Eletrônica Transistores - Apostilas - Engenharia de Telecomunicações, Notas de estudo de Telecomunicações Eletrônicas

Telecomunicações Eletrônicas

Descrição: Apostilas de Engenharia de Telecomunicações sobre o estudo dos Transistores, Transistor bipolar, polarização de transistores, amplificadores de sinal, amplificadores de sinal emissor comum, teorema da superposição para amplificadores, circuitos equivalentes ca e cc.
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Prof. Sant´Anna 1
ELETRÔNICA
ÍNDICE
2 TRANSISTOR BIPOLAR
FUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES
POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN
TRANSISTOR PNP
AS CORRENTES NO TRANSISTOR
MONTAGEM BÁSICA COM TRANSISTOR
3 POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES
RETA DE CARGA
TRANSISTOR COMO CHAVE
O TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE
O TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR
CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM
REGRAS DE PROJETO
EXERCÍCIOS
EXERCÍCIOS COM RESPOSTA
4 AMPLIFICADORES DE SINAL
4.1 AMPLIFICADORES DE SINAL EMISSOR COMUM
TEOREMA DA SUPERPOSIÇÃO PARA AMPLIFICADORES
CIRCUITOS EQUIVALENTES CA E CC
RESISTÊNCIA CA DO DIODO EMISSOR
βCA -GANHO DE CORRENTE ALTERNADA
4.2 AMPLIFICADOR COM EMISSOR ATERRADO
4.3 REALIMENTAÇÃO
4.4 AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIAL
IMPEDÂNCIA DE ENTRADA
ESTÁGIOS EM CASCATA
4.5 AMPLIFICADOR BASE COMUM
4.6 AMPLIFICADOR COLETOR COMUM
IMPEDÂNCIA DE ENTRADA
4.7 DISTORÇÃO
4.8 EXERCÍCIOS
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2 TRANSISTOR BIPOLAR
Existe uma infinidade de sinais de interesse em eletrônica que são muitos fracos, como por
exemplo, as correntes elétricas que circulam no corpo humano, o sinal de saída de uma cabeça de
gravação, etc., e para transforma-los em sinais úteis torna-se necessário amplifica-los. Antes da
década de 50, a válvula era o elemento principal nesta tarefa. Em 1951, foi inventado o transistor. Ele
foi desenvolvido a partir da tecnologia utilizada no diodo de junção, como uma alternativa em relação
as válvulas, para realizar as funções de amplificação, detecção, oscilação, comutação, etc. A partir
daí o desenvolvimento da eletrônica foi imenso.
Dentre todos os transistores, o bipolar é muito comum, com semelhanças ao diodo estudado
anteriormente, com a diferença de o transistor ser formado por duas junções pn, enquanto o diodo
por apenas uma junção.
FUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES
O transistor bipolar é constituído por três materiais semicondutor dopado. Dois cristais tipo n e
um tipo p ou dois cristais tipo p e um tipo n. O primeiro é chamado de transistor npn e o segundo de
pnp. Na Figura 2-1 são mostrados de maneira esquemática os dois tipos:
Figura 2-1
Cada um dos três cristais que compõe o transistor bipolar recebe o nome relativo a sua
função. O cristal do centro recebe o nome de base, pois é comum aos outros dois cristais, é
levemente dopado e muito fino. Um cristal da extremidade recebe o nome de emissor por emitir
portadores de carga, é fortemente dopado e finalmente o último cristal tem o nome de coletor por
receber os portadores de carga, tem uma dopagem média.
Em resumo:
Base (B): dopagem leve e muito fina. Assim, a maioria dos portadores lançados do emissor
para a base, conseguem atravessá-la dirigindo-se ao coletor;
Coletor (C): mediamente dopado, coleta (recolhe) os portadores que vêm da base. Ele é muito
maior que as outras camadas, pois é nele que se dissipa a maior parte da potência
gerada pelos circuitos transistorizados;
Emissor (E): fortemente dopado, tem por função emitir portadores de carga para a base (e- no
transistor NPN e lacunas no PNP).
Apesar de na Figura 2-1 não distinguir os cristais coletor e emissor, eles diferem entre si no
tamanho e dopagem. O transistor tem duas junções, uma entre o emissor a base, e outra entre a
base e o coletor. Por causa disso, um transistor se assemelha a dois diodos. O diodo da esquerda é
comumente designado diodo emissor -base (ou só emissor) e o da direita de coletor -base (ou só
coletor).
Será analisado o funcionamento do transistor npn. A análise do transistor pnp é similar ao do
npn, bastando levar em conta que os portadores majoritários do emissor são lacunas em vez dos
elétrons livres. Na prática isto significa tensões e correntes invertidas se comparadas com o npn.
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TRANSISTOR NÃO POLARIZADO
Figura 2-2
Figura 2.2 A - Aspectos construtivos e símbolos dos transistores bipolares
A difusão dos elétrons livres através da junção produz duas camadas de depleção. Cada
camada tem aproximadamente uma barreira potencial de 0,7V (silício) em 25°C.
Com os diferentes níveis de dopagem de cada cristal, as camadas de depleção tem larguras
diferentes. Tanto maior a largura quanto menor a dopagem. Ela penetra pouco na região do emissor,
bastante na base e médio na região do coletor. A Figura 2-2 mostra as camadas de depleção nas
junções do transistor npn.
POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN
As junções do transistor podem ser polarizadas diretamente ou reversamente.
JUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO DIRETA
A junção E – B funciona como um diodo quando polarizada diretamente, ou seja, por
ela circula uma elevada corrente (ΙB) de portadores majoritários (e-), Figura 2.3. Existe uma
pequena corrente (corrente de fuga) em sentido contrário, devido aos portadores
minoritários.
Figura 2.3- Polarização direta da junção E – B
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JUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO REVERSA
Polarizando-se reversamente a junção C B a barreira de potencial aumenta,
diminuindo o fluxo de corrente de portadores majoritários, como mostra a Figura 2.4. Os
portadores minoritários atravessam a barreira de potencial com facilidade no sentido
contrário, produzindo uma corrente reversa desprezível. A corrente elétrica circulando é pequena
(corrente de fuga).
Figura 2.4 - Polarização reversa da junção B – C
JUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO DIRETA -REVERSA
Na Figura 2-5 o diodo coletor está reversamente polarizado e diodo emissor diretamente
polarizado. A princípio espera-se uma corrente de fuga no diodo coletor e uma alta corrente no diodo
emissor. No entanto isto não acontece, nos dois diodos as correntes são altas.
Figura 2.5 - Polarização completa do transistor bipolar
Como a base é mais fina e menos dopada, os portadores do emissor saturam a base
através de recombinações. Assim, uma pequena parte dos portadores saem pela base e a maioria
sai pelo coletor.
No instante em que a polarização direta é aplicada ao diodo emissor, os elétrons do emissor
ainda não penetraram na região da base. Se a tensão entre base e emissor (VBE) for maior que 0,7V,
muitos elétrons do emissor penetram na região da base. Estes elétrons na base podem retornar ao
pólo negativo da bateria B1, ou atravessar a junção do coletor passando a região do coletor. Os
elétrons que a partir da base retornam a bateria B1 são chamados de corrente de recombinação. Ela
é pequena porque a base é pouco dopada.
Como a base é muito fina, grande parte dos elétrons da base passam a junção basecoletor.
Esta junção, polarizada reversamente, dificulta a passagem dos portadores majoritários do cristal de
base (lacunas) para o coletor, mas não dos elétrons livres. Esses atravessam sem dificuldade a
camada de depleção penetram na região de coletor. Lá os elétrons livres são atraídos para o pólo
positivo da bateria B2.
Em suma, com a polarização direta do diodo emissor, é injetado uma alta corrente em direção
a base. Na base uma pequena parcela da corrente, por recombinação, retorna ao pólo negativo da
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