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Transistores Bipolares
Parte 2
Leonardo B. Zoccal
(lbzoccal@unifei.edu.br)
ELT055 – Eletrônica Analógica I - *
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
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Transistor como Chave
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Transistores Bipolares
A Reta de Carga
Uma reta de carga é uma linha que corta as curvas características do coletor para mostrar cada um dos possíveis pontos de operação de um transistor
A reta de carga é um recurso visual dos possíveis pontos de operação do transistor
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Transistores Bipolares
A Reta de Carga
Movimento do ponto Q com valores crescentes de IB
Efeito do aumento no valor de RC na reta de carga e no ponto Q
Efeito da variação de VCC na reta de carga e no ponto Q
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Identificando a Saturação
Geralmente não se pode dizer de imediato se um transistor está operando na região ativa ou na região de saturação
Suponha que o circuito opera na região ativa;
Faça os cálculos;
Se aparecer algum valor absurdo nos cálculos, a suposição é falsa.
Método 1
Redução ao Absurdo
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Identificando a Saturação
A corrente na base é idealmente de 0,1 mA
Qual o valor de VCE do circuito com polarização da base?
Supondo que o transistor está na região ativa:
IC = 50·(0,1 mA) = 5 mA;
VCE = 20 – (5 mA)·(10 kΩ) = -30 V
Esta resposta é impossível, pois a tensão coletor-emissor não pode ser negativa quando o transistor opera na região ativa (o transistor está na saturação)
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Identificando a Saturação
Calcular a corrente de saturação do coletor;
Determinar a corrente de base (idealmente);
Multiplicar a corrente de base pelo β do transistor e comparar com a corrente de saturação do coletor.
Método 2
Comparação das correntes
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Identificando a Saturação
 ICsat = (20 V)/(10 kΩ) = 2 mA (VCE ≈ 0 V)
Supondo que o transistor está na região ativa:
IC = 50·(0,1 mA) = 5 mA
A corrente na base é idealmente de 0,1 mA
A corrente IC é maior do que a corrente ICsat. Logo o transistor deve estar saturado.
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Ganho de corrente na Saturação
Quando um transistor está saturado, o ganho de corrente é menor do que o ganho de corrente na região ativa: 
βcc(sat) = IC(sat)/IB
No ponto de operação de saturação, a corrente de coletor é máxima e nada pode aumentar a corrente do coletor.
A única coisa que muda com o aumento na corrente da base é o ganho de corrente que diminui quando a corrente da base aumenta.
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor – Ganho de corrente na Saturação
Para garantir que o transistor opere na região de saturação pode-se usar como regra a escolha de um valor para a resistência de base que produza um ganho de corrente saturado de 10 (transistor em saturação forte)
A saturação forte é utilizada para ter certeza de que o transistor não sairá da região de saturação com baixas correntes de coletor, baixas temperaturas, etc.
O ganho de corrente altera-se com a corrente de coletor, variação na temperatura e substituição do transistor
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
No chaveamento os transistores trabalham nos extremos da reta de carga, ou seja, na região de saturação e na região de corte.
Será presumido que ICEO = 0 mA quando IB = 0 μA (isso pode ser considerado verdadeiro devido aos processos de fabricação atuais) e VCEsat = 0 V (valor normalmente adotado é de 0,1 V a 0,3 V).
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Quando Vi = 5 V o transistor é “ligado” e o projeto deve assegurar que ele se encontre bastante saturado (valor de IB deve ser maior do que o associado à curva IB próxima a saturação, IB > 50 μA).
≈ 0 V
Para Vi = 5 V
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Para Vi = 5 V
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Valor de IB, na região ativa um pouco antes da saturação
Para o nível de saturação, devemos então garantir a condição
63 μA
Condição satisfeita
Para Vi = 5 V
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Para Vi = 0 V temos que
IB = 0 μA, e como foi presumido 
que ICEO = 0 mA, IC = 0 mA.
0 V
Para Vi = 0 V
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Na saturação, a corrente IC é muito alta e a tensão VCE é muito baixa. O resultado é um valor de resistência entre os dois terminais determinado por:
Utilizando um valor médio típico de VCEsat de 0,15 V
= 6,1 mA
= 24,6 Ω (pode ser considero 0 Ω quando colocado em série com resistores na faixa de quiloohm)
Condição de saturação e resistência resultante entre os terminais
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
No corte, VCE é VCC e IC = ICEO. Se ICEO igual a 0 mA, Rcorte será ∞ Ω. O valor de resistência entre os dois terminais nesta situação é determinado por:
= 500 kΩ
= 5 V
Utilizando um valor típico de ICEO de 10 μA
Condição de corte e resistência resultante entre os terminais
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Há transistores chamados de transistores de chaveamento devido à velocidade com que podem alternar de um valor de tensão para outro
Definição dos intervalos de tempo de uma forma de onda pulsada
td é o intervalo entre o instante da mudança de estado e o início da resposta na saída;
tr é o tempo de ascensão de 10% a 90% do valor final.
tligado = td + tr
(tempo para o transistor alternar do estado “desligado” para “ligado”)
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Há transistores chamados de transistores de chaveamento devido à velocidade com que podem alternar de um valor de tensão para outro
Definição dos intervalos de tempo de uma forma de onda pulsada
ts é o tempo de armazenamento;
tf é o tempo de queda de 90% para 10% do valor inicial.
tdesligado = ts + tf
(tempo para o transistor alternar do estado “ligado” para “desligado”)
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Transistores Bipolares
Chaveamento com transistor
Tempos de chaveamento
ts = 120 ns td = 25 ns tr = 13 ns 
tf = 12 ns
tligado = td + tr = 25 + 13 = 38ns
tdesligado = ts + tf = 120 + 12 = 132 ns
Para o transistor de chaveamento BSV52L tligado = 12 ns e tdesligado = 18 ns
Exemplo: Para o Transistor 2N4123 com IC = 10 mA
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Transistor como Fonte de Corrente
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
 O transistor como chave é um circuito conhecido como circuito de polarização da base.
A polarização da base leva ao uso do transistor como chave, enquanto a polarização do emissor leva ao uso do transistor como fonte de corrente.
 Outro modo básico de usar o transistor é como fonte de corrente. Este outro método também é conhecido como circuito de polarização do emissor.
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Como VBB, VBE e RE são aproximadamente constantes, a corrente no emissor é constante.
Em um circuito real VBE varia ligeiramente com a temperatura.
VBE
IE·RE
IE
Como a corrente de coletor é aproximadamente igual à corrente do emissor, a corrente do coletor é também aproximadamente constante.
Assim, o resistor do coletor pode ser mudado que sua corrente não se altera.
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Na configuração do transistor como fonte de corrente o circuito é relativamente imune às variações de βCC.
Fator de correção que diz quão diferente é IC de IE. 
Por exemplo, se o ganho for de 100, o fator de correção será de 0,99 (a corrente de coletor é igual a 99% da corrente de emissor).
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Conceito de Amarração (bootstrap)
Como VBE é aproximadamente fixo, VE seguirá as variações em VBB. Esse tipo de ação é chamado amarração
VBE
VE
No transistor funcionando
como chave, o emissor não está amarrado à tensão de entrada porque o emissor é aterrado.
Isso faz com que o emissor permaneça com o potencial de terra, não importando o que ocorra com a tensão de entrada.
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Espelho de corrente
O espelho de corrente é o elemento mais básico no projeto de circuitos fontes de corrente e guias de corrente para CIs.
O espelho de corrente consiste em dois transistores casados (Q1 e Q2) com seus terminais de base e emissor conectados juntos, os quais têm, portanto, os mesmos valores de vBE.
O espelho de corrente é alimentado por uma fonte de corrente constante IREF e a corrente de saída é tomada no coletor de Q2.
O circuito alimentado pelo coletor de Q2 deve assegurar uma operação no modo ativo para Q2 o tempo todo.
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Espelho de corrente
Como Q1 e Q2 são considerados idênticos e com vBE iguais, suas correntes de emissor serão iguais
IE
IE
IB1
IB2
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Espelho de corrente
O ganho de corrente se aproxima da unidade para βCC >> 1. No entanto o desvio do ganho de corrente da unidade pode ser relativamente alto (para um βCC = 100 o erro é de 2%).
Outro fator que faz I0 diferente de IREF é a dependência linear da corrente de coletor de Q2 que é I0, com a tensão de coletor Q2. A corrente I0 será igual a IREF apenas quando a tensão de coletor de Q2 for igual à tensão de base (quando a tensão de coletor aumenta, I0 aumenta).
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Transistores Bipolares
Transistor como Fonte de Corrente
Espelho de corrente
A corrente de referência de entrada para o espelho de corrente, IREF, pode ser determinada por um resistor R conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação VCC.
VBE é a tensão base-emissor correspondente à corrente IREF no emissor.
+
VBE
-
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