1 v o1 v o2 v2 v o12 Q 2 Entradas I EE Saídas -V EE A polarização do circuito é conseguida através da fonte de corrente I EE. A carga resistiva é conseguida pelas resistências R C. O circuito tem duas entradas v 1 e v 2, e uma saída, que pode ser a tensão num dos colectores v O1 ou v O2, ou a tensão entre os colectores, v O12.
+V CC R C R C v 1 Q 1 v o1 v o2 v2 v o12 Q 2 I EE -V EE O circuito anterior é alimentado por uma fonte de alimentação dupla, isto é por duas fontes de tensão, de valores +V CC e -V EE, com um terminal comum que é a massa. Muito frequentemente as tensões de alimentação são simétricas, ±V CC Pode também usar-se apenas uma fonte de alimentação, o que equivale a fazer V EE =0. A vantagem de se usar uma alimentação dupla é que, assim, podemos ter v 1 =v 2 =0 no ponto de funcionamento em repouso.
+V CC R C R C v 1 Q 1 v o1 v o2 v2 v o12 Q 2 I EE -V EE Com V EE =0 isso já não seria possível dado que o percurso (malha) de cada entrada até à massa estaria alimentado por uma diferença de potencial de 0V, não sendo portanto suficiente para polarizar a junção base-emissor com o mínimo necessário para que os transístores se encontrem na zona activa.
É útil considerar os sinais que são injectados no par diferencial, v 1 e v 2, como tendo uma componente que lhes é comum e uma componente diferencial: v 1 v 2 v d 2 v 1 v 2 Componente comum: ( ) v 1 + v v 2 C = 2 v 1 v 2 v C v d 2 Componente diferencial: v D = v 1 v 2 A componente comum dos dois sinais será o que pretendemos anular no sinal amplificado. A componente diferencial é a componente que se pretende amplificar num amplificador diferencial.
Excitação de modo comum Se a excitação for simétrica, v 1 =v 2 =v C, isto é, v D =0, como se indica na figura seguinte: +V CC R C R C v 1 Q 1 v o1 v o2 v 2 v o12 Q 2 v C v C v BE1 I EE v BE2 Verifica-se que a tensão nas bases dos dois transístores é igual; dado que os seus emissores se encontram fisicamente ligados, a tensão nos emissores é também igual. Conclui-se então que: v = BE -V EE v 1 BE 2