N---Transistor-Bipolar-de-Juncao

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N 1
EE530 Eletrônica Básica I
Prof. Fabiano Fruett
Aula N- Transistor Bipolar de Junção 
(TBJ)
• Introdução
• Estrutura Física e Modos de Operação
• Operação do Transistor npn no Modo Ativo
• Transistor pnp
• Símbolos para Circuitos e Convenções
N 2
Primeiro Transistor
John Bardeen and Walter Brattain
Bell Labs
16 de Dezembro de 1947
2
N 3
Evolução …
Intel Pentium II
Clock: 233MHz
Número de transistors: 7.500.000
Gate Length: 0.35 µm
Primeiro circuito integrado
Jack S. Kilby, Texas Instruments
Continha cinco componentes, três tipos:
Transistores, resistores e capacitores
19581958 19971997
N 4
E depois?
Tubes 
Semiconductors
MOS CMOS
Transistor IC ULSI ?????
1950 1960 2000 
plastic electronics
optics
nanoelectronics
MEMS
biosensors
molecular 
nanotechnology
magnetoelectronics
2030
Fonte: IMEC
3
N 5
Estrutura simplificada de um transistor NPN
Fig. 4.1
Exemplo: Assuma que o NPN tenha a JEB diretamente 
polarizada e a JCB reversamente polarizada.
Esboce os limites das camadas de depleção e aponte a direção 
dos campos elétricos nas junções.
NDE >> NAB > NDC
N 6Fig. 4.3
Transistor NPN operando no modo ativo
Difusão de elétrons Deriva de elétrons
Difusão de lacunas
4
N 7
Correntes em um NPN operando na região ativa
EI CI
BI
BEV CBV
Fluxo convencional
N 8
Corrente de emissor
0( ) (0) exp BE Tp p E n p Vn E n E n
dn x n A qD n
I A qD A qD
dx W W
 
= = − = −
 
v /
Difusão:
0(0) exp BE T
V
p pn n=
v /
5
N 9
Corrente de coletor
0 exp BE TE n p VC n
A qD n
i I
W
= = v /
0E n p
S
A qD n
I
W
=
exp BE TVC Si I=
v /
IS =
AEqDnni
2
N AW
A maioria dos elétrons que se difundem alcançarão 
os limites da região de depleção coletor-base. 
Devido a ação do campo elétrico, estes elétrons 
serão transpostos para o coletor através do 
mecanismo de deriva. 
2
0
i
p
A
nn
N
=
N 10
Corrente de base
Corrente de base ( iB ) =
Corrente de difusão de lacunas 
da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 )
2
1 exp BE T
E p i V
B
D p
A qD n
i
N L
= v /
Componente de Difusão:
6
N 11
iB2 =
Qn
τ b
1
2
(0)n pEQ A nq W= ×
2
e p
2
x BE TE Vin
A
n
N
A qWQ = v / 2
2
1 exp
2
BE TVE i
B
b A
A qWni
N
=
τ
v /
Corrente de base – Componente de 
recombinação (iB2)
2
Carga de minoritários
Tempo de vida médio de um elétron minorit.B
i =
N 12
Corrente de base
Corrente de difusão de lacunas 
da base para o emissor ( iB1 ) +
Recombinação na base ( iB2 ) =
Corrente de base ( iB ) 
2
2
1 exp
2
BE TVE i
B
b A
A qWni
N
=
τ
v /
2
1 exp BE T
E p i V
B
D p
A qD n
i
N L
= v /
2
1 2
1 exp
2
BE Tp VA
B B B S
n D p n b
D N W Wi i i I
D N L D
 
= + = +  τ 
v /
exp BE TVS CB
I ii = =
β β
v / β é o ganho de corrente de 
emissor comum
+
=
7
N 13
Ganho de corrente de emissor comum 
(NPN)
C
B
ii =
β
β = 1/
Dp
Dn
N A
ND
W
Lp
+ 1
2
W 2
Dnτb
 
 
 
 
 
 
Como β pode ser maximizado
N 14
Quatro pontos de vista a respeito do controle 
da corrente de coletor iC
• iC é controlada por vBE
• iC é controlada por iE
• iC é controlada por iB
• iC é controlada pelo excesso de carga na 
base
8
N 15
Modelos Equivalentes para grandes sinais
Base comum
Emissor comum
N 16
Curva de Gummel e o 
índice de eficiência
exp BE TnVC Si I=
v /
9
N 17
Estrutura dos transistores bipolares reais
N 18Fig. 4.7
Transistor PNP operando no modo ativo
10
N 19
Modelo para grandes sinais do pnp
Base Comum
iC contrololada por vEB
Emissor Comum
iC contrololada por vEB
N 20
Símbolos
11
N 21
Polaridades
N 22
Resumo das equações para o TBJ no 
modo ativo
expC Si I= BE T
v /V 
exp BE TVC SB
i Ii  = =  β β 
v / 
exp BE TVC SE
i Ii  = =  α α 
v / 
Nota: Para o transistor pnp, substitua vBE por vEB 
iC = αiE iB = (1 − α)iE =
iE
β + 1 
iC = β iB iE = (β + 1)iB 
β = α
1 − α α =
β
β + 1 
VT = tensão térmica = kT/q ≅ 25 mV a temperatura 
ambiente 
12
N 23
Sugestão de estudo
• Sedra/Smith cap. 4 seções 4.1 até 4.4
Para saber mais:
Paul R. Gray e Robert G. Meyer, Analysis 
and Design of Analog integrated Circuits, 
John Wiley & Sons