Slide de aula - Unidade II

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Prof. Dr. Joares Junior
UNIDADE II
Eletrônica Analógica
 Nos anos 70 iniciou sua produção em larga escala;
 Foi inventado na década de 50, para substituir as válvulas utilizadas principalmente em TVs;
 O termo transistor vem da expressão em inglês “transfer resistor”, que significa 
resistor de transferência;
 É um componente que apresenta resistência variável entre dois terminais e o controle desta 
resistência é feita por um terceiro terminal.
Transistor
Fonte: BOYLESTAD, R. 
L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
 Possui 3 regiões dopadas;
 3 terminais: coletor, base e emissor;
 PNP e NPN;
 A base tem uma dopagem 
fraca; Propicia a condução 
no coletor;
 Sinal de menos significa os elétrons livres;
 O emissor é fortemente dopado;
 Sua função é injetar elétrons na base;
 O coletor tem uma dopagem alta;
Transistor
O Transistor não Polarizado
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
C
E
B
n
n
P
0
,1
5
0
 p
o
l.
0
,0
0
4
 p
o
l.
-
+
-
+
V
E
E
V
C
C V
C
C
V
E
E
+
-
+
-
E
C
B
P
P
n
0
,1
5
0
 p
o
l
0
,0
0
1
 p
o
l.
 Possui três correntes: corrente no emissor IE, corrente na base IB e corrente no coletor IC;
 A corrente do emissor é a maior da três, pois é uma fonte direta;
 Quase todas os elétrons do emissor passam pelo coletor, logo sua corrente tem quase o 
mesmo valor;
 A corrente da base é a 
menor de todas, 
quase 1% da corrente.
Correntes no transistor
Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
C
B
E
Correntes no transistor
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; 
NASHELSKY, L.
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
IE IC
E
B
P Pn
IB
+ - + -
VEE VCC
E
IC
C
IE
IB
B
C
B
E C
Pn n
IE IC
IB
+- +-
VEE VCC
ICIE
IB
B
E C
 Polarização direta
Polarização no transistor
Polarização reversa
Componentes de corrente
Fonte: BOYLESTAD, R. 
L.; NASHELSKY, L..
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
+ Portadores majoritários
E
+ - B
Região de depleção
+ -
VEE
Região de depleção
+ -
VCC
B + -
C
+ Portadores minoritários
P n
n p
+ Portadores majoritários + Portadores minoritários
P n P
E C
B
IE IC
IB
+ - + -
Regiões de depleção
VCCVEE
 Lei de Kirchhoff diz que a corrente total é igual a somatória das corrente em um nó;
Aplicando a lei de Kirchhoff em um transistor a seguinte relação é encontrada:
Correntes no Transistor
 Um propriedade que torna o transistor muito útil é a sua corrente no coletor, que é muito 
maior que a corrente na base;
Está relação é conhecida como ganho βCC, que é definida por:
Correntes no Transistor
 Rearranjando a equação de βCC, pode-se calcular os valores de IC e IB.
Correntes no Transistor
 Polarização direta do diodo emissor: permite que alguns elétrons livres se desloquem do 
emissor para a base; 
 Ao entrar na banda de condução da base, tornam-se portadores minoritários; 
 Pela dopagem da base, a maior parte se difunde pela camada de depleção do coletor; 
 Alguns elétrons se recombinam com lacunas na base, tornando-se elétrons de valência e 
fluem para o terminal da base; 
 Descida dos elétrons da base para o coletor gera calor: região mais extensa; 
Polarização reversa do diodo coletor:
Ponto de Vista de Banda de Energias
Ponto de Vista de Banda de Energias
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 137. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
DA
FONTE
DO 
EMISSOR
n
EMISSOR
p
BASE
n
COLETOR
TRAJETO DE
RECOMBINAÇÃO
PARA
A FONTE
DO COLETOR
 Junções são semelhantes a diodos: tensão reversa pode danificar o transistor; 
 Diodo emissor: alto nível de dopagem – tensão reversa baixa, de 5 a 30 V; 
 Diodo coletor: média dopagem – tensão reversa de 20 a 300 V; 
 Funcionamento normal: diodo emissor diretamente polarizado e diodo coletor 
reversamente polarizado; 
 Se VCB for grande demais, muita potência é dissipada e pode danificar o dispositivo; 
 Tensões máximas reversas VBE e VCB não devem ser atingidas;
Características do transistor. Tensões de Ruptura
 Gráficos que relacionam correntes e tensões no transistor;
 Variação das tensões VBB e VCC: gerar diferentes correntes e tensões; 
 Fixa-se IB e varia VCC: mede-se IC e VCE;
Características do transistor. Curvas do coletor
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 145. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
IC
JOELHO
RUPTURA
IB = 10μA1 mA
1 V
VCE
2 mA
IC
1 V
VCE
IB = 20μA
RUPTURA
Características do transistor. Curvas de coletor com diferentes 
correntes de base
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 145. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
IC
 O ganho (βCC, hfe) varia muito entre os transistores;
 Variação com temperatura, figura abaixo; 
 A variação de IC e de temperatura: pode variar em 9:1;
 Os projetos não podem depender de valor exato de βCC .
Características do transistor. Curvas de ganho de corrente em 
função da temperatura
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 147. vol1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
T = 150ºc
βCC
T = -50ºc
IC
 Quando buscar informações nos “datasheets” deve-se começar com as especificações 
máximas, pois, estes valores determinam os limites de correntes, da tensão e de outras 
quantidades do componente.
 VCEO;
 VCBO;
 IC;
 PD;
Características do transistor. Especificações do transistor
Características do transistor. Folha de dados
Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
2,0
1,0
0,7
0,5
0,3
0,2
0,1
0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 2,0 3,0 5,0 7,0 10 20 30 50 70 100 200
CURVAS CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
Ganho de corrente CC
Tj = + 125 º C
+ 25 º C
- 55 º C
VCE = I V
LC Corrente de coletor (mA)
ESPECIFICAÇÕES MÁXIMAS
Especificação Símbolo 2N4123 Unidade
Tensão coletro-emissor VCBO 30 VCC
Tensão coletor-base VCBO 40 VCC
Tensão emissor-base VEBO 5,0 VCC
Corrente de coletor – contínua IC 200 mACC
Dissipação total do dispositivo @ TA = 
25 ºC
Redução acima de 25 ºC
PD
625
5,0
mW
mWºC
Faixa de temperatura da junção para 
armazenamento
Tj,Tstg -55 A + 150 ºC
CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS
Característica Símbolo Máx. Unidade
Resistência térmica entre junção e encapsulamento RθJC 83,3 ºcw
Resistência térmica entre junção e ambiente RθJA 200 ºcw
Característica Símbolo Mín. Máx. Unidade
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICA (TA = 25ºC, a menos especificado outro valor)
CARACTERÍSTICAS NO ESTADO “DESLIGADO”
Tensão de ruptura coletor-emissor
(IC = 1,0 mACC .IE = 0)
V(BR)CEO 30 VCC
Tensão de ruptura coletor-base
(IC = 10 μACC .IE = 0)
V(BR)CBO 40 VCC
Tensão de ruptura emissor-base
(IE = 10 μACC .IC = 0)
V(BR)EBO 5,0 - VCC
Corrente de corte do coletor
(VCB = 20 VCC .IE = 0)
ICBO - 50 nACC
Corrente de corte do emissor
(VCB = 20 VCC .IE = 0)
IEBO - 50 nACC
CARACTERÍSTICAS NO ESTADO “LIGADO”
Ganho de corrente CC (1)
(IC = 2,0 mACC .VCE = 1,0 VCC)
(IC = 50 mACC .VCE = 1,0 VCC)
hfe
50
25
150
-
VCC
Tensão de saturação do coletor-emissor (1)
(IC = 50 mACC .VB = 5,0 mACC)
VCE(sat) - 0,3 VCC
Tensão de saturação base-emissor (1)
(IC = 50 mACC .IB = 5,0 mACC
VBE(sat) - 0,95 VCC
Testes de transistores
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
Teste de transistor
Transistor
JFET
SCR
Verificação da junção base-emissor
diretamente polarizada de um transistor npn.
E
B
Baixo R 
Aberto
Alto R
C
B
E
Verificação da junção base-coletor
reversamente polarizada de um transistor npn.
Saturação:
 O diodo coletor não está reversamente polarizado;
 Máxima corrente possível para o coletor.
Corte:
 IB=0 e IC≈0 (existe uma pequena corrente de corte do coletor);
 Máximo VCE possível.
Características do transistor. A reta de carga
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 151. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
RC
VBB
RB
VBE
++
-
VCE VCC
+ +
- -
Características do transistor. A reta de carga
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica,p. 151. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
VCC
RC
IC
IB > IB(sat)
IB > IB(sat)
IB
IB = 0
VCC
VCE
CORTE
0
Q
SATURAÇÃO
 Operação: o transistor funciona em dois pontos: corte e saturação.
O transistor como chave
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, 
p. 153. vol1. 1 ed. São Paulo –
McGraw-Hill, 1987.
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
VBB
RB
RC
(a)
VBE
+
-
+
-
VCC
+
-
VBB+
RB
RC
(b)
+ VCC
IC
VCC
RC
VCC
VCE
CHAVE FECHADA
CHAVE ABERTA
VCC
Vi
R
NO
NC
 Circuito com emissor aterrado, com VBB = VCC ; 
 Forma ruim de polarização do transistor por ter forte dependência com 
corrente e temperatura; 
 Não é usado em circuitos lineares; 
 Usado em circuitos digitais: corte ou saturação (regra da saturação forte);
Transistor. Polarização da base
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
RB
RC
VBB
+
-
+
-
VCC
RB RC
+VCC
 Opção para compensar parte da variação de β;
 Presença de resistor no emissor e VBB = VCC ;
 Realimentação: corrente de saída (IE) usada compensar uma variação na entrada (IC); 
 Usar a tensão através de RE para compensar possível variação em β;
 Para funcionar adequadamente, precisaria de RE muito grande;
Transistor. Polarização com realimentação do emissor
 β aumenta -> IC aumenta -> IE aumenta -> VE aumenta ->
VRB diminui -> IB diminui -> IC diminui e compensar variação de β. 
Transistor. Polarização com realimentação do emissor
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
RB
RC
RE
VBB
VCC
+
-
RB
+
-
RC
+VCC
RE
 É também chamado de autopolarização; 
 Resistor da base é ligado ao coletor; 
 Realimentação: 
 Aumento de β (com temperatura): 
IC aumenta e VCE diminui; 
VB diminui e força IC a diminuir; 
Polarização com realimentação do coletor
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
RB
+VCC
RC
+
VCE
0,7 V
+
-
0,7 V
+
+VCC
RC RC
+VCC
0,7 V
+
- - -
 É um transistor bipolar, em que a luz incide sobre a base. O seu funcionamento não difere do 
funcionamento do transistor bipolar comum, no entanto, a base é polarizada pela luz.
A corrente do coletor resultante, base aberta:
 A corrente do coletor é maior do que a corrente reversa inicial de um fator de β.
O fototransistor. O fotoacoplador
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
RC
+VCC
A corrente do coletor, no circuito abaixo, para os valores de ganho de 100 e 300, são:
a) 0,25mA e 8,58mA
b) 2,25mA e 7,33mA
c) 4,77mA e 8,58mA
d) 4,25mA e 9,33mA
e) 4,77mA e 7,33mA
Interatividade
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
1 kΩ
200 kΩ
+ 15 V
A corrente do coletor, no circuito abaixo, para os valores de ganho de 100 e 300, são:
a) 0,25mA e 8,58mA
b) 2,25mA e 7,33mA
c) 4,77mA e 8,58mA
d) 4,25mA e 9,33mA
e) 4,77mA e 7,33mA
Resposta
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
1 kΩ
200 kΩ
+ 15 V
 Somando as tensões na malha da base:
 Aproximamos para:
 como
Assim:
Então calculamos:
Para β=100 para β=300 
Resolução
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987.
 Chamada polarização universal; 
 Divisor de tensão nos resistores R1 e R2; 
 R2 polariza a base (diodo emissor);
Polarização por divisor de tensão
Fonte: MALVINO, A. P. Eletrônica, p. 175. vol 1. 1 ed. São Paulo – McGraw-Hill, 1987
+VCC
R1 RC
VB
VC
VE
RER2
+VTH
VB
+VCC
RC
VC
VE
RE
Circuito de Thevenin:
Divisor de tensão firme:
Polarização por divisor de tensão. Equações
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
RE
RTh
VTh
IB
B
VBE
+
- E
IE
R1
R2 RE
RC
VC
VE
VB
+ VCC
Usando a regra do 1/10 teremos:
Polarização por divisor de tensão. Orientações para o projeto
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
R1
RC
R2
C2
C1
Vi
VO
RE
VCC
Calcule VB, VE, VCE e IE para o circuito abaixo:
Exemplo
Fonte: autoria própria.
6K8Ω 3KΩ
30V
R1 RC
R2 RE 750Ω1KΩ
 Determinando VB 
 A corrente no emissor: 
 A tensão no emissor:
 A tensão no coletor-emissor:
Resolução.
Fonte: 
autoria
própria
. 
6K8Ω 3KΩ
750Ω
R1
R2 RE
RC
1KΩ
 O Darlington não é mais do que a ligação de vários transistores com a finalidade de 
aumentar o ganho de corrente.
 Vantagens: maior ganho de corrente e tanto o disparo quanto o bloqueio são sequenciais.
 Desvantagens: utilização em apenas circuitos com médias frequências e potências.
Conexão Darlington
Fonte: autoria própria.
B
C
E
A tensão VCE no circuito abaixo é aproximadamente:
a) 1,2V
b) 12V
c) 22 V
d) 0,0 V
e) 8,5 V
Exemplo
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; 
NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit 
Theory, 11e
+22V
39 KΩ
10 μF
10 μF
10 KΩ
IC
VCE
3.9 KΩ
VO
50 μF
1.5
KΩ
Vi
A tensão VCE no circuito abaixo é aproximadamente:
a) 1,2V
b) 12V
c) 22 V
d) 0,0 V
e) 8,5 V
Resposta
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; 
NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit 
Theory, 11e
+22V
39 KΩ
10 μF
10 μF
10 KΩ
IC
VCE
3.9 KΩ
VO
50 μF
1.5
KΩ
Vi
Resolução
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
+22V
39 KΩ
10 μF
10 μF
10 KΩ
IC
VCE
3.9 KΩ
VO
50 μF
1.5
KΩ
Vi
 Amplificação CA (pequenos sinais)
Análise C.A. do transistor
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; 
NASHELSKY, L.
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
i
i
i
i R
VCC/(RC+RE)
Time
iC
+
ICQ
IC
-
Q-point iB
iBQ
iB-
Time
VCEQ VCC vCE
Time
IC
 Fontes CC e capacitores curto-circuitados
Análise C.A. do transistor
Circuito equivalente
Fonte: BOYLESTAD, R. 
L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
VCC
RC
C C2
+
VOE
B
R1
C1+
Vi
R2
RE C3Vi
+
-
R1
B
C
RC
VOE
R2Vi
+
--
+
-
+
Rs
Vs
RS
VS
RS
VS
+ Vi
B+
Ii
E
C
Zi
R1 R2
Zo
RC
VO
IO
+
 Transmitir sinais CA isolando CC (geralmente ligado em série); 
 Desviar sinais CA para o terra (geralmente ligado em paralelo);
 XC < 0,1.R onde R = resistência total em série com o capacitor
 “os efeitos produzidos por cada fonte (CC e CA) funcionando separadamente pode ser 
depois somado para obter o efeito total”; 
 Capacitores abertos para CC e curto-circuitados para CA.
Análise C.A. do transistor. Capacitores de acoplamento
Fonte: BOYLESTAD, R. 
L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and 
Circuit Theory, 11e
VCC
R1
RC
C C2
C1
+
B
E
RE C3
VO
Vi
Vi
+
-
 Modelo re para emissor comum.
Análise C.A. do transistor. Modelo re
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
Ii = Ib
b
+ +
Vi Vbe
IC = βIb
--
e e
Ie
re b
e e
c
Zi = βre
c
 Emissor comum com polarização por divisor de tensão
Análise C.A. do transistor. Modelo re
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
VCC
RCR1
B
C1
C2
R2
ZO
VO
Vi
+
Zi
-
R1 R2
b
e
Ib
R’
RE CE
E
IO
Ii
Vi
Zi
Ii
βre βIb ro
c
e
RC
IO
ZO
VO
+
-
R’ = R1||R2 =
R1R2
R1 + R2
Av =
VO
Vi
=
- RC ||ro
re
Av =
VO
Vi
≌
- RC
re
Zo = RC||ro Zo ≌RC
Zi = R’||βre
rO≥10RC
rO≥10RC
Para o circuito mostrado na figura abaixo, determine o ganho (aproximadamente):
a) -300
b) +300
c) - 369
d) + 369
e) - 224
Interatividade
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
22 V
56 kΩ
10 μF
8,2 kΩ
1,5 kΩ 20 μFZi
Ii
Vi ZO
VO
IO
10 μF
6,8 kΩ
β = 90
 Alternativa correta letra c.
Primeiro devemos verificar se podemos usar:
Agora devemos achar o valor de re, resolvendo o circuito de polarização: 
Resposta
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
βRE > 10R2 (90)(1,5 KΩ)> 10(8,2KΩ)Calculando a impedância de entrada:
O ganho como:
Resolução
Fonte: BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.
Electronic Devices and Circuit Theory, 11e
 BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11. ed. 
Ed. Pearson, 2013. 
 MALVINO, A. P. Eletrônica. v. 1. 1ª ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1987, p. 175.
Referências 
ATÉ A PRÓXIMA!