1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA PL
CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTRICA
UEM 2023
2. O nome transistor vem da
frase “transferring an
electrical signal across a
resistor
3. Plano de Aula
• Contextualização
• Objetivo
• Definições e Estrutura
• Características Tensão-Corrente
• Modos de Operação
• Aplicações Básicas
• Conclusões
4. Contextualização
• Onde os transistores bipolares são usados?
• Veja mais exemplos em: www.nxp.com → bipolar
transistors → application notes
5. Objetivo
• Visão geral sobre os transistores bipolares
• Compreender seus diferentes modos de
operação
• Conhecer algumas aplicações básicas
6. Questões Chave
• Qual a estrutura de um transistor bipolar?
• Como um transistor de junção bipolar opera?
• Quais são as principais dependências das
correntes de terminal de um BJT no regime ativo
direto?
7. Definições
• O BJT é um dispositivo de 3 terminais
– Dois tipos diferentes: npn e pnp.
• Os símbolos do BJT e seus diagramas de bloco correspondentes:
• Os BJTs tem 2 junções (fronteira entre as regiões n e p).
8. Estrutura
• Por enquanto é suficiente dizer que a estrutura mostrada na figura
anterior não é simétrica.
• As regiões n e p são diferentes tanto geometricamente quanto em
termos de concentração de dopagem.
• Por exemplo, a concentração de dopagem no coletor, base e
emissor devem ser 1015, 1017 e 1019 respectivamente.
• Portanto, o comportamento do dispositivo não é electricamente
simétrico e as duas terminações não podem ser permutados.
Atividade Extra-Classe: Ler sobre a estrutura do BJT. Sedra, Cap.5,
Sec. 5.1 a 5.3 / Boylestad Cap.3, Sec. 3.1 a 3.3
10. Modos de Operação
• Como cada junção possui dois modos de polarização (direta ou
reversa), o BJT com suas duas junções têm 4 modos possíveis de
operação.
– Ativa Direta: dispositivo tem boa
isolação e alto ganho regime mais
útil;
– Saturação: dispositivo não tem
isolação e é inundado com
portadores minoritários). Leva tempo
para sair da saturação evitar!
– Ativa Reversa: ganho baixo pouco
útil;
– Corte: corrente desprezível: quase
um circuito aberto útil;
11. Operação no Modo Ativo Direto
• Considerando o circuito abaixo:
– A junção Base-Emissor (B-E)
é polarizada diretamente
– A junção Base-Coletor (B-C)
é polarizada reversamente.
– A corrente através da junção
B-E está relacionada a
tensão B-E por:
IE = IS (eVBE −1)
VT
13. Operação no Modo Ativo Direto
• Devido as grandes diferenças de dopagem das regiões
do emissor e da base, os elétrons injetados na região da
base (da região do emissor) resulta na corrente do
emissor (IE).
• Além disso o número de elétrons injetados na região do
coletor é diretamente relacionado aos elétrons injetados
na região de base a partir da região do emissor.
• Portanto, a corrente de coletor está relacionada a
corrente do emissor que é conseqüentemente uma
função da tensão B-E.
14. Operação no Modo Ativo Direto
A tensão entre dois terminais controla a
corrente através do terceiro terminal.
Este é o princípio básico do BJT!
(efeito transistor)!
IC controlada por vBE, independente de vBC
15. Operação no Modo Ativo Direto
• A corrente de coletor e a corrente de base estão
relacionadas por:
e aplicando a LCK obtemos:
IE = IC + IB
• Então, das equações anteriores, o relacionamento entre
as correntes de emissor e base:
IE = (1+ )IB
Ic= IB
β depende da largura da região
da base e das dopagens
relativas das regiões da base e
do emissor.
16. Operação no Modo Ativo Direto
• e equivalentemente
• A fração é chamada de α e iE pode ser escrita como:
• Para transistores de interesse, β = 100 que corresponde a α = 0.99 e
IC IE
• BJTs estado-da-arte atuais: IC ~ 0,1 − 1mA, β ~ 50 − 300.
• β é difícil de controlar rigorosamente. Técnicas de projeto de circuito
são necessárias para insensitividade a variações em β.
IC =
1+
IE
1+
T
BE
V
v
IS
IE =
e
18. Operação no Modo Ativo Direto
• A direção das correntes e as polaridades das
tensões para NPN e PNP.
19. Características Tensão-Corrente
• Três tipos diferentes de tensões envolvidas na
descrição de transistores e circuitos. São elas:
– Tensões das fontes de alimentação:VCC e VBB
– Tensões nos terminais dos transistores:VC , VB e VE
– Tensões através das junções: VBE , VCE e VCB
20. Características Tensão-Corrente
• Os 3 terminais dos transistores e as duas junções,
apresentam múltiplos regimes de operação
• Para distinguir estes regimes, temos que olhar as
características tensão-corrente do dispositivo.
• A característica mais importante do BJT é a o traçado da
corrente de coletor (IC) versus a tensão coletor – emissor
(VCE), para vários valores da corrente de base IB.
22. Características Tensão-Corrente
• Região de Corte (cutoff):
junção Base-Emissor é
polarizada reversamente. Não
há fluxo de corrente.
• Região de Saturação: junção
Base-Emissor polarizada
diretamente, junção Coletor-
Base é polarizada
diretamente.IC atinge o
máximo, que é independente
de IB e β. Sem controle. VCE <
VBE
• Região Ativa: junção Base-
Emissor diretamente
polarizada, junção Coletor-
Base polarizada reversamente.
Controle, IC = β IB . VBE < VCE <
VCC
• Região de Ruptura
(Breakdown): IC e VCE
excedem as especificações.
Dano ao transistor.
23. Aplicações do BJT
• Como Chave
– Se a tensão vi for menor que a tensão necessária para
polarização direta da junção EB, então IB=0 e o
transistor está na região de corte e IC=0. Como IC=0, a
queda de tensão sobre RC é 0 e então Vo=VCC .
24. Aplicações do BJT
• Como Chave (cont.)
– Se a tensão vi aumenta de modo que a tensão VBE polariza
diretamente a junção BE, o transistor ligará e
– Uma vez “ligado”, ainda não
sabemos se ele está operando
na região ativa ou saturação
B
=
vi −VBE
B
R
I
25. Aplicações do BJT
• Como Chave (cont.)
– Entretanto, aplicando LTK no laço C-E, temos:
ou
– A equação acima é a equação
da linha de carga para este
circuito.
– Note que VCE = Vo
= VCC − IC RC
VCE
CE
C C
CC R +V = 0
+ I
−V
26. Aplicações do BJT
• Como Chave (cont.)
– Equação da linha de carga:
VCE =VCC − IC RC
27. Principais Conclusões
• O emissor “injeta” elétrons na base
• O coletor “coleta” elétrons da base
• A base “injeta” lacunas no emissor
• IC controlada por VBE, independente de VBC (efeito
transistor)
• Modo Ativo Direto: mais útil, dispositivo tem ganho e
isolação.
• Saturação: dispositivo inundado com portadores
minoritários. Não é útil.
• Corte: dispositivo aberto. Útil.
28. Referências
• SEDRA, A. S. e SMITH, K. C., Microeletrônica, 5a.
Edição, Makron Books, 2005.
• BOYLESTAD, R. L. e NASHELSKY, L., Dispositivos
Eletrônicos e Teoria de Circuitos, 6a. Edição, Editora
PHB, 1998.
