Aula 06

(1)

Eletrônica Básica e Instrumentação

ELT008

Prof. Vinícius Valamiel

vvalamiel@gmail.com

https://sites.google.com/site/vvalamiel

Transparências: Prof. Tálita S. P. Sono

Prof. Tiago de Sá Ferreira

(2)

POLARIZAÇÃO DOS TRANSISTORES

BIPOLARES DE JUNÇÃO

Aula 6

2 ELT008 - Eletrônica Básica e Instrumentação Aula 06- Polarização dos transistores bipolares de junção

(3)

Polarização do TBJ na região ativa



Para a polarização do TBJ em sua região linear ou ativa de

operação, devem ocorrer as seguintes situações:

ELT008 - Eletrônica Básica e Instrumentação Aula 06- Polarização dos transistores bipolares de junção 3

Modo de Operação

J

BE

(Diodo Emissor)

J

_BC

(Diodo Coletor)

Saturação

Direta

Corte

Reversa

Ativa

Direta

Reversa

1. A junção base-emissor deve estar polarizada

diretamente (região p mais positiva) com

uma tensão resultante de polarização de

cerca de 0,7 V;

2. A junção base-coletor deve estar polarizada

reversamente (região n mais positiva), com a

tensão reversa de polarização situando-se

dentro dos limites máximos do dispositivo.

(4)

ANTES DE COMEÇAR...

(5)

Equações – NPN Região Ativa



I

_E

= I

_C

+ I

_B



V

_CE

= V

_CB

+ V

_BE



V

_CE

= V

_C

- V

_E



V

_BE

= V

_B

- V

_E



V

_CB

= V

_C

- V

_B



I

_C

≈ I

_E



α

_cc

= I

_C

/I

_E



I

_C

= α·I

_E

+ I

_CBO



V

_BE

= 0,7V



I

_C

= βI

_B



I

_E

= (β + 1)I

_B

(6)

CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA

(7)

Circuito de Polarização Fixa



Ilustra como se deve proceder para realizar a avaliação da

polarização de transistores em cc.



Análise para transistores NPN → Para PNP se deve inverter o

sentido das tensões e das correntes



Correntes nos sentidos reais



Tensões definidas pela notação

Ex. V

_BE

= V

_B

– V

_E



Capacitores isolam o transistor de

qualquer componente cc vindo da

entrada (análiase ca)

(8)

Circuito de Polarização Fixa



Para análise, podemos separar a fonte V

_CC

em duas



Permite uma separação dos circuitos de entrada e de saída

(9)

Circuito de Polarização Fixa



Para análise, podemos separar a fonte V

_CC

em duas



Permite uma separação dos circuitos de

entrada

e de saída

Circuito de entrada

(10)

Circuito de Polarização Fixa



Para análise, podemos separar a fonte V

_CC

em duas



Permite uma separação dos circuitos de entrada

e de

saída

Circuito de saída

(11)

Malha Base-Emissor

Entrada



_{Considere a malha base-emissor}



Lei de Kirchhoff para tensões



Resolvendo a equação para I

_B



Conclusões



Sabemos que V = RI, então podemos concluir que a

resistência R

_B

determina a corrente I

_B

, já que V

_CC

e V

_BE

são constantes



Logo R

_B

determina a corrente I

_B

do ponto de operação

0 



_B

_BE

CC

I

R

V

B

BE

CC

B

R

V

I





(12)

Logo R

_B

determina a corrente I

_B

do ponto

(13)

Malha Coletor-Emissor

Saída



Considere a malha coletor-emissor



Fórmula decorada:



Conclusões



Se I

_C

depende de beta e I

_B

, logo I

_C

não depende de R

_C

, desde que o transistor

continue na região ativa



Lei de Kirchhoff para tensões

B

C

I





Qual a função de R

_C

?

C

CC

CE

V

I

R

V





(14)

Malha Coletor-Emissor

Saída



Considere a malha coletor-emissor



Fórmula decorada:



Conclusões



Se I

_C

depende de beta e I

_B

, logo I

_C

não depende de R

_C

, desde que o transistor

continue na região ativa



Lei de Kirchhoff para tensões

B

C

I





R

_C

determina V

_CE

, eixo x da

curva do dispositivo!

C

CC

CE

V

I

R

V





(15)

Logo R

_C

determina localização do ponto

de operação

(16)

I

_C

= βI

_B

(17)

Exercício 1

(18)

Exercício 1



Para a configuração fixa mostrada determine:

a.

I

_B

e I

_C

b.

V

_CE

c.

V

_B

e V

_C

d.

V

_BC

A

k

V

R

V

I

B BE CC B

47 ,

08 

240

7 ,

0

12 _











mA

A

I

_C





_B



50 .

47 ,

08 



2 ,

35 V

k

mA

V

R

I

V

CE C C CC CE

83 ,

6 )

2 ,

2 ).(

35 ,

2 (

12 









V

CE C BE B

83 ,

6

7 ,

0 



V

_BC



_B



_C



0 ,

7 

6 ,

83 



6 ,

13

(19)

Saturação do transistor



Saturação



Junção base-coletor não está mais polarizada reversamente

Região de saturação real

As curvas

características

se agrupam e

a tensão V

_CE

≤

V

_CEsat

.

Região de saturação

aproximada

Corrente é

relativamente

alta e a tensão

V

_CE

= 0 V.

A resistência entre os terminais

de coletor e emissor pode ser

determinada como:





0

0 I

I

V

R

Csat C CE CE

V

(20)

Saturação do transistor na polarização fixa



Logo, para determinação de I

_Csat

para uma configuração

com polarização fixa

R

V

I

C

CC

Csat



0 







_I

_R

_V

V

CE

C

CC

0 V

(21)

Exercício 2

(22)

Exercício 2



Para o circuito mostrado, determine a corrente de

saturação

mA

k

V

R

V

I

C

CC

Csat

5 ,

45

2 ,

2

12 





(23)

CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO

ESTÁVEL DO EMISSOR

(24)

Circuito com polarização estável do

emissor



Inclusão de um resistor de emissor



Melhora o nível de estabilidade se comparado à configuração com

polarização fixa.



A análise do circuito é realizada de maneira semelhante a análise

feita na configuração com polarização fixa.

(25)

Malha base-emissor

Entrada



Considere a malha base-emissor



Lei de Kirchhoff para tensões



Fórmula decorada



Logo

0 









_I

_R

_V

_I

_R

V

CC B B BE E E





_I

I

E







1 

B





_R

R

V

I

E B BE CC B









1 







_R



_V

I

B



B







1 

E



CC



BE





1 





0 







_I

_R

_V

_I

_R

V

CC B B BE



B E

Na configuração com

polarização fixa este

(26)

Malha base-emissor

Entrada



O circuito redesenhado produz a

mesma corrente de base (I

_B

) deduzida



Independe da tensão base-emissor V

_BE,

o resistor R

_E

é refletido para o circuito

de entrada por um fator (β + 1).



Resistor do emissor, que é parte da

malha coletor-emissor, “aparece como”

(β + 1)·R

_E

na malha base-emissor.

(27)

Malha coletor-emissor

Saída



Considere a malha coletor-emissor



Lei de Kirchhoff para tensões



Fórmula decorada



Logo

0 









_R

_V

_I

_R

_V

I

E E CE C C CC

I

E



C









0 





_V

_I

_R

V

CE CC C E C



_R



I

V

CE



CC



C



E



C

(28)

Saturação do transistor na polarização

estável do emissor



O nível de saturação do coletor (ou corrente máxima) pode

ser determinado utilizando o mesmo método aplicado à

configuração com polarização fixa.



_{Logo, para determinação de I}

_Csat

_{para uma configuração}

com polarização estável do emissor

R

V

I

E

C

CC

Csat







_R



I

V

CE



CC



C



E



C

0 V

(29)

Melhoria na estabilidade e nível de

saturação



Aumentar muito o valor de R

_E

implica em diminuir o valor

de I

_B

Q

Aumentando R

_E

FE

B

E

BE

CC

C

h

R

V

I











_R

R

V

I

E

B

BE

CC

B









1 

h

_FE





(30)

Saturação do transistor na polarização

estável do emissor



_{A adição do resistor de emissor ao circuito de polarização}

cc do TBJ acarreta uma melhoria na estabilidade.



As correntes e tensões cc permanecem próximas aos

valores estabelecidos pelo circuito sob modificações nas

condições externas, como a temperatura e o beta do

transistor.

(31)

CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO POR

REALIMENTAÇÃO DO COLETOR

(32)

Circuito com polarização por

realimentação do coletor



Nesta polarização, apesar do ponto quiescente não ser

totalmente independente de beta a sensibilidade a

variações de beta ou da temperatura é menor do que na

configuração de emissor polarizado.

(33)

Malha Base-Emissor

Entrada



Lei de Kirchhoff para tensões



I’c é tal que:



Já que I

_C

e I´

_C

são muito maiores que I

_B



Determina-se I

_B

0

|















_I

_R

_I

_R

_V

_I

_R

V

CC C C B B BE E E

I

'

C



C



B

I

'

C



C







B

I

E



I

C

0 













_I

_R

_I

_R

_V

_I

_R

V

CC



B C B B BE



B E













0 





_V

_I

_R

_I

_R

V

CC BE



B C E B B



_R



R

V

I

E C B BE CC B













(34)

Malha Coletor-Emissor

Saída



Lei de Kirchhoff para tensões



Como



Temos



Determina-se V

_CE



É o mesmo resultado obtido para a configuração de polarização do

emissor

0 '











_R

_V

_I

_R

_V

I

E E CE C C CC

I

E



C

I

'

_C



I

_C









0 





_V

_I

_R

V

CE CC C E C



_R



I

V

CE



CC



C



E



C

(35)

Saturação do transistor



Com a utilização da aproximação I´

_C

= I

_C

, a equação para a corrente de

saturação é a mesma obtida para a configuração com polarização de

emissor

R

V

I

E

C

CC

Csat







_R



I

V

CE



CC



C



E



C

0 V

(36)

CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO POR

DIVISOR DE TENSÃO

(37)

Circuito com polarização por divisor de

tensão



Neste tipo de polarização o circuito é menos dependente, ou quase

independente do beta do transistor



Se os parâmetros do circuito forem apropriadamente escolhidos, os

níveis resultantes de I

_CQ

e V

_CEQ

poderão ser quase totalmente

independentes de beta

(38)

Análise Exata

Entrada



Pode ser aplicada a qualquer configuração de divisor de

tensão



Calcula-se a resistência Thévenin

A fonte de tensão é

substituída por um

curto-circuito equivalente

R

Th



1

2 R

R

Th

2

1

2

1 





(39)

Análise Exata

Entrada



Pode ser aplicada a qualquer configuração de divisor de

tensão



Calcula-se a fonte de tensão Thévenin

A tensão de Thévenin é

determinada pelo circuito aberto

e aplicando a regra do divisor de

tensão

R

V

R

V

E

CC

Th

_R

2

1

2







(40)

Análise Exata

Entrada



I

_BQ

pode ser determinado através da lei de Kirchhoff para

tensões no circuito redesenhado

0 









_I

_R

_V

_I

_R

E

Th

B

Th

BE

E





_I

I

E







1 

B





_R

R

V

E

I

E

Th

BE

Th

B









1 

(41)

Análise Exata

Saída



Uma vez I

_B

determinado, as quantidades restantes do circuito podem

ser determinadas do mesmo modo que para a configuração

polarização de emissor

0 









_R

_V

_I

_R

_V

I

E

CE

C

CC

I

E



C









0 





_V

_I

_R

V

CE

CC

C

E

C



_R



I

V

CE



CC



C



E



C

(42)

Saturação do Transistor



A equação resultante para a corrente de saturação (quando V

_CE

é

ajustado para 0 V) é a mesma obtida para a configuração com

emissor polarizado

R

V

I

E

C

CC

Csat







_R



I

V

CE



CC



C



E



C

0 V

(43)

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

(44)

Exercícios propostos



E01: Determine os parâmetros solicitados para a

confi-guração com divisor de tensão.

I

_C,

V

_CE,

I

_B,

V

_E,

V

_B