Cap6 TBJ SLIDES

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Dispositivos a Semicondutor II 
Cap. 6 – Transistor bipolar de junção 
Prof. Dr. Marcos Lajovic Carneiro 
Introdução 
• Possui 3 substratos semicondutores 
• Criado em 1951 por Schockley e sua equipe 
• Substituiu imediatamente as válvulas (consumiam muita energia) 
• Possibilitou novas invenções 
– Circuitos integrados 
– Componentes optoeletrônicos 
– Microprocessadores 
6.2) O Transistor bipolar de junção 
• 6.2.1) Aspectos físicos e nomenclaturas 
 
• Cristal de silício ou germânio 
• Transistor NPN e transistor PNP 
• Silício é mais utilizado por possuir: 
– Menor sensibilidade à temperatura 
– Menor corrente reversa 
– Maior suporte a tensões mais altas 
– Maiores especificações de corrente direta 
• Terminais: Coletor, Base, Emissor 
 
6.2.1) Aspectos físicos e nomenclaturas 
• Terminais: 
Emissor: 
– Substrato mais densamente dopado dos três. 
– Função de injetar portadores livres (elétrons livres no NPN e lacunas no PNP) 
– Tamanho intermediário entre base e coletor 
Base: 
– Levemente dopada, bastante estreita 
– Função de permitir que a maioria dos portadores livres injetados pelo emissor passem 
para o coletor 
Coletor 
– Nível de dopagem intermediário 
– Função de coletar os portadores da base 
– Maior dimensão física dos três pois deve 
dissipar mais calor que os outros. 
6.2.1) Aspectos físicos e nomenclaturas 
• Se assemelha a dois diodos 
– Possui duas junções 
 
• 6 variáveis para análise 
– 𝐼𝑐 , 𝐼𝐸 , 𝐼𝐵 , 𝑉𝐶𝐵 , 𝑉𝐶𝐸 , 𝑉𝐵𝐸 
6.2.2) Transistor Bipolar de Junção não polarizado 
• Duas camadas de depleção 
• Camada da Junção EB (Jb) é menor que a camada da junção CB (Jc) 
• Diferentes concentrações de dopagem 
6.2.3) Fonte de corrente controlada por corrente 
• Corrente de saída controlada pela corrente de entrada 
• Funções: 
– Amplificação de sinal 
– Chave ON-OFF 
 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• Duas junções  Cada uma com duas formas de polarização 
• TBJ  4 modos de operação 
 
• Modos de operação: 
– Saturação 
– Bloqueio 
– Ativo direto 
– Ativo reverso 
 
• Modos de ligação 
Define-se sempre uma corrente de saída e outra de entrada. A terceira variável de corrente 
é então função dessas outras duas e define o terminal comum entre entrada e saída. 
 
– Base como terminal comum  Base Comum BC 
– Emissor como terminal comum  Emissor Comum EC 
– Coletor como terminal comum  Coletor Comum CC 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO ATIVO DIRETO – Configuração Base Comum 
– Diodo emissor polarizado na condução e diodo coletor no corte 
– 𝐼𝐵 com pequeno valor 
– 𝐼𝐶 aproximadamente igual a 𝐼𝐸 
Ganho de corrente direta (α𝐹 ) 
α𝐹 ≈ 1 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO ATIVO DIRETO – Configuração Emissor Comum 
– Diodo emissor polarizado na condução e diodo coletor no corte 
– Corrente de entrada passa a ser 𝐼𝐵 
– Corrente de saída passa a ser 𝐼𝐶 
– Ganho de corrente direta ou ganho CC = 𝛽𝐹 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO SATURADO – Configuração Base Comum 
– Diodo emissor polarizado na condução e diodo coletor polarizado na condução 
– 𝐼𝐸 e 𝐼𝐶 podem ser apreciáveis com apenas pequenas tensões diretas em Jc e Je. 
– Tensão de saída baixa e corrente de saída alta  comportamento de uma chave fechada 
 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO BLOQUEADO OU DE CORTE – Configuração Base Comum 
– Diodo emissor polarizado no corte e diodo coletor polarizado no corte 
– Correntes 𝐼𝐸 e 𝐼𝐶 são pequenas (da ordem de correntes reversas) 
– Tensão de saída Vcb será aproximadamente igual a Vcc 
– Comportamento de chave aberta 
– TBJ bloqueado 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO ATIVO REVERSO – Configuração Base Comum 
– Diodo emissor polarizado no corte e diodo coletor polarizado na condução 
– Polarizações contrárias do modo ativo direto 
– Coletor passa a exercer função de emissor e vice-versa 
– Funcionamento análogo ao modo ativo direto – Opera como fonte de corrente controlada 
por corrente 
Ganho de corrente reverso (α𝑅 ) 
0.5 < α𝐹 < 0.85 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
• MODO ATIVO REVERSO – Configuração Emissor Comum 
– Análogo ao modo ativo direto com configuração emissor comum 
– Ganho de corrente reversa = 𝛽𝑅 
6.2.3) O Transistor Bipolar de Junção Polarizado: Modos de Operação 
Resumo dos modos de operação do TBJ de 
acordo com as polarizações dos diodos 
6.3) O Efeito Early 
• TBJ possui duas camadas de depleção: EB em Je e CB em Jc. 
• Ambas penetram na base 
• A largura de ambas é variável 
• Largura efetiva de B é a parte entre essas duas camadas de depleção 
• A modulação da largura efetiva de B é conhecida como efeito Early e possui 3 
consequências: 
 
1) Mudança na largura de B muda a concentração de seus portadores. A corrente 𝐼𝐸 aumenta 
com o aumento da tensão de polarização reversa na junção Jc. 
 
2) Com a redução da camada B o ganho de corrente direta aumenta, portanto ele não é 
constante. 
 
3) Se as camadas Je e Jc forem espandidas ao ponto de se tocarem ocorre a passagem de uma 
corrente de emissor muito grande causando a ruptura do TBJ (conhecida como perfuração ou 
“punch-through”) 
6.4) Configurações do transistor bipolar de junção 
• 1) Configuração base-comum (BC) 
- Corrente de emissor (entrada), corrente de coletor (saída), ou vice-versa 
- Terminal de Base é comum 
 
• 2) Configuração emissor-comum (EC) 
- Corrente de base (entrada), corrente de coletor (saída) 
- Terminal Emissor é comum 
 
• 3) Configuração coletor-comum (CC) 
- Corrente de base (entrada), corrente de emissor (saída) 
- Terminal Coletor é comum 
 
O 4 modos de operação podem ser alcançados em cada uma das três configurações do TBJ 
6.4.1) Configuração Base Comum 
• Circuito polarizador de um TBJ PNP como exemplo 
• Característica de Entrada (𝐼𝐸 x 𝑉𝐸𝐵) 
o 𝐼𝐸 : Corrente de entrada 
o 𝑉𝐸𝐵: Tensão de entrada 
o 𝑉𝐵𝐶: variável fixada 
o Curvas representam a característica V-I de um diodo (diodo 
emissor) 
o Características variam de acordo com o 𝑉𝐵𝐶 fixado (devido ao 
efeito Early) 
• Característica de Saída (𝐼𝐶 x 𝑉𝐵𝐶) 
o 𝐼𝐶 : Corrente de saída 
o 𝑉𝐵𝐶: Tensão de saída 
o 𝐼𝐸 : variável fixada 
6.4.1) Configuração Base Comum 
• Característica de Saída (𝐼𝐶 x 𝑉𝐵𝐶) 
o 𝐼𝐶 : Corrente de saída 
o 𝑉𝐵𝐶: Tensão de saída 
o 𝐼𝐸 : variável fixada 
o 3 Regiões de operação: 
o Ativa direta: 
o 𝑉𝐵𝐶 > −0,5𝑉 (diodo coletor no corte) 
o 𝐼𝐸 > 0 (diodo emissor em condução) 
o 𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸 
o 𝐼𝐶 é controlada por 𝐼𝐸 
o TBJ pode executar função amplificadora 
o Saturação: 
o 𝑉𝐶𝐵 ≤ −0,5𝑉 
o Funcionamento como chave fechada 
o 𝑉𝐵𝐶 pequena e 𝐼𝐶 elevada 
o Corte: 
o 𝐼𝐸 = 0 
o Ambos diodos estão em corte 
 
6.4.1) Configuração Emissor Comum 
• Configuração mais utilizada em todos os circuitos com 
transistor 
• Utiliza a pequena corrente da base para controlar a 
grande corrente do coletor 
• Exemplo com um TBJ NPN 
• Característica de Entrada (𝐼𝐵 x 𝑉𝐵𝐸) 
o 𝐼𝐵: Corrente de entrada 
o 𝑉𝐵𝐸: Tensão de entrada 
o 𝐼𝐶 : Corrente de saída 
o 𝑉𝐶𝐸 : Tensão de saída 
o 𝑉𝐶𝐸 : variável fixada 
 
o Diodo emissor polarizado diretamente 
• Característica de Saída (𝐼𝐶 x 𝑉𝐶𝐸) 
o 𝐼𝐶 : Corrente de saída 
o 𝑉𝐶𝐸 : Tensão de saída 
o 𝐼𝐵: variável fixada 
o 3 Regiões de operação:o Ativa direta 
o Saturação 
o Corte 
 
6.4.1) Configuração Coletor Comum 
• Basicamente o mesmo circuito da configuração emissor 
comum. 
• Mesmas curvas 
• Exemplo com um TBJ NPN 
6.5) Análise de circuitos de polarização do TBJ (Análise DC) 
6.5) Análise de circuitos de polarização do TBJ (Análise DC) 
6.5) Análise de circuitos de polarização do TBJ (Análise DC) 
Próxima aula 
 
Exercícios 
• Lista do Cap.6 
 
Entender todos os exercícios resolvidos 
Característica V-I do TBJ em emissor comum 
 Mudando o visual do circuito para facilitar a análise. 
Observa-se que a fonte de 2V é suficiente para fazer o diodo emissor 
conduzir. 
(para encontrar a corrente de base) 
b) 
A mudança no resistor de base muda 
a malha de entrada mas não muda a 
malha de saída, portanto a reta de 
carga é a mesma. 
c) 
Corrente Ib é nula. 
 
Malha de entrada muda mas a malha 
de saída permanece a mesma, 
portanto a reta de carga não muda. 
Substituindo 
modelos do TBJ de 
acordo com as 
hipóteses 
9,2 
9,2 
Resolvendo o sistema: