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Eletrônica Aula 04 - transistor CIN-UPPE

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Eletrônica Aula 04 - transistor CIN-UPPE - PowerPoint PPT Presentation


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Eletrônica Aula 04 - transistor CIN-UPPE. Transistor. O transistor é um dispositivo semicondutor que tem como função principal amplificar um sinal elétrico, principalmente pequenos sinais, tais como: Sinal de TV Sinal de rádio Sinal biológico ...............

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Presentation Transcript
transistor
Transistor
  • O transistor é um dispositivo semicondutor que tem como função principal amplificar um sinal elétrico, principalmente pequenos sinais, tais como:
    • Sinal de TV
    • Sinal de rádio
    • Sinal biológico
    • ...............
  • O primeiro transistor de junção (Germânio) foi inventado em 1951, por Shockley.
transistor1
Transistor
  • O transistor substituiu as válvulas, anteriormente utilizadas como dispositivos amplificadores de sinais, as quais apresentavam desvantagens, tais como:
    • Alto aquecimento
    • Pequena vida útil (alguns milhares de horas)
    • Ocupa mais espaço que os transistores
  • A invenção do transistor permitiu uma revolução na integração de funções em um único componente, o circuito integrado.
transistores

Primeiro transistor de germânio

John Bardeen and Walter Brattain at Bell Laboratories.(1947)

4004 Primeiro

Microcomputador

Em CI (1971)

Primeiro transistor

comercial em silício(1954)

PDP-8 Primeiro

Microcomputador

Em transistor(1965)

Transistores
  • Válvula
slide5

Evolução da

complexidade

dos CIs

transistor2
Transistor
  • Tipos
    • BJT – Transistor de junção (bipolar)
      • Bipolar (elétrons e buracos)
    • MOS – Metal Óxido Silício
      • Unipolar (elétrons)
correntes no transistor

IC

IB

Modelo Real

Modelo convencional

IC

IB

IE

IE

Correntes no transistor
  • IE = IB + IC
slide10

IC e ligeiramente menor do que IE

α = IC / IE

α 0.95

O ganho de corrente de um transistor é definido como a corrente

do coletor dividida pela corrente da base

 = IC / IB

Transistor

  • O que torna o transistor interessante e útil é o fato de que a corrente de coletor é bem maior que a corrente de base.
  • Para um transistor típico, 95% a 99% dos portadores da carga do emissor são emitidos pelo coletor e constituem-nos quase toda a corrente de coletor.
transistor caracter stcas
Transistor - característcas
  • Transistores de baixa potência têm ganho de corrente da ordem de 100 a 200.
  • Transistores de alta potência têm ganho de corrente da ordem de 20 a 100.
transistor configura es
Transistor - Configurações

Emisor comum

Coletor comum

Base comum

transistor emissor comum caracter sticas

Curva da base

out

IB = (VIN - VBE )/RB

  • IE = IB + IC

0.7V

  • VCE = VC – VE
  • VCB = VC – VB
Transistor – Emissor comum - características
transistor curvas do coletor

Corrente IC constante

(região ativa)

VBE =V

IB > 0

IC/IB =   constante

Joelho da curva

Região de saturação

VBE =V

IB > 0

IC/IB < 

Região de corte

VBE < V

IB = 0

IC IE 0

Tensão de ruptura

Transistor – Curvas do coletor
transistor regi o de satura o

VC=0,2V

VB=0,6V

VE=0V

Transistor – Região de saturação
  • Região de saturação
    • Está região representa a região no qual a corrente do coletor cresce bastante com o aumento da tensão entre o coletor e emissor (0 a 1 V)
    • Nesta região o diodo coletor base está diretamente polarizado.
    • O valor de resistência da carga deve ser pequena bastante para levar o transistor para a saturação, de forma que quase toda a tensão da fonte é aplicada na carga.

VBE =V

IB > 0

IC/IB < 

VC≅9,8V

carga

VC=0,2V

transistor regi o de corte

VC=10V

IC0mA

VBE<0,7V

VE=0V

Transistor – Região de corte
  • Região de corte
    • Nesta região a corrente de base é nula.
    • Existe apenas nesta configuração uma pequena corrente de fuga do coletor.

VBE < V

IB = 0

IC IE 0

transistor regi o ativa

VC

VC> VB

IC

VBE>0,7V

VE=0V

Transistor – Região ativa
  • Região ativa
    • Está região representa a operação normal do transistor. Nesta região o diodo emissor está polarizado diretamente e o diodo coletor inversamente polarizado.
    • Nesta região, o coletor captura praticamente todos os elétrons que o emissor está jogando na base.

VBE =V

IB > 0

IC/IB =   constante

transistor reta de carga polariza o

Ponto de saturação – ponto onde a reta de carga intercepta a região de

saturação das curvas do coletor.

Ponto de corrente Ic máxima do circuito

VCC=IC.RC+VCE

Ponto Q(operação)

Ponto de corte – corrente Ic mínima do circuito

Transistor – Reta de carga - Polarização
  • A reta de carga possui todos os pontos de operação do circuito, considerando as características do transistor.
bjt polariza o de amplificadores emissor comum

Observe que a tensão de saída depende

diretamente de  (ganho do transistor).

BJT – Polarização de amplificadoresemissor comum

Encontrar um ponto adequado

de operação com o mínimo de

Instabilidade possível

  • Parâmetros de instabilidade
  • temperatura
  • o ganho de corrente β pode
  • variar bastante entre transistores

Vout=VCC-IC.RC, onde IC/IB=β

Vout=VCC-β. IB.RC, com IB=(VIN-Vf)/RB =>

Vout=VCC-β.(RC /RB)(VIN-Vf)

http://www.eng.fsu.edu/~ejaz/EEL3300L/lab8.pdf

bjt polariza o de amplificadores emissor comum1

Tensão de saída em função

da tensão de entrada. Vout muda linearmente com a mudança de Vin, desde que os outros parâmetros são constantes.

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum
  • Neste tipo de configuração a necessidade de mudança de transistores, por exemplo, o 2N3904, que pode ter ganho entre 130-200, pode acarretar mudanças significativas na amplificação do sinal.
  • Observe que a tensão de saída depende diretamente de  (ganho do transistor).
  • O transistor pode ir da região ativa para a de saturação.

http://www.eng.fsu.edu/~ejaz/EEL3300L/lab8.pdf

transistor ponto de opera o regi o ativa

3,1

6,9

Transistor – Ponto de operação (região ativa)

(mA)

RB = 300K

10 V

10 V

(V)

Considere o circuito acima com VBE = 0,7V ;  = 100

IB = (10-0,7)V/300K= 31A

IC = . IB => IC = 3,1 mA

VCE = 10-IC.RC =>VCE = 10-3,1= 6,9 V

transistor regi o ativa c lculo do ponto de opera o

(Cálculo de IB)

(Cálculo de VCE)

Operação em

Região ativa

(Cálculo de IE)

Laboratório

Transistor - região ativa (Cálculo do ponto de Operação)
slide26

No ponto de operação:

IB = 10 A

IC = 1 mA

VCE = 5 V

IB = 10 A + 5 A

1.5

1.0

0.5

IB = 10 A - 5 A

2.5

5

7.5

Se IB varia, VBE também varia e conseqüentemente IC e VCE. Assim, com valor central no ponto de operação:

IC + CE = 1.0 + 1.5 cos(t)

VCE + VCE = 5.0 – 2.5 cos(t)

Laboratório

Se um sinal senoidal de amplitude 10A é aplicado à base com o transistor neste

ponto de operação:

IB + IB = 10 A + 5 cos(t)

polariza o fonte de tens o comum

Out

O ponto de operação do circuito (ponto Q) pode ser

calculado a partir do cálculo de RB, RC, VCC e ganho .

Observamos que VCE depende de  diretamente.

Polarização – (fonte de tensão comum)

Calcular Vout (VCE) no ponto de operação (Q) no circuito abaixo:

In

?

exemplo laborat rio
Exemplo - Laboratório
  • Calcular no circuito abaixo os valores de RC, RB, considerando  = 100, VCC = 15 V, de forma que no ponto de polarização (Q), IC = 25 mA e VCE = 7.5 V.
  • Considerando os resultados obtidos acima, qual será o novo ponto Q quando  = 200.
bjt polariza o de amplificadores emissor comum realimenta o no emissor

considerando

temos que:

IB=(VIN-Vf-IE.RE)/RB

Vf=VBE

Assim, no ponto Q, Vout é dado por:

BJT – Polarização de amplificadores emissor comum (realimentação no emissor)

Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo:

Neste modelo de polarização observamos que o valor do parametro β não

interfere significativamente se considerarmos certas relações entre RB e RE

bjt polariza o com divisor de tens o

Equivalente Thevenin

Encontrar VBB e RBB

BJT – Polarização com divisor de tensão

Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo:

VIN

VOUT

slide31

Resistência equivalente

Tensão na base

IB

VBB

VBE

IB deve ser pequena para não afetar a polarização

Considerando: IE IC  IB

polariza o com realimenta o

=>

=>

Observe que VCE independe do ganho

Polarização com realimentação
  • Em geral, devemos escolher um valor RBB <<  RE para termos uma condição de realimentação efetiva, ou seja, fazer com que a corrente do coletor, e conseqüentemente VCE, independam (muito) do ganho do transistor, assim:
polariza o com realimenta o1
Polarização com realimentação
  • Cálculo do valor para VE:
  • Observe que VBE pode variar (0.6 a 0.8 V) para o silício, principalmente com o aumento da temperatura.
  • Assim para que esta oscilação VBE não interfira no circuito de polarização, devemos fazer com que a tensão no emissor seja imune a está variação. Assim, se considerarmos a variação de 0.1 V, teríamos:

Se VBE oscila em torno e 0.1 V, VE = IE.RE >> 0.1 V or VE > 10*0.1 = 1V

polariza o

I1 = IC+IB , como IC>>IB

I1  IC

Se ou temos:

Cálculo de VCE (verificação do ponto de operação)

VBE

BE

BE

BE

Polarização

Calcular VOUT no ponto de operação (Q) no circuito abaixo:

VOUT =VCE

VIN

Desde que IC é independente de  o ponto de operação é estável.

laborat rio
Laboratório
  • Projetar um circuito estável, com realimentação, com um ponto Q de IC = 2.5mA e VCE = 7.5V. Considere  entre 50 e 200.
  • Considere que o ponto Q se localiza no meio da curva da região ativa e que VCC = 2*VCE
  • Para:
    • na configuração realimentação simples via emissor;
    • na configuração realimentação divisor de tensão na base;
    • na configuração realimentação coletor-base.

2.5

7.5