Cap. 2 – Transistor Bipolar de Junção (BJT)

Transistor:

Dispositivo (semicondutor) de 3 terminais, cujo princípio de operação baseia-se no controle da corrente num dos terminais pela tensão aplicada nos outros dois.

Modos de Utilização:

Fonte Controlada AMPLIFICADORES

Interruptor (chave) CIRCUITOS DIGITAIS

2.1 – Estrutura Física do BJT

Emissor Coletor

Base

n np Emissor Coletor

Base

p pn

E

B

CE

B

C

jEB jBCjEB jBC

p

Emissor

Base

Coletor

n +n

Estrutura mais realista do BJT (npn)

pn

C B

n

EJunção

Emissor-Base JunçãoColetor-Base

Emissor: fortemente dopado

Base: estreita e fracamente dopada

Coletor: maior área

Modos de Operação:

E C

B

n np

E C

B

n np

E C

B

n np

JEB reversa

JBC reversaCORTE

JEB direta

JBC diretaSATURAÇÃO

JEB direta

JBC reversaR.A.D.

CHAVE

AMPLIFICADOR

2.2 – Operação Física no Modo Ativo (RAD)

►o valor de iC não depende do valor de vCB, apenas que vC > vB

► mais de 95% dos elétrons emitidos são coletados (iC > 0.95 iE)

T

BE

Vv

SC eIi . WAkIS

BCE iii

EC ii .

Relações importantes:

Temos que: onde:

VT : tensão térmica (25mV @ 300K)

área da junção

largura da base

e:

Da 1a Lei de Kirchhoff:

BC ii

1

logo:

Fazendo:

1

BE ii

1

1e

BC ii . BE ii ).1( Teremos:e

Comparativo entre e

1

(ganho de corrente em base-comum)

(ganho de corrente em emissor-comum)

0,9 9

0,95 19

0,99 99

0,998 499

1

► Valores típicos: 20 < < 500 (0,952 < < 0,998)

► Transistores iguais podem ter ligeiramente diferentes

E

B

C

C

B

E

Símbolo e Modelos Equivalentes

Símbolo npn

Símbolo pnp

.iE

B

E

CiC

iE

iB

vBE

+

-

.iE

B

E

CiC

iE

iB

vEB

+

-

.iB

B

E

CiC

iE

vπ

+

-

iB

iB

iE

iC

.iB

modelo π modelo T

modelo πmodelo T

?

?

Exemplo:

O transistor da figura abaixo tem β =100 e exibe uma tensão vBE de 0,7V com iC = 1 mA. Projete o circuito para que uma corrente de 2 mA flua através do coletor e que uma tensão de + 5V apareça no terminal do coletor.

Solução

VC = +5 V VRC = 15 – 5 = 10 V

IC = 2 mA RC = VRC / 2 mA = 5 kΩ

como: VBE = 0,7 V para IC = 1 mA

VBE para IC = 2 mA é dado por:

V 717,012ln7,0

TBE VV

como: VB = 0 VE = – 0,717 V

(β = 100 α = 100/101) e: IE = IC / α = 2 / 0,99 = 2,02 mA

assim: RE = (VE – (– 15)) / IE = 7,07 kΩ

tem-se:

RE=7,07kΩ

RC=5kΩ

T1>T2>T3

TC = -2mV/oC

vBE

iC

IC

0,7

T2T1 T3

0,710,69

como:

T

BE

Vv

SC eIi .

Representação gráfica das características do BJT

Característica iC - vBE

(25oC) (20oC) (15oC)

Região Ativa Direta

(RAD)

vCE

iC

(iB=10uA)

(iB=5uA)

(iB=2uA)

(iB=20uA)

(iB=40uA)

Característica de saída (iC-vCE)

VCEsat

Região de Saturação

Região de Corte

Característica de Saída - Limites de Operação

Região de Corte

Região de Saturação

Curva de Potencia Máxima

(1/x)

R A D

E C

B

n np

W

Efeito Early (dependência de ic da tensão coletor-emissor)

depleção

vCE depleção W IS iC

IC

-VA

C

A

ctevC

CEo I

Vi

vrBE

Resistência de saída do coletor:

ro inclinação