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Breve resumo sobre transistor bjt
Tipologia: Trabalhos
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Universidade Rovuma Departamento de Engenharia e Ciências Tecnológicas Curso: Engenharia eletrica
Disciplina : Fundamentos de Electrónica 2º ano Turma A
Tema: Transistores Bipolares (TBJ)
Discente
Aldo Fernando Macedo Bacalhau
Docente Eng. Leonel Muthemba
Nampula 2021
Aldo Fernando Macedo Bacalhau
Tema: Transistores Bipolares (TBJ)
Nampula 2021
Trabalho de carácter avaliativo da disciplina de Fundamentos de Elerónica, como pré-requesito para a aprovação do 1 semetre no 2 ano do curso de engenharia eléctrica
iV
Capitulo I: Introdução e Objectivos
Introdução
O presente trabalho tem como tema transistores bipolares de junção (TBJ). Primeiramente transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou germânio, usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrônicos. Os transistores são como blocos fundamentais na construção de todos os dispositivos eletrônicos modernos, sendo usados em chips de computadores e smartphones. A gama de trangistores bipolares destacam-se pelo facto de serem compostos por duas regiões polares. Os trangistores bipolares são ligados por três terminais que têm os nomes de emissor, base e coletor. O transístor de junção bipolar foi o primeiro tipo de transistor a ser produzido, e que valeu o Prémio Nobel, aos seus inventores. Os primeiros transístores foram produzidos com Germânio e passado algum tempo começou a ser utilizado o Silício.
Objectivos 1.1 Geral: descrever o modo de funcionamenento dos trangistores.
1.2.Especifico: descrever os tipod de transistores bipolares, suas caracteristicas e utilização.
Capitulo II: Referencial Teórico
Transístor de junção bipolar (TJB)
O transístor de junção bipolar, TJB, (bipolar junction transistor, BJT, em inglês), é o tipo de transístor mais comum, devido sua facilidade de polarização e durabilidade. Recebe este nome porque o processo de condução é realizado por dois tipos de carga - positiva (lacunas) e negativa (elétrons).
Tipos de transistores bipoloar
Um transistor bipolar é um elemento amplificador capaz de fornecer uma corrente proporcional à aplicada na sua entrada. Existem dois tipos diferentes de transistores bipolares, cujos nomes são os NPN e os PNP. Tanto uns como outros são formados por três cristais. Estes três cristais são ligados três terminais que têm os nomes de emissor, base e coletor. (Garcia, Padilla, & Dominguez, 1994).
A base é a região mais estreita, menos dopada (com menor concentração de impureza) e extremamente fina. O emissor é a região mais dopada (com maior concentração de impureza), onde são emitidos os portadores de carga (elétrons no caso de transistor NPN e lacunas no caso de transistor PNP). O coletor é a região mais extensa, porque é nela que a potência se dissipa.
Transistor NPN
Figura 1 fonte eletronica analógica- (Pinto & Albuquerque, 2011)
As regiões NPN não possuem as mesmas dimensões, como às vezes a literatura sugere, e, portanto, não é possível confundir o emissor com o coletor. As áreas cinza de cada lado da junção representam as regiões de carga espacial ou de depleção (Pinto & Albuquerque, 2011).
Transistor PNP De maneira simplificada, para compreender a operação de trabalho do PNP, basta inverter o sentido das tensões e correntes. Consideremos uma situação em que as duas
Na estrutura definida na figura 2 – ligação base comum – , a junção base emissor é polarizada diretamente e a junção basecoletor reversamente. A polarização direta faz aparecer um fluxo de elétrons indo do emissor para a base e, como essa região é muito estreita e com baixa dopagem, poucos elétrons se recombinam com lacunas existentes na base (1% ou menos dos elétrons emitidos). Quase todos os elétrons emitidos conseguem atingir a região de carga espacial da junção base coletor, onde são acelerados em direção ao coletor. A corrente de base é originada da corrente das lacunas, que se difunde no emissor, e dos elétrons, que se recombinam com lacunas na base. A corrente de base apresenta valor muito pequeno, normalmente 200 vezes menor que a de emissor. Retorne à figura 4.2 e observe a indicação das três correntes do transistor, considerando o sentido convencional. Em um transistor podemos adotar a seguinte relação entre as três correntes: 𝐼𝐸= 𝐼𝐶+ 𝐼𝐵
Podemos representar o transistor como indicado na figura 4. Nesse caso, a ligação é chamada de emissor comum. A polarização das duas junções continua como antes, junção base-emissor polarizada diretamente e junção base-coletor reversamente. A operação é a mesma da ligação base comum.
Figura 4 ligação emissor comum- fonte eletrónica analógica- (Pinto & Albuquerque,
Para essa configuração, define-se o ganho de corrente como:
β= 𝐼 𝐼𝐵𝐶
A relação entre os dois parâmetros é dada por:
Curvas características de coletor
Curvas características de coletor são gráficos que relacionam a corrente de coletor com a tensão entre coletor e emissor, considerando como parâmetro a corrente de base. Essas representações são chamadas também de curvas características de saída (Pinto & Albuquerque, 2011).
No circuito representado no gráfico da figura 4.7a, a corrente de base é fixada em determinado valor – por exemplo, 1 mA. A tensão entre coletor e emissor é variável e, para cada valor de 𝑉𝐶𝐸, é atribuída uma medida de corrente de coletor. Em seguida, esses valores são colocados em um gráfico (𝐼𝐶.𝑉𝐶𝐸), como mostra a figura 6.
Figura 5 Figura 6
Analisando o primeiro gráfico, é possível notar que na região de saturação, para uma pequena variação em 𝑉𝐶𝐸, ocorre aumento demasiado de 𝐼𝐶. Quando a junção base- coletor passa a ser polarizada reversamente, o transistor entra na região ativa, também chamada de região de amplificação. A partir desse ponto, a corrente de coletor praticamente não varia quando 𝑉𝐶𝐸 aumenta. Nessa região, o transistor se comporta como fonte de corrente constante. Na prática, ocorre aumento na corrente de coletor quando 𝑉𝐶𝐸
Para traçarmos essa reta, utilizamos dois pontos:
Primeiro ponto: igualando 𝐼𝐶 = 0 na equação anterior, obtemos 𝑉𝐶𝐸= 𝑉𝐶𝐶 que fisicamente representa o corte.
Segundo ponto: fazendo 𝑉𝐶𝐸 = 0, obtemos 𝐼𝐶 = 𝑉 𝑅𝐶𝐶𝐶 , que fisicamente representa a
saturação. Na saturação, o transistor se comporta como uma chave fechada e as duas junções estão polarizadas diretamente. Para garantirmos que o transistor sature, temos de impor algumas condições, uma delas considerar 𝑉𝐶𝐸 ≅0. No entanto, para obtermos essa condição, devemos ter 𝐼𝐶 < · 𝐼𝐵; como o ganho de corrente de um transistor varia entre um mínimo e um máximo, usamos o valor mínimo (mín); portanto, 𝐼𝐶 < mín·𝐼𝐵. Após a determinação desses dois pontos, devemos uni-los, traçando a reta de carga. Obrigatoriamente, o ponto de operação, também chamado de ponto quiescente, representado por Q (valores de IBQ, ICQ, VCEQ), estará sempre em cima da reta de carga.
Figura 8 curvas característica de coletor com a recta de carga (Pinto & Albuquerque,
Corte Quando 𝐼𝐵=0, o transistor se encontra na região de corte de sua operação. Nesta condição, existe uma quantidade muito pequena de corrente de fuga no colector, 𝐼𝐶𝐸𝑂,
devido principalmente a portadores produzidos termicamente. Como 𝐼𝐶𝐸𝑂 é extremante pequena, normalmente se omite no analise de circuitos, de tal forma 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶.
Figura 9 Corte (FLOYD, 2008)
Saturação Se 𝑉𝐵𝐸 >0 e 𝑉𝐵𝐶>
Figura 10- estrutura de dispositivo com as tensoes e correntes convencionais. (transistor de junação bipolar-wikipedia, 2013)
Neste caso, o transístor conduz corrente e como a junção coletor-base é polarizada diretamente, tem-se 𝐼𝐶 < 𝐵𝐼𝐵.Considera-se que o transístor está plenamente saturado quando 𝑉𝐶𝐸 ≈ 0. 2 𝑉.
Deste modo, é o circuito exterior ao dispositivo que determina se está na Zona Ativa Direta ou na Saturação.
Aplicação em Circuitos Digitais.
C á lculos
Resolução
𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡)= 𝑉𝐶𝐶− 𝑉 𝑅𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡)𝑐 = 10𝑣−0,2 𝑣1.0 𝑘 Ω = (^) 1.𝑜 𝑘 Ω9.8 𝑣 = 9.8 mA
Agora: vendo se 𝐼𝐵 é suficientemente grande para produzir 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡).
𝐼𝐵= 𝑉𝐵𝐵 𝑅− 𝑉𝐶𝐵𝐸 = 3𝑣−0.7 𝑣10 𝑘 Ω = (^) 10 𝑘 Ω2.3𝑣= 0.23 mA
𝐼𝐶 = 𝛽𝐶𝐷𝐼𝐵 = (50)x(0,23 mA)= 11,5 mA
Resolução: 𝐼𝑐= 𝑃𝐷(𝑚á𝑥) 𝑉𝐶𝐸 = 250 𝑚𝑊6𝑣 = 41.7 mA
Qual é o estado do transistor( saturado/cortado/região activa)?
Resolução a) Equacionando a malha de saida: 10= 3k.2mA+ 𝑉𝐶𝐸 → 𝑉𝐶𝐸= 10-6= 4v
b) A relação entre 𝐼𝐵 e 𝐼𝑐 é dada pelo 𝛽, logo: 𝐼𝐵= 𝐼 𝛽𝐶 = 2𝑚𝐴 200 = 0,01mA= 10𝜇A
c) Equacionando a malha de entrada: 5 = 𝑅𝐵𝐵.𝐼𝐵.0,7V ⟶𝑅𝐵𝐵= 510 −μ^0 A,^7 = 430k𝛺
Como 𝑉𝐶𝐸 = 4V, o transistor se encontra na região activa.
Capitulo III: Metodologia O presente trabalho de pesquisa quanto a tipologia é um trabalho de pesquisa bibliografica. Para a elaboração do precente trabalho foram utilizados diversos manuais de Física reconhecidos juntamente com uma ligeira leitura de outros manuais, como é o caso de Garcia, L. M., Padilla, A. J., & Dominguez, F. R. (1994). Eletrónica Analógica.
Conclusão Existem dois tipos diferentes de transistores bipolares, cujos nomes são os NPN e os PNP. Tanto uns como outros são formados por três cristais. Estes três cristais são ligados três terminais que têm os nomes de emissor, base e coletor. (Garcia, Padilla, & Dominguez, 1994 ). Num trangistor bipolar do tipo NPN as regiões N,P e N não possuem as mesmas dimensões, como às vezes a literatura sugere, e, portanto, não é possível confundir o emissor com o coletor. As áreas cinza de cada lado da junção representam as regiões de carga espacial ou de depleção. Conexão Darlington é uma ligação realizada entre dois transistores quando se deseja obter um transistor equivalente com valor de ganho de corrente elevadíssimo. Curvas características de coletor são gráficos que relacionam a corrente de coletor com a tensão entre coletor e emissor, considerando como parâmetro a corrente de base. Essas representações são chamadas também de curvas características de saída. Em um transistor podemos adotar a seguinte relação entre as três correntes 𝐼𝐸= 𝐼𝐶+ 𝐼𝐵.
