Aula02

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ELETRONICA II

REVISÃO:

TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO

Sumário

 Transistor Bipolar de Junção

 Regiões de operação

 Configurações

 Polarização

Transistor Bipolar de Junção

- É um dispositivo de 3 terminais (base, coletor e emissor);

- Surgiu para substituir a válvula;

Transistor Bipolar de Junção

4 A estrutura simplificada de um transistor NPN e de um transistor PNP, são vistas na Fig. 1.

Transistor Bipolar de Junção

Transistor NPN Transistor PNP

Regiões de Operação

Para que o transistor opere na região ativa, a junção

base-emissor deve estar diretamente polarizada e a junção

base-coletor reversamente polarizada, como na Fig. 3.

Regiões de Operação

Para o transistor na região de saturação, tanto a junção

base-emissor quanto a junção base-coletor devem estar

diretamente polarizadas, como mostra a Fig. 4.

Regiões de Operação

Já a polarização do transistor para operar na região de corte pode ser vista na Fig. 5. Nessa configuração, ambas as junções estarão reversamente polarizadas.

Configuração Base-Comum

Observando agora as características da configuração base-comum, temos o circuito polarizado da forma mostrada na Fig. 6.

A curva da relação da tensão V_CB em função das correntes de coletor e de emissor, é apresentada na Fig. 7.

Configuração Base-Comum

Valores típicos de amplificação de tensão para a configuração base-comum variam de 50 até 300.

Configuração Base-Comum

- Característica I_E - V_BE

Configuração Emissor-Comum

A configuração mais frequentemente utilizada para o transistor aparece na Fig. 9. Essa configuração é denominada emissor-comum, uma vez que o emissor é comum com relação aos terminais de entrada e saída.

Configuração Coletor-Comum

A última configuração utilizada é a configuração coletor-comum, mostrada na Fig. 10.

Essa configuração é utilizada principalmente para o

casamento de impedância, uma vez que apresenta uma alta impedância de entrada e uma baixa impedância de saída.

Polarização

- Polarização fixa

Polarização

- Polarização por divisor de tensão

Exemplo

Polarização

- Polarização com realimentação de tensão

Exemplo

Ex. 2) Determine os valores de I_C e V_CE para o circuito abaixo (β=100).

Modelo de Pequenos Sinais

 O transistor pode ser empregado como um dispositivo amplificador. Nesse caso, o sinal de saída é maior que o sinal de entrada ou, a

potência CA de saída é maior que a potência CA de entrada.

 O que ocorre no caso do TBJ é que há uma “troca” de potência CC para o domínio CA, permitindo uma potência CA de saída maior. O rendimento de conversão é definido, então, por:

 A conservação de energia diz que η= P_o/P_i, não pode ser maior que 1.

fornecida CC potência ) ( carga na CA potência ) ( ) ( ) (    cc P ca P cc P ca P i O i O 

Modelo de Pequenos Sinais

A base para a análise do transistor para pequenos sinais é a utilização de circuitos equivalentes (modelos). Estabelecendo o

circuito CA equivalente, o dispositivo é substituído por esse circuito, e os métodos básicos de análise CA de circuito (análise de malha, análise nodal, e teorema de Thévenin) podem ser aplicados

para determinar a resposta do sistema.

Um amplificador será linear (ou de alta-fidelidade - Hi-Fi) se não mudar a forma do sinal na saída. Desde que a amplitude do sinal de entrada seja pequena, o transistor usará somente uma pequena parte da reta de carga e a operação será linear. Por outro lado se o sinal de entrada for muito grande, as flutuações ao longo da reta de carga levarão o transistor à saturação e ao corte

Modelo de Pequenos Sinais

A Fig. 15 mostra as variações de tensão e corrente em um TBJ operando em CA. Vê-se que as variações estão restritas à região linear da curva característica, não atingindo os pontos de corte e saturação, podendo ser consideradas lineares.

Modelo de Pequenos Sinais

Observações Importantes

Para distinguir de forma conveniente os sinais contínuos dos alternados as variáveis com suas letras e índices devem seguir a seguinte convenção:

 letra e índices maiúsculos para as quantidades CC: I_C, V_E, V_CC, etc.

 letras e índices minúsculos para as quantidades CA: i_c, v_e, v_s.

 sinal negativo para indicar tensões ou correntes senoidais 180° fora de fase. Por exemplo na Fig. 16, temos v_o = - v_i.

v_i v_o

Modelo de Pequenos Sinais

Linearidade - A Fig. 17 mostra a curva característica de entrada de um TBJ amplificador de sinal na configuração base-comum. Note que a variação no ponto Q, para pequenos sinais, descreve um arco AB aproximadamente linear

e as distâncias AQ e BQ são idênticas. A senóide de corrente obtida não apresenta distorção.

Modelo de Pequenos Sinais

Modelo π-Híbrido

Modelo T

 _{Primeiro modelo adotado pelas}

instituições industriais e de ensino;

 _{Modela matematicamente o}

transistor sem levar em conta os

processos físicos que ocorrem no

mesmo;

 _{Sofre limitações com relação à}

precisão para um conjunto particular de condições de operação.

 _{Este modelo deriva do modelo híbrido,}

podendo ter seus parâmetros determinados para qualquer região de operação dentro da região ativa;

 _{Não são limitados por um simples}

conjunto de parâmetros fornecidos pela Folha de Especificações;

 _{Este modelo falha na justificativa do}

nível da impedância de saída do circuito e nos efeitos de realimentação da saída para a entrada.

Modelo de Pequenos Sinais

Circuito equivalente CA

Seja o circuito com TBJ ao lado

Roteiro:

1. Fixar todas as fontes CC a um

nível zero, substituindo-as por um curto-circuito equivalente;

2. Substituir todos os capacitores

por um curto-circuito equivalente

(baixa impedância em altas

frequências);

3. Redesenhar o circuito numa

forma mais conveniente. O

modelo obtido é visto na Fig. 19.

Modelo de Pequenos Sinais

 Os valores CC foram importantes

apenas para determinar o ponto Q de operação, que pode ser ignorado

na análise CA, pois determina

apenas a componente CC da tensão

de saída e não a amplitude de

oscilação CA de saída.

 Os capacitores de acoplamento C₁ e

C₂ e o capacitor de passagem C₃

foram selecionados para uma

reatância muito pequena nas

frequências de aplicação. Portanto, eles podem ser substituídos por um caminho de baixa resistência ou um

curto.

Modelo de Pequenos Sinais

 Estabelecendo um ponto comum (terra) e reorganizando os elementos, R₁ e R₂ ficarão em paralelo, e R_C aparecerá entre o coletor e o emissor.

Circuito CA do transistor para pequenos sinais

Modelo de Pequenos Sinais

Modelo de Pequenos Sinais

Exemplo

Ex. 3) Sabendo que o valor de β=100, determine o ganho de tensão no circuito abaixo.

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REVISÃO:

TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO