Aula_Teorica_21_e_22

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Transistores Bipolares de Junção
(Aspectos construtivos; Curvas características de entrada saída para as configurações BC, EC, CC; 
Regiões de operação - ativa, corte e saturação; Fatores de amplificação em base-comum e emissor 
comum, Ação amplificadora do TBJ, Limites de operação; folha de dados (datasheet) e testes)
Universidade Estadual de Feira de Santana
Departamento de Tecnologia 
Área de Eletrônica e Sistemas
Prof.: João Bosco Gertrudes
e-mail: jbosco@ecomp.uefs.br; jbosco@dsce.fee.unicamp.br
Atendimento em sala: terças e quintas das 14:30h as 15:30h
TEC 500 – Circuitos Elétricos e Eletrônicos 2013.2 
Transistores Bipolares de Junção
� Introdução
� Dispositivos de 3 terminais (E,B,C) que servem para amplificar sinais, construção de portas 
lógicas (TTL), como chave controlada em algumas aplicações, etc;
� Dispositivo semicondutor que consiste em duas camadas de material do tipo n e uma 
camada do tipo p (npn), ou duas camadas do tipo p e uma do tipo n (pnp);
� As camadas externas são materiais mais fortemente dopados, e com larguras muito 
maiores. A camada interna é fracamente dopada constituindo um caminho de alta 
resistência.
� Nota: a legenda do transistor: 
� E - Emissor
� B - Base
� C - Coletor
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Figura 1
Transistores Bipolares de Junção
� Introdução
� A polarização cc é necessária para estabelecer a região apropriada de operação para a 
amplificação ca.
� O termo bipolar vem do fato de que lacunas e elétrons participam do processo de 
injeção no material com polarização oposta.
Figura 1
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Transistores Bipolares de Junção
� Operação
� A operação básica será descrita para o transistor pnp, figura 1 (a).
� A operação do npn é análoga, muda o sentido da corrente.
� Na figura 2, o transistor foi redesenhado sem a polarização base-coletor.
� Semelhante ao diodo polarizado diretamente.
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Figura 2
Transistores Bipolares de Junção
� Operação
� Remove-se a polarização base-emissor, Figura 3.
� Semelhante ao diodo reversamente polarizado.
Figura 3
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Transistores Bipolares de Junção
� Operação
� Uma junção pn de um transistor é polarizada diretamente, E-B, enquanto a outra é 
polarizada reversamente, B-C. (com respctivamente VEE e VCC).
� A corrente de base é muito pequena (caminho de alta resistência)
� IB é da ordem de µA e IC é da ordem de mA.
� Os portadores majoritários do tipo p comportam-se minoritários no material do tipo n.
Figura 4
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Transistores Bipolares de Junção
� Operação
� Aplicando-se a Lei de Kirchhoff para as correntes ao transistor da figura 4 como se 
fosse um nó simples, 
� IE = IC + IB
� A corrente IC possui duas componentes: os portadores majoritários do p e os 
minoritários do n.
� A componente dos portadores minoritários é chamada corrente de fuga, ICO (emissor 
aberto).
� IC = IC(majoritário) + ICO(minoritário)
Figura 4
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� A notação e os símbolos para o transistor estão indicados na Figura 5.
� A base é comum a ambas as entradas (emissor - base) e saída (coletor - base) do 
transistor.
Figura 5
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� Essa configuração deriva do fato da base ser comum tanto na entrada como na saída.
� A seta do símbolo gráfico define o sentido da corrente de emissor.
� Para se descrever totalmente o comportamento de um dispositivo de três terminais, são 
necessários dois conjuntos de características: uma para a entrada e outra para a saída.
� Para a Figura 6, os de entrada são IE, VBE para diversos valores de tensão de saída VCB.
Figura 6
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� A saída relaciona uma corrente de saída, IC, com uma tensão de saída, VCB, para diversos 
valores de corrente de entrada, IE, Figura 7.
� O conjunto de características de saída ou de coletor tem três regiões de interesse 
indicadas na Figura 7: a ativa, a de corte, e a de saturação.
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Figura 7
Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� 3 regiões de operação
� Ativa:
� Faixa de operação do amplificador.
� Corte:
� Corrente de coletor é 0 A.
� Saturação:
� A corrente aumenta exponencialmente a medida que VCB aumente em direção a 0 V.
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� A região ativa é empregada para amplificadores lineares. A junção base-emissor está 
polarizada diretamente, enquanto a junção base-coletor está polarizada 
reversamente.
� A região ativa é definida pelas configurações de polarização da Figura 5.
Figura 5
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� No extremo inferior da região ativa, IE é zero, IC=ICO (corrente de 
saturação reversa), pela escala é quase 0. Nas folhas de dados é chamada 
ICBO.
� Quando IE aumenta, 
IC aumenta até um 
valor essencialmente 
igual a IE.
� O efeito de VCB é 
desprezível em IC.
� Podemos aproximar
� IC≅IE
Figura 7
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� A região de corte é definida como aquela em que IC=0 A. Ambas as 
junções são polarizadas reversamente.
Figura 7 14
Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� A região de saturação é definida como a das curvas características à 
esquerda de VCB=0 V.
� Há um aumento exponencial
de IC à medida que VCB
aumenta em direção a 0 V.
� As junções base-emissor
e base-coletor são 
polarizadas diretamente.
Figura 7
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� As curvas características de entrada lembram as curvas do diodo para valores fixos 
de VCB.
� As curvas podem ser redesenhadas como na Figura 8.
� Consideraremos 
o modelo da 
Figura 8 (c) 
com VBE=0,7 V.
Figura 8
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum (Fator de amplificação, base comum, curto-circuito)
� Alfa (αααα): parâmetro devido aos portadores majoritários (modo cc). Relaciona as 
correntesdc IC para IE:
αcc=IC/IE
� IC e IE são valores no ponto de operação.
� O valor ideal de Alfa é (α = 1), mas na prática Alfa varia de (0,9 a 0,998).
IC = αIE + ICBO
� Alpha (α) no modo ca:
αca=∆IC/∆IE (para VCB constante.)
� O αca é chamado de base-comum, curto-circuito e fator de amplificação.
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Base-Comum
� Polarização: É determinada aproximando-se IC≅IE, IB≅0 µA.
Figura 9
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Transistores Bipolares de Junção
� Ação Amplificadora do Transistor
� A operação básica de amplificação pode ser introduzida em um nível superficial com a 
estrutura da Figura 10.
� A polarização cc não aparece porque nosso interesse limita-se à resposta ca.
Figura 10
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Transistores Bipolares de Junção
� Ação Amplificadora do Transistor
� Para a configuração base-comum a resistência de entrada ca é pequena na faixa de 10 a 
100 Ω (Figura 6).
� A resistência de saída (Figura 7) é alta, de 50 kΩ a 1 MΩ.
� Para Ri=20 Ω, determinamos
IE = Ii = Vi/Ri = 200/20 = 10 mA
� Considerando αca=1 (IC ≅ IE)
Assim IL ≅ Ii = 10mA
VL=IlR=10.5=50 V
Figura 10
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Transistores Bipolares de Junção
� Ação Amplificadora do Transistor
� A amplificação (ganho) de tensão é:
Av=VL/Vi=50/0,2 =250
� Os valores típicos para a configuração base-comum são entre 50 a 300.
� A amplificação de corrente é sempre menor que um, αca.
� A operação básica de amplificação foi produzida transferindo-se uma corrente I de um 
circuito de baixa resistência para um circuito de alta resistência.
� A combinação dos dois termos resulta no nome transistor:
transferência+resistor→transistor
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum� A configuração utilizada com mais freqüência para o transistor é mostrada na figura 11.
Figura 11
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O emissor é comum a ambos: 
entrada (base-emissor) e saída 
(coletor-emissor).
A entrada é na base e a saída é 
no coletor.
Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Dois conjuntos de características são novamente necessários: entrada e saída.
� Entrada: IB versus VBE para uma faixa de valores de VCE.
� Características de base = características de entrada
Figura 12
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Saída: IC versus a tensão de saída VCE para uma faixa de valores de corrente de entrada, IB.
� Características de coletor = características de saída.
Figura 13
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� As relações de corrente são as mesmas:
IE = IC + IB
IC = α IE
� As curvas de IB não estão tão horizontais como as obtidas para IE na configuração base-
comum, indicando que a tensão coletor-emissor influencia o valor da corrente de coletor.
� A região ativa da configuração emissor-comum pode ser utilizada para amplificação de 
tensão, corrente ou potência.
� IC não é igual a zero quando IB é zero.
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� IC=αIE+ICBO
� ICBO = corrente de portadores minoritários. 
� IC=α(IC+IB)+ICBO
� IC=αIB/(1-α)+ICBO/(1-α)
� Para IB=0 A e α=0,996
� IC=250.ICBO
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Para IB=0 A, IC terá a seguinte notação:
� ICEO=ICBO/(1-α)
� Quando IB = 0µA o transistor está no corte, mas há uma corrente de portadores minoritários que flui 
chamada ICEO.
� Para uma amplificação linear, a região de corte para a configuração emissor-comum é 
definida por IC=ICEO
� A região de corte deve ser evitada caso seja necessário um sinal de saída não-distorcido.
� Quando empregado como chave em um circuito lógico de computador, o transistor terá 
dois pontos de operação: um na região de corte e outro na região de saturação.
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� A mesma aproximação de VBE pode ser feita, obtendo o gráfico da Figura 14.
Figura 14
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum (fator de amplificação de corrente direta)
� Beta (ββββ) no modo cc:
βcc=IC/IB
� As correntes são determinadas em um ponto específico de operação.
� β varia de 50 a mais de 400.
� Nas folhas de especificação, βcc é chamado de hFE (amplificação de corrente direta –
forward e configuração emissor-comum).
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Beta (ββββ) no modo ca:
� βca=∆IC/∆IB para VCE constante.
� A designação formal para βca é fator de amplificação de corrente direta em emissor-
comum.
� Nas folhas de especificação, βca é chamado de hfe.
� βca pode ser obtido através das curvas de saída.
� IE=IC+IB
� IC/α=IC+IC/β
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Beta (ββββ) no modo ca:
� Nota: β AC = β DC
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1007,5)(forVCE
10
1mA
)2030(
2,2mA)(3,2mA
βAC
===
−
−
=
A
AA
µ
µµ
1087.5)(forVCE
A25
2.7mA
βDC === µ
Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Relação entre alfa e beta:
α=β/(β+1)
β=α/(1-α)
� Já vimos que
ICEO=ICBO/(1-α)
� Substituindo,
ICEO=(β+1)ICBO
ICEO≅βICBO
IC=βIB
IE=(β+1)IB
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Emissor-Comum
� Polarização: semelhante à configuração base-comum.
� Supondo um transistor npn, Figura 15. 
� Primeiro passo: indicar o sentido de IE, IC+IB=IE, e as fontes com as polarizações de acordo 
com as correntes.
Figura 15
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Coletor-Comum
� Utilizada principalmente para o casamento de impedância, pois possui alto valor de 
impedância de entrada e baixo valor de impedância de saída.
� A entrada é na base e a saída é no emissor.
Figura 16
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Transistores Bipolares de Junção
� Configuração Coletor-Comum
� A configuração é mostrada na Figura 17 com o resistor de carga conectado do emissor 
para terra (GND).
� O coletor está aterrado.
� Do ponto de vista de projeto, não há necessidade de um conjunto de curvas 
características da configuração coletor-comum.
� Pode-se utilizar as curvas da configuração emissor-comum.
� As curvas de saída são do tipo IE versus VEC para um conjunto de valores de IB. O eixo 
horizontal é obtido invertendo-se o sinal de VCE. Como α≅1, logo IC≅IE.
Figura 17
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IE
VCE
IB2
IB1
IB3
Transistores Bipolares de Junção
� Limites de Operação do transistor
� Para cada transistor existe uma região de operação nas curvas características que garante 
que os limites para o transistor não serão excedidos e que o sinal de saída terá um 
mínimo de distorção. Figura 18.
� VCE está no máximo e IC está no mínimo (ICmax=ICEO) na região de corte. 
� IC está no máximo e VCE está no mínimo (VCE min = VCEsat = VCEO) na região de saturação.
� O transistor opera na região ativa entre saturação e corte.
Figura 18
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Transistores Bipolares de Junção
� Limites de Operação
� Todos os limites são definidos com base na folha de especificação do dispositivo.
� Corrente máxima de coletor (corrente de coletor contínua).
� Tensão máxima coletor-emissor (VCEO ou V(BR)CEO).
� O valor de VCEsat normalmente é 0,3 V.
� O valor máximo de dissipação de potência é:
� PCmax=VCEIC
� Para a Figura 18, ICmax=50 mA, VCEO=20 V, PCmax=300 mW.
� Em qualquer ponto das curvas características, o produto VCE por IC deve ser igual ou 
menor a 300 mW.
� A região de corte deve ser evitada para que o sinal tenha o mínimo de distorção.
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Transistores Bipolares de Junção
� Dissipação de Potência
� Base comum:
� Emissor comum:
� Coletor colum:
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CCBC IVP
max
=
CCEC IVP
max
=
ECEC IVP
max
=
Transistores Bipolares de Junção
� Folha de Dados do Transistor
� A maior parte das folhas são divididas em valores máximos, características térmicas e 
características elétricas.
� A parte de características elétricas está dividida em:
� ‘ligado’, ‘desligado’, e de pequenos sinais. Os dois primeiros são características cc e o 
terceiro, ca.
� Limites de operação:
� ICEO≤IC≤ICmax
� VCEsat≤VCE≤VCEmax
� VCEIC≤PCmax
� Gráficos mostrando a variação de hfe com a corrente de coletor.
� Há também gráficos demonstrando efeitos de temperatura.
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Transistores Bipolares de Junção
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Transistores Bipolares de Junção
� Teste de Transistores
� O diodo pode ser testado com um multímetro digital, ohmímetro (multímetro) ou um 
traçador de curvas.
� O multímetro digital indica a tensão de polarização direta.
� OL revela que o diodo está em aberto ou (defeituoso).
� Um traçador de curvas produz gráficos de dispositivos, no caso do transistor, pode-se 
obter o gráfico da Figura 19.
� Medidores digitais podem fornecer o valor de hFE.
Figura 19
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Transistores Bipolares de Junção
� Encapsulamento do Transistor e Identificação dos Terminais
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