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Transistor Bipolar de Junção
(TBJ)
1
Regiane Ragi
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Esta aula baseia-se no livro:
DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: DIODOS E TRANSISTORES
EDUARDO CESAR ALVES CRUZ,
SALOMAO CHOUE...
Transistor Bipolar de Junção
Os transistores são dispositivos que podem amplificar
sinais ou funcionar como uma chave elet...
Transistor Bipolar de Junção
Os transistores bipolares que iremos estudar nesta aula
são formados por três regiões de mate...
Transistor Bipolar de Junção
O transistor bipolar de junção (TBJ) são dispositivos
bipolares, porque seu funcionamento dep...
Transistor Bipolar de Junção
Os transistores bipolares podem ser de dois tipos:
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Material
tipo
P
Material
tipo
PN P
Mater...
Construção do TBJ n-p-n
Os transistores bipolares n-p-n consistem de três
camadas de material semicondutor, sendo uma fina...
Construção
tipo-n tipo-ntipo-p
Contato de
Emissor
Contato de
Coletor
Contato de
Base
Os três terminais do transistor bipol...
tipo-n
Emissor
tipo-n
Coletor
tipo-p
Base
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O emissor é fortemente dopado e tem função de
emitir portadores de carga para ...
10
A base é levemente dopada e muito fina.
Dessa forma, a maioria dos portadores de carga
lançados do emissor para a base,...
Construção n-p-n
Um fio conecta cada uma das três regiões: emissor,
base e coletor.
tipo-n tipo-ntipo-p
Contato de
Emissor...
Construção p-n-p
Transistores p-n-p são complementares aos n-p-n e são
muito menos comuns que os transistores n-p-n.
tipo-...
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P N P
Base
Coletor
Emissor
N P N
Base
Coletor
Emissor
Emissor Base Coletor Emissor Base Coletor
14
Dependendo da polaridade da tensão aplicada em cada
junção, obtém-se diferentes modos de operação do TBJ.
Modos de oper...
Polarização
Para um transistor bipolar funcionar apropriadamente,
as duas junções p-n devem estar convenientemente
polariz...
16
Efeitos de se polarizar
separadamente cada junção
17
Para se entender como funcionam os transistores
bipolares, vamos inicialmente estudar cada junção
polarizada separadame...
18
Agora, note o sentido da corrente.
19
Lembre-se que a corrente convencional tem sentido
contrário ao fluxo de elétrons, e mesmo sentido que
o fluxo de lacunas
Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE
n np
+-
VBE
iB
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Emissor Coletor
Base
Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE
n np
+-
VBE
Corrente de portadores
majoritários do lado n,
no caso ...
Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE
+ -
n np
+-
VBE
Corrente de portadores
majoritários do lado n,
no c...
O mesmo acontece se polarizarmos diretamente a
junção emissor base no caso de um transistor bipolar pnp
+ -
p pn
-+
VEB
Co...
Assim, polarizando-se a junção E-B diretamente com
VBE (n-p-n) e VEB (p-n-p)
+ -
p pn
-+
n np
+-
VBE VEB
Corrente de
porta...
Analogamente, a junção B-C também comporta-se como
uma junção p-n comum.
-+
VCB VBC
n np p pn
Corrente de portadores minor...
A barreira de potencial aumenta, devido ao alargamento da
região de depleção, diminuindo drasticamente o fluxo de
corrente...
27
Tendo compreendido o efeito de se polarizar
separadamente cada junção, o próximo passo é
compreender quais são os efeit...
28
Efeitos de se polarizar
simultaneamente ambas as
junções
Polarização
Neste cenário, há quatro possíveis combinações,
porém, somente três delas desempenham um papel
significante na...
Polarização
Neste cenário, há quatro possíveis combinações,
porém, somente três delas desempenham um papel
significante na...
Polarização
Neste cenário, há quatro possíveis combinações,
porém, somente três delas desempenham um papel
significante na...
Polarização
Neste cenário, há quatro possíveis combinações,
porém, somente três delas desempenham um papel
significante na...
Operação
É importante compreender quais são os efeitos de
se polarizar simultaneamente ambas as junções.
33
34
i- Junção Base-Emissor e Base-
Coletor polarizadas Reversamente
i- Junção Base-Emissor e Base-Coletor
polarizadas Reversamente
Esta é a condição conhecida como
cut off (corte)
e é essenc...
Não é usada em operações
lineares, tais como
amplificadores.
N
N
P
+
-
-
+
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
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Em operações digitais o
transistor somente opera
como chave aberta ou
chave fechada (do inglês,
switch on e switch off).
N...
Operações lineares no transistor
ocorrem no espectro inteiro
entre os estados ON e OFF,
ligado/desligado. N
N
P
+
-
-
+
Te...
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ii - Junção Base-Emissor e Base-
Coletor polarizadas Diretamente
ii - Junção Base-Emissor e Base-Coletor
polarizadas Diretamente
A corrente é grande nas duas
junções  é a condição de
cor...
Esta condição é chamada de
saturação.
N
N
P
+
-
-
+
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
41
Nestas condições: (transistor típico)
i. VE = 0 V
ii. VB = 0.7 V
iii.VC = 0.2 V N
N
P
+
-
-
+
Terminal
de coletor
Terminal...
Comporta-se como um curto-circuito.
N
N
P
+
-
-
+
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
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Saturação e cut-off (corte) são
as condições usadas em
circuitaria digital e
conseqüentemente em
microprocessadores.
N
N
P...
45
iii - Junção Base-Emissor polarizada
diretamente e Base-Coletor
polarizada Reversamente
iii - Junção Base-Emissor polarizada diretamente e
Base-Coletor polarizada Reversamente
N NP
RE RC
+
_ _
+
VBE VCB
Emissor...
-+
VCB VBC
n np p pn
+-+-
VBE
-+
VEB
Tensões e correntes nos transistores
n-p-n e p-n-p
iB iBiEiE iC iC
Emissor
Coletor
Ba...
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Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VEB
VBC
VEC
Abaixo, é mostrado o esquema geral ...
iE = iB + iC
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VCB
VBE
VCE
Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
VEB
VBC
VEC
Aplicando-se a primeira l...
Aplicando-se a segunda lei de Kirchhoff para as tensões:
VEC = VBC + VEBVCE = VBE + VCB
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Emissor
Coletor
Base
iB
iC
iE
V...
O comportamento esperado do transistor nesse tipo
de configuração em circuitos eletrônicos é fazer o
controle da passagem ...
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N NP
RE RC
+
_ _
+
VBE VCB
Emissor Base Coletor
Fluxo de corrente em um transistor npn polarizado de
modo a operar na r...
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53
Devido a difusão de portadores nas junções J1 e J2,
barreiras de potencial são produzidas entre emissor e
base e bas...
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J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor
Considere a junção J1 em polarização direta e a junção
J2 em polarizaç...
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J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor
Como a junção J1 está polarizada diretamente, não
oferece barreira aos...
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J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor
Esta região (P) sendo muito estreita, e estando os
elétrons muito acel...
Para entender porque a corrente se dirige menos à base
basta lembrar que a base é mais estreita e fracamente
dopada.
N NP
...
Assim os portadores que vêm do emissor saturam a base
rapidamente através das recombinações, fazendo com
que os portadores...
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A polarização direta na base de um transistor controla a
quantidade de corrente que passa pelo circuito de
coletor.
J1 ...
60
A maior parte do fluxo de corrente é de emissor para
coletor, sendo que apenas uma pequena corrente circula
entre emiss...
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Pode-se controlar a corrente C-B controlando-se a
polarização E-B.
J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor
N N...
Nestas condições:
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
62
O fluxo de corrente é máxima do
emissor para o coletor.
A corrente de base é muito
pequena.
A corrente base-emissor é alta...
Sabemos que o emissor é
pesadamente dopado, contendo
muito elétrons livres.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
...
Como a base é levemente
dopada com lacunas, se alguns
elétrons se recombinam com as
lacunas, outros elétrons podem
sair da...
A maior parte dos elétrons
“verão” o positivo do coletor,
entrarão na região de depleção,
entre a base e o coletor, e serã...
O transistor é construído de
modo a encorajar que a
corrente flua do emissor para o
coletor, sob polarização. N
N
P
+
+
-
...
A base por ser levemente
dopada não estimula a
recombinação  por isso a
recombinação é difícil. N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de...
A base sendo muito fina, faz
com que seja mais provável
que os elétrons livres encontre
a camada de depleção
base/coletor ...
95 ~ 99 % dos elétrons fluirão
através do coletor.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
70
Assim, definimos o α do transistor
α = IC / IE
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
71
Esta configuração é exigida
para transistores operando na
região linear.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emi...
A saída terá uma forma de onda
idêntica a onda da entrada.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
73
Correntes de emissor e coletor
serão aproximadamente iguais.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
74
Corrente de base será muito
pequena.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
75
Se a corrente de base varia, a
corrente no emissor e coletor
variarão proporcionalmente.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor...
Esta é a base para a amplificação.
N
N
P
+
+
-
-
Terminal
de coletor
Terminal de
emissor
77
A razão entre a corrente de
base e de coletor é pequena e
é chamada de β do transistor
β = IC / IB = hFE
N
N
P
+
+
-
-
Ter...
Em resumo . . .
É importante compreender quais são os efeitos de
se polarizar simultaneamente ambas as junções.
79
80
Disso resulta os modos
de operação do TBJ
81
Modos de operação do
TBJ
Modos de operação do TBJ
O transistor pode operar em três diferentes estados:
82
Modos de operação do TBJ
O transistor pode operar em três diferentes estados:
Cut-off (corte) – no qual o transistor não t...
Modos de operação do TBJ
O transistor pode operar em três diferentes estados:
Cut-off (corte) – no qual o transistor não t...
Modos de operação do TBJ
O transistor pode operar em três diferentes estados:
Cut-off (corte) – no qual o transistor não t...
86
Cut-off
Cut-off ou corte
A corrente de saída do transistor é zero ou desprezível.
87
Cut-off
Quando a corrente iC é zero, a tensão de saída é
máxima
 Normalmente igual à tensão de polarização da
fonte.
88
Cut-off
Portanto, no modo cut-off
VCE = VCC, e iC = 0,
Onde VCC é a tensão de polarização do gerador.
89
Cut-off
Este modo é o oposto da saturação.
90
91
Saturação
Saturação
O transistor produzirá a corrente máxima para o
circuito, e o valor dessa corrente é dependente dos
parâmetros d...
Saturação
O transistor é considerado saturado quando a tensão
coletor-emissor é próxima a zero ou maior do que 0.2 V.
93
Saturação
Saturação também pode ser expressa VCE ≈ 0 e iC é o
valor máximo.
94
Saturação
Saturação é quando o transistor tem corrente máxima
mas tensão de saída mínima, o oposto do modo cut-off.
95
96
Modo-ativo
Modo Ativo
Nesse modo, a corrente de saída iC é controlada pela
corrente de entrada iB.
97
Modo Ativo
Modo ativo é útil para projetar amplificadores de
corrente e tensão.
98
Modo Ativo
A relação entre as correntes é expressa pela
iE = iC + iB, e iC = β · iB
99
Modo Ativo
Isto demonstra que as correntes de coletor e emissor
são funções da iB corrente de entrada.
100
Modo Ativo
Quando a corrente de controle é a corrente de base,
dizemos que o dispositivo é controlado por corrente.
101
Conceitos de Polarização
Conceitos importantes para se entender sobre polarização de transistores e características.
O bet...
Condições de Polarização
Para as várias aplicações, certas condições devem ser
satisfeitas para que o circuito opere aprop...
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Transistor bipolar de juncao (TBJ) 1

  1. 1. 1 Transistor Bipolar de Junção (TBJ) 1 Regiane Ragi
  2. 2. 2 Esta aula baseia-se no livro: DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES: DIODOS E TRANSISTORES EDUARDO CESAR ALVES CRUZ, SALOMAO CHOUERI JUNIOR e ANGELO EDUARDO BATTISTINI MARQUES
  3. 3. Transistor Bipolar de Junção Os transistores são dispositivos que podem amplificar sinais ou funcionar como uma chave eletrônica, comutando um dispositivo de um estado ligado para um estado desligado. 3
  4. 4. Transistor Bipolar de Junção Os transistores bipolares que iremos estudar nesta aula são formados por três regiões de materiais semicondutoras, apresentando duas junções PN, daí o nome de transistor bipolar de junção (TBJ). Material tipo P Material tipo PN Emissor Base Coletor Três regiões de um transistor bipolar Junção emissor-base Junção base-coletor 4
  5. 5. Transistor Bipolar de Junção O transistor bipolar de junção (TBJ) são dispositivos bipolares, porque seu funcionamento depende de dois tipos de portadores de corrente,  as lacunas e  os elétrons. 5
  6. 6. Transistor Bipolar de Junção Os transistores bipolares podem ser de dois tipos: 6 Material tipo P Material tipo PN P Material tipo N Material tipo N Emissor Base Coletor Emissor Base Coletor Três regiões de um transistor bipolar  n-p-n, e  p-n-p
  7. 7. Construção do TBJ n-p-n Os transistores bipolares n-p-n consistem de três camadas de material semicondutor, sendo uma fina camada de semicondutor do tipo-p, sanduichada entre duas regiões de material semicondutor tipo-n. 7 tipo-n Emissor tipo-n Coletor tipo-p Base n-p-n
  8. 8. Construção tipo-n tipo-ntipo-p Contato de Emissor Contato de Coletor Contato de Base Os três terminais do transistor bipolar recebem o nome de i. EMISSOR, ii. BASE e iii. COLETOR. 8
  9. 9. tipo-n Emissor tipo-n Coletor tipo-p Base 9 O emissor é fortemente dopado e tem função de emitir portadores de carga para a base:  elétrons no caso do transistor n-p-n e  lacunas no caso do transistor p-n-p). n-p-n tipo-p tipo-ptipo-n p-n-p
  10. 10. 10 A base é levemente dopada e muito fina. Dessa forma, a maioria dos portadores de carga lançados do emissor para a base, tenderão a atravessá- la e dirigir-se ao coletor. tipo-n Emissor tipo-n Coletor tipo-p Base n-p-n
  11. 11. Construção n-p-n Um fio conecta cada uma das três regiões: emissor, base e coletor. tipo-n tipo-ntipo-p Contato de Emissor Contato de Coletor Contato de Base Região fortemente dopada Região moderadamente dopada Região fracamente dopada 11
  12. 12. Construção p-n-p Transistores p-n-p são complementares aos n-p-n e são muito menos comuns que os transistores n-p-n. tipo-p tipo-ptipo-n Contato de Emissor Contato de Coletor Contato de Base Região fortemente dopada Região moderadamente dopada Região fracamente dopada A região de emissor no transistor p-n-p também é pesadamente dopada. A região de coletor no transistor p-n-p também é moderadamente dopada. A base no transistor p-n-p também é fina e levemente dopada. 12
  13. 13. 13 P N P Base Coletor Emissor N P N Base Coletor Emissor Emissor Base Coletor Emissor Base Coletor
  14. 14. 14 Dependendo da polaridade da tensão aplicada em cada junção, obtém-se diferentes modos de operação do TBJ. Modos de operação doTBJ tipo-n Emissor tipo-n Coletor tipo-p Base n-p-n
  15. 15. Polarização Para um transistor bipolar funcionar apropriadamente, as duas junções p-n devem estar convenientemente polarizadas. 15
  16. 16. 16 Efeitos de se polarizar separadamente cada junção
  17. 17. 17 Para se entender como funcionam os transistores bipolares, vamos inicialmente estudar cada junção polarizada separadamente, para depois uni-las e fazer uma análise do dispositivo como um todo.
  18. 18. 18 Agora, note o sentido da corrente.
  19. 19. 19 Lembre-se que a corrente convencional tem sentido contrário ao fluxo de elétrons, e mesmo sentido que o fluxo de lacunas
  20. 20. Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE n np +- VBE iB 20 Emissor Coletor Base
  21. 21. Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE n np +- VBE Corrente de portadores majoritários do lado n, no caso elétrons, se dirigem para a base. Corrente de portadores minoritários do lado p, no caso elétrons, se dirigem para o lado n. iB 21 Emissor Coletor Base
  22. 22. Polarizando-se a junção E-B diretamente com tensão VBE + - n np +- VBE Corrente de portadores majoritários do lado n, no caso elétrons, se dirigem para a base. Corrente de portadores minoritários do lado p, no caso elétrons se dirigem para o lado n. iB A junção E-B funciona como um diodo polarizado diretamente, fazendo fluir através dela uma grande corrente iB de portadores majoritários, elétrons livres no caso do transistor n-p-n. 22 Emissor Coletor Base
  23. 23. O mesmo acontece se polarizarmos diretamente a junção emissor base no caso de um transistor bipolar pnp + - p pn -+ VEB Corrente de portadores majoritários do lado p, no caso, lacunas, se dirigem à base. Corrente de portadores minoritários (lacunas) do lado n se dirigindo ao lado p. iB 23
  24. 24. Assim, polarizando-se a junção E-B diretamente com VBE (n-p-n) e VEB (p-n-p) + - p pn -+ n np +- VBE VEB Corrente de portadores majoritários (elétrons) do lado n se dirigindo à base. Corrente de portadores majoritários (lacunas) do lado p se dirigindo à base. Corrente de portadores minoritários (elétrons) do lado p se dirigindo ao lado n. Corrente de portadores minoritários (lacunas) do lado n se dirigindo ao lado p. iB iB Aparece uma pequena corrente, em sentido contrário, devido aos portadores minoritários. Esta corrente é chamada de corrente de fuga. 24
  25. 25. Analogamente, a junção B-C também comporta-se como uma junção p-n comum. -+ VCB VBC n np p pn Corrente de portadores minoritários +- Corrente de portadores minoritários Alargamento da região de depleção Alargamento da região de depleção 25
  26. 26. A barreira de potencial aumenta, devido ao alargamento da região de depleção, diminuindo drasticamente o fluxo de corrente dos portadores majoritários, porém, os portadores minoritários atravessam a barreira com facilidade, no sentido contrário, fazendo circular uma corrente reversa, ainda menor e praticamente desprezível, pois tais portadores são em número muito pequeno. -+ VCB VBC n np p pn Corrente de portadores minoritários +- Corrente de portadores minoritários Alargamento da região de depleção Alargamento da região de depleção 26
  27. 27. 27 Tendo compreendido o efeito de se polarizar separadamente cada junção, o próximo passo é compreender quais são os efeitos de se polarizar simultaneamente ambas as junções.
  28. 28. 28 Efeitos de se polarizar simultaneamente ambas as junções
  29. 29. Polarização Neste cenário, há quatro possíveis combinações, porém, somente três delas desempenham um papel significante na eletrônica: 29
  30. 30. Polarização Neste cenário, há quatro possíveis combinações, porém, somente três delas desempenham um papel significante na eletrônica: i. Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente  condição de cut-off 30
  31. 31. Polarização Neste cenário, há quatro possíveis combinações, porém, somente três delas desempenham um papel significante na eletrônica: i. Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente  condição de cut-off ii. Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Diretamente  condição de saturação 31
  32. 32. Polarização Neste cenário, há quatro possíveis combinações, porém, somente três delas desempenham um papel significante na eletrônica: i. Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente  condição de cut-off ii. Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Diretamente  condição de saturação iii. Junção Base-Emissor polarizada diretamente e Base- Coletor polarizada Reversamente  operações lineares (modo ativo) 32
  33. 33. Operação É importante compreender quais são os efeitos de se polarizar simultaneamente ambas as junções. 33
  34. 34. 34 i- Junção Base-Emissor e Base- Coletor polarizadas Reversamente
  35. 35. i- Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente Esta é a condição conhecida como cut off (corte) e é essencial para operações digitais. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 35
  36. 36. Não é usada em operações lineares, tais como amplificadores. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 36
  37. 37. Em operações digitais o transistor somente opera como chave aberta ou chave fechada (do inglês, switch on e switch off). N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 37
  38. 38. Operações lineares no transistor ocorrem no espectro inteiro entre os estados ON e OFF, ligado/desligado. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 38
  39. 39. 39 ii - Junção Base-Emissor e Base- Coletor polarizadas Diretamente
  40. 40. ii - Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Diretamente A corrente é grande nas duas junções  é a condição de corrente mais alta para um transistor. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 40
  41. 41. Esta condição é chamada de saturação. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 41
  42. 42. Nestas condições: (transistor típico) i. VE = 0 V ii. VB = 0.7 V iii.VC = 0.2 V N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 42
  43. 43. Comporta-se como um curto-circuito. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 43
  44. 44. Saturação e cut-off (corte) são as condições usadas em circuitaria digital e conseqüentemente em microprocessadores. N N P + - - + Terminal de coletor Terminal de emissor 44
  45. 45. 45 iii - Junção Base-Emissor polarizada diretamente e Base-Coletor polarizada Reversamente
  46. 46. iii - Junção Base-Emissor polarizada diretamente e Base-Coletor polarizada Reversamente N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB Observa-se agora que o fluxo de portadores majoritários na junção E-B, que antes se dirigia totalmente ao terminal de base, agora devido à atração maior exercida pelo coletor, dirige-se quase totalmente para o coletor, atravessando a junção B-C sem a menor dificuldade. 46
  47. 47. -+ VCB VBC n np p pn +-+- VBE -+ VEB Tensões e correntes nos transistores n-p-n e p-n-p iB iBiEiE iC iC Emissor Coletor Base iB iC iE VCB VBE VCE Emissor Coletor Base iB iC iE VEB VBC VEC 47
  48. 48. 48 Emissor Coletor Base iB iC iE VCB VBE VCE Emissor Coletor Base iB iC iE VEB VBC VEC Abaixo, é mostrado o esquema geral de tensões e correntes de portadores majoritários para os transistores npn e pnp, assumindo-se o sentido convencional de corrente, e lembrando-se que as correntes de portadores minoritários são em geral desprezadas. npn pnp
  49. 49. iE = iB + iC Emissor Coletor Base iB iC iE VCB VBE VCE Emissor Coletor Base iB iC iE VEB VBC VEC Aplicando-se a primeira lei de Kirchhoff para as correntes: n-p-n p-n-p 49 -+ VCB VBC n np p pn +-+- VBE -+ VEB iB iBiEiE iC iC
  50. 50. Aplicando-se a segunda lei de Kirchhoff para as tensões: VEC = VBC + VEBVCE = VBE + VCB 50 Emissor Coletor Base iB iC iE VCB VBE VCE Emissor Coletor Base iB iC iE VEB VBC VEC n-p-n p-n-p -+ VCB VBC n np p pn +-+- VBE -+ VEB iB iBiEiE iC iC
  51. 51. O comportamento esperado do transistor nesse tipo de configuração em circuitos eletrônicos é fazer o controle da passagem de corrente entre o emissor e o coletor através da base. Isto é alcançado polarizando o transistor adequadamente.  Junção Base-Emissor polarizada diretamente e  Junção Base-Coletor polarizada Reversamente.
  52. 52. 52 N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor Fluxo de corrente em um transistor npn polarizado de modo a operar na região ativa. Sentido convencional das correntes. iCiE iB iE = iB + iC
  53. 53. 53 53 Devido a difusão de portadores nas junções J1 e J2, barreiras de potencial são produzidas entre emissor e base e base e coletor, de 0.7 V para o silício e de 0.3 V para o germânio, à temperatura ambiente. J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor iCiE iB
  54. 54. 54 J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor Considere a junção J1 em polarização direta e a junção J2 em polarização reversa. N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  55. 55. 55 J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor Como a junção J1 está polarizada diretamente, não oferece barreira aos elétrons, que passam para a região P. N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  56. 56. 56 J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor Esta região (P) sendo muito estreita, e estando os elétrons muito acelerados, apenas alguns conseguem se recombinar com as lacunas da região P. N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  57. 57. Para entender porque a corrente se dirige menos à base basta lembrar que a base é mais estreita e fracamente dopada. N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB 57
  58. 58. Assim os portadores que vêm do emissor saturam a base rapidamente através das recombinações, fazendo com que os portadores se dividam em duas partes:  Uma pequena parte saindo pelo terminal de base;  E a maior parte saindo pelo coletor, atraídos pela sua tensão. N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB 58
  59. 59. 59 A polarização direta na base de um transistor controla a quantidade de corrente que passa pelo circuito de coletor. J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  60. 60. 60 A maior parte do fluxo de corrente é de emissor para coletor, sendo que apenas uma pequena corrente circula entre emissor e base, ilustrando o efeito de amplificação. J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  61. 61. 61 Pode-se controlar a corrente C-B controlando-se a polarização E-B. J1 : Junção emissor-base J2: Junção base-coletor N NP RE RC + _ _ + VBE VCB Emissor Base Coletor ICIE IB
  62. 62. Nestas condições: N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 62
  63. 63. O fluxo de corrente é máxima do emissor para o coletor. A corrente de base é muito pequena. A corrente base-emissor é alta. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 63
  64. 64. Sabemos que o emissor é pesadamente dopado, contendo muito elétrons livres. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 64
  65. 65. Como a base é levemente dopada com lacunas, se alguns elétrons se recombinam com as lacunas, outros elétrons podem sair da base. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 65
  66. 66. A maior parte dos elétrons “verão” o positivo do coletor, entrarão na região de depleção, entre a base e o coletor, e serão varridos para o coletor. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 66
  67. 67. O transistor é construído de modo a encorajar que a corrente flua do emissor para o coletor, sob polarização. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 67
  68. 68. A base por ser levemente dopada não estimula a recombinação  por isso a recombinação é difícil. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 68
  69. 69. A base sendo muito fina, faz com que seja mais provável que os elétrons livres encontre a camada de depleção base/coletor antes de encontrar uma lacuna. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 69
  70. 70. 95 ~ 99 % dos elétrons fluirão através do coletor. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 70
  71. 71. Assim, definimos o α do transistor α = IC / IE N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 71
  72. 72. Esta configuração é exigida para transistores operando na região linear. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 72
  73. 73. A saída terá uma forma de onda idêntica a onda da entrada. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 73
  74. 74. Correntes de emissor e coletor serão aproximadamente iguais. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 74
  75. 75. Corrente de base será muito pequena. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 75
  76. 76. Se a corrente de base varia, a corrente no emissor e coletor variarão proporcionalmente. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 76
  77. 77. Esta é a base para a amplificação. N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 77
  78. 78. A razão entre a corrente de base e de coletor é pequena e é chamada de β do transistor β = IC / IB = hFE N N P + + - - Terminal de coletor Terminal de emissor 78
  79. 79. Em resumo . . . É importante compreender quais são os efeitos de se polarizar simultaneamente ambas as junções. 79
  80. 80. 80 Disso resulta os modos de operação do TBJ
  81. 81. 81 Modos de operação do TBJ
  82. 82. Modos de operação do TBJ O transistor pode operar em três diferentes estados: 82
  83. 83. Modos de operação do TBJ O transistor pode operar em três diferentes estados: Cut-off (corte) – no qual o transistor não tem nenhuma corrente de saída. (i- Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente) 83
  84. 84. Modos de operação do TBJ O transistor pode operar em três diferentes estados: Cut-off (corte) – no qual o transistor não tem nenhuma corrente de saída. (i- Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente) Região Ativa – no qual a corrente de saída de coletor, iC é controlada pela corrente de base, iB, (ii - Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Diretamente) e 84
  85. 85. Modos de operação do TBJ O transistor pode operar em três diferentes estados: Cut-off (corte) – no qual o transistor não tem nenhuma corrente de saída. (i- Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Reversamente) Saturação – onde a corrente de coletor do transistor alcança um valor máximo e um aumento na corrente de base não tem nenhum efeito sobre a corrente de coletor (ii - Junção Base-Emissor e Base-Coletor polarizadas Diretamente), e Região Ativa – no qual a corrente de saída de coletor, iC é controlada pela corrente de base, iB, (iii - Junção Base-Emissor polarizada diretamente e Base-Coletor polarizada Reversamente). 85
  86. 86. 86 Cut-off
  87. 87. Cut-off ou corte A corrente de saída do transistor é zero ou desprezível. 87
  88. 88. Cut-off Quando a corrente iC é zero, a tensão de saída é máxima  Normalmente igual à tensão de polarização da fonte. 88
  89. 89. Cut-off Portanto, no modo cut-off VCE = VCC, e iC = 0, Onde VCC é a tensão de polarização do gerador. 89
  90. 90. Cut-off Este modo é o oposto da saturação. 90
  91. 91. 91 Saturação
  92. 92. Saturação O transistor produzirá a corrente máxima para o circuito, e o valor dessa corrente é dependente dos parâmetros do circuito. 92
  93. 93. Saturação O transistor é considerado saturado quando a tensão coletor-emissor é próxima a zero ou maior do que 0.2 V. 93
  94. 94. Saturação Saturação também pode ser expressa VCE ≈ 0 e iC é o valor máximo. 94
  95. 95. Saturação Saturação é quando o transistor tem corrente máxima mas tensão de saída mínima, o oposto do modo cut-off. 95
  96. 96. 96 Modo-ativo
  97. 97. Modo Ativo Nesse modo, a corrente de saída iC é controlada pela corrente de entrada iB. 97
  98. 98. Modo Ativo Modo ativo é útil para projetar amplificadores de corrente e tensão. 98
  99. 99. Modo Ativo A relação entre as correntes é expressa pela iE = iC + iB, e iC = β · iB 99
  100. 100. Modo Ativo Isto demonstra que as correntes de coletor e emissor são funções da iB corrente de entrada. 100
  101. 101. Modo Ativo Quando a corrente de controle é a corrente de base, dizemos que o dispositivo é controlado por corrente. 101
  102. 102. Conceitos de Polarização Conceitos importantes para se entender sobre polarização de transistores e características. O beta do transistor β = IC / IB = hFE O alfa do transistor α = IC / IE Saturação  fluxo de corrente máxima do transistor Corte (cutoff)  nenhum fluxo de corrente 1 2 3 4 Emissor Coletor Base Transistor típico: 2N3904 tem 100 < β < 300 Para o transistor na região ativa. 102
  103. 103. Condições de Polarização Para as várias aplicações, certas condições devem ser satisfeitas para que o circuito opere apropriadamente. Aplicação Região de operação do transistor Polarização B - E Polarização B - C Circuitos digitais Saturação Direta Direta Circuitos digitais Corte Reversa Reversa Amplificadores Linear Direta Reversa 103

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