ISPOSITIVOS
ELETRÔNICOS
E TEORIA DE CIRCUITOS
11 .A EDICÃO
•
lducatfal
CDMDÃ
ROBERT L. BOYLESTAD
LOUIS NASHELSKY
DISPOS ITIVOS
ELETR ÔNICO S
E TEORIA DE CIRCUITOS
11 • EDIÇÃO
Tradução: Sônia Midon \ 'amamoto
R~isio tknica: Alceu Ferre11"3 Al\es
Pru_/t':>J.tJr JI! Lle1ronic-a junto à Fuc11/datle clt• EngL71Ju1r1<1 dl! Buun1.
Ja l nil-ersidade Estadual Pau/i1ta (LJ,\tSPJ.
I::ng. l:.'/etricista e ,\festll! em Enge11/iaria Elétrica 11elo L'n11 ers1dadl! de S<ic> Paulo.
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DEDICATÓRIA
Para El:se ;\/urie..4/iso11 e AfarJ... Eric e Rachel Stuce;•
e Jonalhun e nossas oito netas: Kelcy: Aforgan. Codte. Sa111D11tha.
Líndse,~: Brill, SÂ)·lar e .4spen.
Para Kira. Katrin e Thomas. Larren e Patrícia e nossos seis netos:
Justin. B~ndan. 0~1·cn. TJ-lcr; Colin e Dillon.
SUMARI O
1. Diodos semicondutores ......................... 1
1.. 1
Introdução .................................................................... l
1.2
1.3
Materiais semicondutores: Ge, Si e GaAs .. 2
Ligações covalentes e matenais rntrínsec.os3
1.4
Níveis de energia ...•........................•........ 5
1.5
1.6
1.7
1.8
Materíais dos tipos n e p ···-··················.. ·· 7
Díodo .semicondutor··-···············--·····--···· 9
O ideal versus o prático·············-······ ..... 18
Níveis de resistência ._....... _ ................... 20
1.9
3.9 Teste de transistores .................-·-·-···· 134
3.1O Encapsulamento do traruistor e
identificação dos terminais ........--···-· 136
3.11 Desenvolvimento do transístor ............. 138
~ .. 1~ ~<> ..........................................................
3.13 Análise computacional ........... _...
4. Polarazaçao CC 4.1
Circuitos equivalentes do diodo ............. 24
1.1O Capacítãncia de transição e difusão ........ 26
1.11 Tempo de recuperação reversa ............... 28
4.2
4 .3
4.4
1.12 Foi has de dados do diodo. ·-···· .............. 28
1.13 Notação do cfiodo semicondutor ........... 31
4.5
1.14 Teste do diodo ·----··--·-·--·······-..· 32
1.15 Diodos Zener ······-·····-·-···················.... 3 3
1.16 Díodos emissores de luz.... - ................... 36
4.6
4.7
1.18 Análise computacional ........................... 43
Problemas................. _________
..... _.... 45
4.8
4 .9
2.1
Introdução .......................................... ... 48
2.2
Análise por reta de carga ..........- ........... 49
2.3
2.4
2.5
Coníigurações com <ftõdo em série ........ 53
Configurações em paralelo e em série-·paralelo ..................................................... 59
Portas AND/OR ("E/OU}....................... 62
2.6
Entradas senoida:is: retificação de meia-
-<>rtc:lé.\ .................................... ............... t>4'
2.7
Retificação de onda completa ................ 66
2.8
Ceifadore:s................•............................. 69
2.9 Grampeadores ........................................... 74
2.1 O Circuitos com alimentação CC e CA....... 79
2.11 Diodos Zener ......... .. ... .... . ............. 82
2.12 Circuitos multiplicadores de tensão ........ 88
2.13 Aplicaçô<!s práticas ................................. 90
2.14 Resumo.................................................. 1·00
2.15 Análise computaóonal ......................... 100
Problemas....................................................... 106
3. Transistores bipolares de junção ......... 11 5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
Introdução········ ·-····--······-~··········· .. 115
TBJ ........................ 144
lntroduçã-a ........ . . ............................... . _.................__ .. 14-4
Ponto de operação............................... 1"45
Grrurto de poJarização fixa· - ·_ 146
Configuração de polarização do
emissor .............. . -............................. .-.. _..._. ...... 152
Configuração de polarização por divisor
de tensã"o ....................................... _ ......... 157
1.17 Resumo ................................................... 43
2. Aplicações do díodo ............................ 48
1~Sl
•. 1"40
Configuração com r~limentação de
coletor .......................................................... 162
Configuração seguidor de emissor ....... 166
Configuração base-comum .................. 167
Configurações de polarizações
combinada.s ..... .... ................................ 168
4.1O
4 .11
4 .12
4.13
4.14
4 .15
4 .16
Tabela resumo ..................................... 170
Operações de projeto ........................ 172
Circuitos com múltiplos TBJ ................. 175
Espelhos de corrente .............. . .......... 180
Grcu'itos de fonte de corrente ........••.... 183
Tran~stores pnp ............... ................... 184
Grcuitos de chaveamento com
lransistor..........................................._._._.............._. 186
4. 17 Técnicas de análise de defe:itos em
circuitos ............................................... 189
4.18 EstabiílZ.élçáo de polarização ................. 191
4.19 Aplicações práticas ............................... 199
....~<>
~~
.................................................... ~()~
4 .21 Anáfise computacional ......................... 206
ProlJlem_as. __ ..... _.. _...... _....... _................. ---·
209
5 Anárse CA do transistor 1BJ ............. 220
5.1
Introdução .................................... _... .. 220
5.2
5.3
5.4
Amplific.ação no domínio CA...·-·-·- 220
Modelagem do t ranslstor TBJ ............... 221
Modelo r, do transístor .................._ . 224
Configuração emissor-comum com
5.5
Construção do transistor ...................... 116
5.6
Operação do translstor ----····-· .. 116
Configuração base.comum .................. 118
5.7
Configuração emissor<omum ............. 122
Configuração coletor-comum .............. 128
Limites de operação ............................. 129
Folha de dados do transistor __ ..____ 131
5.8
5.9
f)C>lariza.ç.Cio fixa ................................_. ....... 228
Polarização por divisor de tensão ......... 230
CQnfiguração EC com polarização do
ernrssor .. -......... -.......................... . . . . . . .-..-. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 232
Configuração de seguidor de emissor .. 236
Configuração base-comum ············-·- 239
5.10 Configuração com r~limentação do
cofetor .................. ................................ 240
-·
VUI
DispMitivos ele11õnicos e teoria de ciroJilos
5.11 Configuração com realimentação CC do
coletor ............. ......-.. ....... ~ .......................... ,. ,. ._...................... 24 3
5.12 Efeito d e RLe R, ................................-. 245
5. 13 Determína~o do ganho de corrente -· 249
5. 14 Tabelas-resumo ........... - ..·--·-·-·..·- 251
5.15 Sistemas de duas portas .. ·-····---·- 251
5.16 Sistemas em cascata ...•....••.••.•.••..•..••... 256
5.17 Conexão Darllngton .....................•...... 260
7. 14 Curva univenal de polarízação para o
JFIT ····--··· ·-..--............~ ...............................--................ 380
7 .15 Apllcaçóes ptcitJcas.......................... _... 382
7.16 Resumo............... ._ ........................................ 39\
7 .17 Análise computacional ......................... 392
Problemas-..-.......
8. Amphf1cadore.s com FET.................... •OC
8 .1
5.18 Par realimentado ............................................. 266
Modelo de JFET para pequenos sinais ... 401
Configuração com polarização fixa ...... 406
8.4 Configuraçdo com autopolarização ...... 4-08
8.5 Configuração com divisor de tensão ..•. 411
8 .6 ConftgU~O porta-comum ................. 412
8.7 Configuração seguidor de fonte (dreno-<:<>ITILllll) ················ ························--· 41 s
8.8 MOSFETs tipo depleção ....................... 417
8.9 MOSFETs tipo intensificação............ -- 417
8. 1O Configuração com realimentação de
dreno para o E· MOSFET ....................... 418
8.11 Configuração com divisor de tensão
para o E-MOSFET..................................... 420
8 . 1:2 Projeto de cirruitos amplificadores com
FIT ......................~ ................................................. 421
8.l 3 Ta bela--resrumo .. .... ... .... ... . ... ... ... ... .. .. ... .. 4 2 3
8.14 Efeito de R e R .J ... . . . .. ... . .. .. . .... ............. 423
8.15 Configuração em cascata ..................... 427
8.16 Análise de defeitos .................. ........... 4 30
8.1 7 Aplicações ~citicas .. ............................. 4 31
8., 8 Resumo-.................................................. 4 39
8.19 Análise co111putaclonal ......................... 439
f"r<>lll~ .................. ~······ · ··· · · · ··· · · · ·············· · · ~~
S.24 Análise de defeitos ....·················-·-····· 287
5.25 Aplicações práticas ............................... 288
5.26 lte:slJlllO.......................... _ ...............-- :29.5
5.27 Anãl'
.
' ......................... 297
. i.se com p utaaona,
Prol:>letnas...................... -·............_....._....... ·-·. 3O5
6. Tra11s1stores de efeito de campo ..••..... 3 · 7
lnltoduç~o ...........................................
31 7
Consttuç3o e características do JITT...•. 318
Curva característica de transferência ... 323
Folhas de dados UFETs) •..................•.. 327
Instrumentação ........................•........... 330
lte~ões importantes ........................... 330
MOSfET tipo depl~ão ........................ 331
MOSFET tipo intensificação- ·~---· 335
Manuseio do MOSfET.........................• 342
~10SFETs de potência VMOS e UMOS . 343
6.11 CMOS ·················-·-··-···--- ··344
6.12 MESFETs .............................................."' 345
6.13 Tabela-resumo ········-·······················- 347
6.14 ltesumo......................._
348
6. 15 Análise computacional ......................... 3'48
Probletrla.s . ................................. ................ _........................................ 350
7. Po1arizaçao do FET ..................•......... 353
71
lntrcxtução ... .............................................. 353
7 .2
7.3
7.4
Configuração com polarização ftxa .... 354
Configuração com autopolarização ...... 356
Polarízaçào por divisor de tensão •••.•.•.. 360
- porta-comum............- ... 363
onfitgl.Jraçao
Caso especial: Vc.~o "' O V ..............•.•..... 365
MOSfETs tipo depl~ão ....................... 365
MOSfETs tipo intensificação................• 368
Tabela-resumo ........................... - ........ 372
1.s
7.6
7.7
7.8
7.9
c
lntrodtJÇ.âO ............................................... _400
8.2
8.3
5.19 Modelo híbrido equivalente ................. 269
5.20 Circuito híbrido equivalente
aproximado ...............-. ...............,............-.-.. . -... 274
S.21 Modelo híbrido equivalente completo. 278
S.22 Modelo l'I híbrido ................................. 283
S.23 Variações dos parâmetros do transístor 284
6. 1
6.2
6.3
6.4
6.5
6 .6
6.7
6.8
6.9
6. 10
........................................................._. 394
9.
Respo~ta em frequência
9.1
9. 2
9.3
9.4
9 .5
9.6
9.7
9.8
9 .9
9.10
9 .11
7.10 Círcurtos combinados······-······-·--·-·- 3n
7.11 .Projeto ............... ........................................_.... 374
9. 12
7.12 Análise de defeitos·····················-········ 3n
7.13 FET de canal p ........ ·-··- · - - · . 378
9 .13
do TBJe do JFfr. 45~
lntrOOtJÇã.o ...... . -..-.......................................... 451
logaritmos .......................................... 4 51
Decibéis ................................................... 4 5-4
Considerações gerais sob re frequência . 459
Processo de normalização .................... 460
Analise para baixas frequências diagrama de Bode ............................... 46 3
ltesposta em baixas frequências amptf'K ador com TBJ com R1 ••••• •••••••••• 468
Impacto de R, na resposta em baixa
frequêocia do "TBJ •......•..............•.....••.. 471
Resposta em baixas freq uências amplificador com FET .......................... 474
Capacitãncia de efeito Miller ...........•.... 4 76
ltespost.a em altas frequências ampfifKador com TBI ...................... ···- 478
ltesposta em altas frequên cias amplificador com FET .......................... 484
Efeitos da frequência em circuitos
• . ........ ............................... 486
mu lti estãgíOs
Sumário
9.l4 Teste da onda quadrada....................... 487
9.15 Resumo.................................................. 490
9.16 Análise computacional ......................... 491
Problemas.................................................................. 500
1O Amplificadores operacionais .............. 505
10. 1 Introdução ........................................... SOS
10.2 Circuito amplificador diferencial........... S07
10.3 Circuitos amplificadores diferenriais BlFET,
10.4
l 0.5
10.6
10.7
Si MOS e CMOS ·········-·-·····-· ..-········· S12
Fundamentos básicm de amp-ops ....... S1 S
Circuitos práticos com amp-ops-......... S18
Especificações do amp.op - parâmetros
de offset CC......................................... 521
Específicaçoo do amp-op - pardmetros
de frequênc.ia........................................... 524
Especificações do amp-op .................... 526
Operação diferencial e modo-comum .. 531
10.8
10.9
10.10 Resumo .............................................................. 533
10.11 Análise computacional ........................ . S34
Probtemas .............................- .......................... 537
11
\p1ícações do amp·op . .......... 541
11 .1
11.2
11.3
11 .4
11 .5
11 .6
Multiplicador de ganho constante ...... . 541
Soma de teruões....... .... ..... . ........... 544
Buffer de tensão................................... 546
Fontes controladas............................. S46
Cir<:uitos de instrumentação................. 549
Filtros ativos......................................... 551
11.7
Resumo............. .................................., 554
Análise computacional ........................ . 555
Problemas.. ...................................................... S62
11 .8
12. Amplificadores de po ·e111•."'"
12.1
12-2
• . • . • • •••
5 66
Introdução - Definições e tipos de
amplificadores ..................................... 566
Amplificador classe A com alimentação-SA?ri~ ................................................... , .SC)~
12.8
Amplificador classe A com acop~amento
a transformador········-·-······-··············· . 5 71
Operação do amplificador classe 8 ....... 576
Circuitos amplificadores da55e B .......... 580
Distorção do amplificador .................... 585
Dissipação de calor em transístores de
potência ....................................................... 589
Amplificadores dasse Cedas.se 0 ........ 592
12.9
Resu-m o....................-. ............_________ . . . .,.,. ......... . 593
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
1 3.
ix
1 3.8
Funcionamento de um a lempoozab ... 609
Oscilador controlado por tensão ·---- 612
Malha amarrada por fase ..................... 614
Orcuitos de Interface ........................... 617
Resumo ................ ··--···················---·· 621
1 3.9
Análise computacional················-·-···· 621
1 3.4
l 3.5
13.6
1 3.7
l 4. Rea IT'Pnt1ç':io e circuitos osci'adores . 676
14.1
14.2
14.3
14 4
Conceitos sobre realimentação -·-···--··· 626
Trpos de conexão de realimentação ···- 627
CIICuitos práticos de re.alimentaçAo...... 632
Amplificador com realimentação -
considerações sobre fase e frequência •. 636
14.S Opetação dos osciladores ...... -............ 638
14.6 Oscilador de deslocamento de fase ...... 639
14.7 Oscilador em ponte de Wien....•.......•... 642
l 4 .8
arcuito oscilador sintonizado ..•..•.••..... 644
l 4.9 Oscilador a cristal ...........................- .... 646
14.1O Oscilador com transístor unijunção ...... 649
14.11 Resumo ................. ..................................... 649
14.12 AnáJise computacional ···················-···· 650
f>r<>t>~ ....................... ................................ C)~~
·1s. Fontes de alimentação (reguladores de
·e· ), ~v)
.... ................ ............. 654
15.1
lnt.rc>dução ..
654
Considerações gerais sobre filtros-.•..... 655
Filtro a capacitor ............................- •... 656
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -- . . . . . . . . . . .
15.2
15. 3
15.4 ~iltro RC..................................-.-.....~ .....-..-.. 659
15.S Regulação de tensão com transístor -·- 661
1 5.6 Reguladores de tensão integrados........ 666
15.7 Aplicações práticas ............................... 670
l 5.8 Resumo ............................................ . -............... 6n
15.9 Análise computaçional ......................... 673
Pr<>l:>lemas,..-..-.-.......................................... __.. . . . . --.. . . .- --· 6 75
16. Outros dispositivos de dois terminais . 678
16.1
Introdução ........................................... 678
1 6.2
Diodos de barreira Schottky (portadores
quentes) ............................. _______ 678
16.3
16.4
1tii~
Díodos varactor (varícap) ·········-·
.. 682
CeJulas solares .............................- ..•.... 685
~C>Cti<>cj<>s ..............................•.•.••..•..• ~~
12. l O An,ilise computacional-·-·-····-········· 594
Probfem·as.................................................................. 598
1 6.6
16.7
1 6.8
Células fotocondutivas ········-···-·
. 692
Emissores de IV ..................·------ 692
Displays de cristal lfquído ..................... 694
lineares/digitais .......................... 600
16.9
Tennis·tores ··································"'·· ..... 697
C15
13.1
13.2
13.3
Introdução··········---.....
·-······· .. 600
Operação de um CI comparador.......... 600
Conversores digital·analógico .............. 605
16.10 Diodo túnel ......................................... 698
16. 1 l ReslJJT\o.................................·--·---·· 702
~rol>~....................................................... 7()3
17. ..,,.,,,.,., ·• uutros dispositivos ................ 706
17 1
J 7.2
J 7.3
17.4
17.5
Introdução .................................... ~· --···-··· 706
Retificador controlado de silício ........... 706
OperaçAo básica do retiíicador controlado
de s.ilfcio............................................. ...... 707
Característícas e especificações do SCR 709
Aplicações do SCR ...............••.•..•.•....... 71 O
Chave controlada de silício ··········-·· ... 714
Chave com desligamento na porta .••..• 716
SCR ativado por 1uz.............................. 718
Oiodo Shockley ............................ ~······ 718
17.6
17.7
17.8
17 9
17.10 OtAC ...................~ ..-. ..............-~ ..·~·~·............ 720
17 11 TRtAC ..................................-. .......-......-........... 722
17.12 Transistor de unijunção ···················-··· 723
17.13 f:ototransistores .......................----·--· 730
17.14 Optoisoladores ····························-·-··· 731
17.15 Transistor de unijunção programável.... 734
17.. 16 Resumo ..................................................._.__ ............ 737
J>rc>l>I~ ........................................ ~.....~~~ ..... ~ .. ~~IJ
A. Parâmetros híbridos - Determinações
gráficas e equações de conversão (exatas
e ap··ox1riadds) ................. ···-·- ....... 741
A1
A2
A3
Determinação gráfica dos parâmetros h74 I
Equações de conversão exatas ··-·-·-- 744
lquações de conversão aproximadas _ 744
B. Fator de ondulação e cálculos de
lt:nSâ("'
.
........ .... ..
745
B.1
Fator de ondulação de retificador..... _•. 745
B.2 Tensao de ondulação do capacitar de
filtro
......- .......................................... --.--. 745
B.4
B.5
C>llCiulaç.ã<>, ............................................................. 746
Relaç.ao de V, (nm) e V,. com
a ondlJlaç.clo r......_............................................. _. . _._. 747
Relação entre ~ngulo de condução,
porcentagem de ondulação e IP-<Jl"' para
os circ.ujtos retilicadores com fillto a
capacitor..... . .... .... .. ... ... . ... .... .. .. .. .... ... 748
C. Tabeias ................................................ 750
D. Soluções para os problemas ímpares
selecionados ...................................... 752
.
lndice remissivo ••...•...•...••.................••..•• 756
PREFACIO
A pn..-pamçào do prefácio da 11' cd1çào pro\'ocou certa
rdlcdo sobre os 40 anoi. desde que 3 pnmcun edição foi
pubhcadll cm 1972 por dois jo' c.."11S educadores ansiosos
parn testar sua capacidade de aprimorar a litcraturu disponível sobre dispositivos eletrõnicos. Embora alguns
prefiram o tenno dispositivos 'ít!lni<-ondmorr<; em ve7 de
dispositi\ os elcnrõnico~. a primeira edição praticamente
se restringiu a utn levantamento de \'âl\'ulas eletrónicas
- um tópico sem u1na única seção no novo Sumário. A
mudança de válvulas para disposiõ,·os semicondutores
l~ou quase cinco edições. 1nas hoje em dia é simplesmente referenciada em algum;is seções. No entanto, é
interessante observar que. quando os trans.istores de efeito
de campo (FET) surgiram de fato. uma série de t~niC!ls
de análise utilizadas para vál\ulns puderam ser aplicadas
por causa das se1nelhanças no:. modelo:. CA eqtu\ aJentes
de cada dispositivo.
Com frequéncia, !>Omo:. qu~tlOl'l3do!. !>Obre o ptttesso
de revisão e sobre co1no o contew.lo de uma nova edição
ê definido. Em alguns ca.sos. é C\'id01tc que o :.ofi,vare de
computador foi atualizado, e a!. mudança-. 113 aplicaç.ão dos
pacotes devem ser explicadas cm dct:Jlhcs. Este livro foi
o primeiro a entàtizar a utilir.içào de pacotes de sollware
de computador e a oferecer um nível de detafhes não
encootrado em outros. A cada nova ver-ào de um pacote
de c;ofuvare. constatamos que a lit.ennura de suporte ainda
poderia est<ir em produção. ou que os manuais carecian1 de
aprofundamento para novos usuários desses pacotes. Detalhes "lfficientes neste texto asseguram que um estudante
possa aplicar cada u1n dos pacotes de sofu\are apresentados sem a necessidade de material de instrução adicional.
O próximo requisito para qualquer nova edíçiio é a
nettssidade de atualizar o conteúdo de modo a refletir
mudanças nos dispositi\ os disponí..eU. e nas carocteristicas dos <lt!.1>0sitivos comercial!>. bso poJe exigir extensa
pe:.<tuisa em cada área. aco1npanhada por decbõei. sobre
a profunilidatle do estudo e se as mclhona:. hsta<las !.3o
\ 3.ltd:b e mcrt.-ccm reconhecimento. A c\j>Crienci.a cm sala
de aula é provavclmcnlc um 005. recursos mais importanll'S
para a definíç-.io de áreas que nec~"itam de expansão,
remoção ou revisão. O feedbaclc dos alunos resulta cm
anotaÇ'Õe:) em nossos te:uos com inserções que engrandecem o material original. A seguir. hã a colaboração de
colegas.. de professores de outras instituições que u.san1 o
liYro e. é claro. dos revisores selecioll3dos pela Pearson
Education. Umn fonte de alterações menos ób,ia é u1na
simples releiturn do material ao longo dos anos desde a
última edição. ?vtui1as vezes. essa releirura re\ ela rruncrial
que pode ser melhorado. excluido ou e'l:pandido.
1\e:.ta ~' i:.ão. a quant1dadt." de alteraçõe!l. !>Upcrou
de longe noȇ"' expectativas iniciais. 1\o entanto, par.l
aqueles que utilizaram as edições antcnon:s.. as mudl'lnças provavelmente serão menos óbv;as_ As ~ foram
n1ovidas e ampliadas. cerca de 100 problemas foram
adicionados. no,os dispositivos forain introdU7idos. o
número de aplicações aumenlou e um novo marerial sobre deseuvol,imentos recentes foi acrescentado ao longo
do te:"&;to. Acreditamos que a arual edição representa uma
melhoria signdicati\'a em co1npara~o à5 anteriores.
Como professores, esta1nos be1n cientes da importância de um oito ní' el de precisão necessária a esse tipo
de obra. Não hã nada mais frustrante para um aJuno do
que C!>rudar um problen1a sob vários ângulO!> e. ainda
assim, encontrar u.ma resposta diferente da solução
apresentada no final do livro ou. então. constatai que o
problema parece insolúvel. Ficamos satisfeuos em saber
que hou' e ~ºº"'de meia dú.Lia de erro:. de cálculo ou
de impres!.ão relatados desde a úJtitna edição. Quando
se analisa a quan11dadc de exemplos c problemas coo·
tido!. no li\TO cm rclaçào acl volume de matcnal c~a
estatística "ugcre claramente que o lcxto é o mais isento
possível de erros. Toda.~ as contribuições do~ lL'ill.ãriCh a
essa lista foram rapidamente reconhecida.--. e a fontes
devidamenle agradecidas pelo tempo dedicado par;i
enviar as alterações para o editor e para nós.
Embora a atual edição reílira todas as mudanças que
julgamos apropriadas. acre.ditan1os que u1na edição reYisada será necessária cm algum momento mais adJante.
C'oovidama:. o leitor a interagir co1n esta edição para que
possamos começar a desenvolver um pacote de ideias e
pensamentos que nos ajudará a melhorar o conteudo da
pró~lma edição. Prometemo!> uma resposta rápída .ios
comenlári~ sejam eles po"'itivos ou negati\OS
O QUE HÁ DE NOVO NESTA EDIÇÃO
•
Ao longo dos capítulos. hã mudançns considerá,ei!l
nas seções de problemas. Mais de 100 no\ os problemas fonam ad1c1oa.ndos, e u1n número signillcau\t> de
alt~ foram feil.tlS nos problemas já existentes.
\'an°"' programas de computador foram rodado!> novamente. e :.ltb dl!Scriçõcs forain atual1iad3.!. para
mrluir<>!. efcito:. da ut ílinição do OrCAD \crsào 16.J
e do f\.luJt1s1m \'Cisào 11 .1 . Além disso. m c-.ip1tuJos
introdutório:. pa.<>saram a adol1lr uma compreensão
mais ampla doe; métodos computacionais. resultando
em uma introdução revisada de ambo" O" programas.
Ao longo do li\TO, foram adicionadas fotos e biografia de importantes colaboradores. Entre el~ ~tão
~
•
•
x.i1
•
•
•
DlsposltiYos etwõnicos e L~a de cironlos
Sidney Darlington. \Vaher SchottJ..")', HarT)' ·yquis1.
Ed'" ín Colpitts e Ralpb l lartley
No' as seçõe:. fornn1 adicionadas. Agora hã uma discussão sobre o impacto de fontes combinadas CC
e CA sobre os circuitos cotn diodo. ciK'wtos co1n
múltiplo:. TBJs, FCTs de potência ~IOS e L~IOS.
tensão Earl}. o impacto da frequência sobre elementos
básicos... efeito c.le R5 na resposta em frequêocu de um
amplificador, o produto ganbo-largura de banda e w:na
SL"Tlc de outro~ tópicos.
Virias ~'Ç(k~ foram completmncnt~ m.>Seritru. par.i
atender a comentários dos revisores ou a mudanças
de pnorid....dcs. A l1:,rumas das áreas revisada5 incluem
estabiliT.lÇào de polari7,açào. fontes de conente. realimentação nos modos CC e CA, fatores de mobilidade
em íe<\J'O~ta de diodos e transístor~. efeitos das capacitâncias de transição e difusão nas caraç1eristicus
de respostn de díodos e transístores. corren1e de c;;sruraçào reversa. regiões de ruptura (causa e efeito) e
o modelo híbrido.
Além da re\'bào das várias :.eçõe:. de>Critas anteriorn1erue. algumas delas foran) ampliad.'.ls tendo em ' ista
a mudança de prioridades peninente a um ti' ro desre
tipo. A ~o sobre células sola.rei. pasM>U a incluir wn
o.ame detalhndo dos materiais emp~ CUl'\$ de
resposta adic1ona1s e uma sene de "º'as aplicações
prátic~ A apresentação do ~feito Darlmgton fot Lotalmmtc n:cscnta e expandida de modo a inclmr wna
nnáli...c detalhada das conflguraç&!i de "egtudor de
cmiSl>Ore ganho de coletor. A cobertura !>Obre trnnsistores agora trn7 pormenores sobre o tran.'>istor cror:v-
-bar larch e nanorobos de carbono. A discussão sobre
LEDs incluj uma apresent31;âo ampliada dos 1nateriais
c1npregado~. comparações com as opções tnodema:.
de iluminação e exemplos dos produtos que deflllem
o futuro desse unporunte dispositivo semicondutor.
As folhas de dad0:. comwnente incluídas em uma obra
deste tipo são agora disc11údas em detalhes "'sando
garantir unia li!>OCÍaçào bem fundamentada para
quando o aluno tngn."!>S3r na comunidade ind~trial.
lJm matcri41 :uualizado permeia lodo o texto na forma de fotos. ilu."1ações., folha.<> de dados. e a...sim por
diante. para ~gurar que os dispositivos incluídos
reílitatn os componentes disponíveis no mercado
com as caraetensricas que mudaram tão rapidamente nos últimos anos. Além disso, os parâmetros
associados no conteírdo e todos os proble111as do"
exemplos estão mais de acordo com as caracteristicas dos dispositi'os disponíveis atualn1ente. Alguns
dispositivos. não mais existentes ou usados muito
raramente. foram retirados para que fosse dada a
devida ênfase b tendência:. moden1as.
rlá algumas imporwues mudanças orgnniz.acionais
em todo o te~to que 'isam uma melhor se.quêocia
de apresentação no processo de aprendizagem. Isso
fica claro logo no~ pnmeim. caphuJos sob~ CC em
diodos e U'3.11.Sbl0~ na ili:.cussão sobre ganho de
eo1TCJ1tc no.s capitulo:. sobre CA para TBJs e JFI:.Ts.
na seção sobre Darlmgton e nos capílulos que traiam
de resposta cm fn-quêneia.. lsso fica part.ieularmenie
evidente no Capitulo 16. no qual tópicos f-oram retir-.tdQ<; e a ordem d3s seções mudou radicalmente.
•
•
SITE DE APOIO DO LIVRO
Sala
Virtual
Na S;:iln \'irtual deste li"TO (<s,.pearson.com.br>).
professores e alunos podem aces&1r os seguin1es ma1eriais
adicionais 2-l horas:
Paro professores:
• :tvlanual de soluções (em iaglês);
• Apresent.aÇões em Po\\crPoínt;
Es!t.e 11wteriul ê de wo e.tclusivo para pro/cs!>orõ
e está protegido por :.enha. Para ter at•esso u ele. os
prof~sores que adotam o lii·ro dM·e111 entrar en1 contato
co111 seu representante Pearson ou en1·iar e-mail para
.
'
lf11l\ ·er.srtar1os>!!:_peorson.com.
Para c:.tudant~:
•
•
Arquivos de cm:wtos do l\lulliSim e do PSpi~
Questões de múltipla escolha.
AGRADECIMENTOS
O:. colaboradores citados a scgwr fomt..-ccram novas folografi3.S para essa cchção:
ian C ummlngs
~Ucbele
Drake
lntcma11onal Rcclificr lnc.
Agtl~ Technologies
lnc.
Ed,,ard Eckert
Alcatel-Lucea1 lnc.
Am\• Flores
Agtleru Technologies lnc.
Roo Forbcs
B&K Precision Corporation
Christopher Frank
SiemensAG
Amber IIall
Hewletl-Packard Co1npany
Jonelle Hester
'l'ational Semiconductor Tnc.
George Kapczak
AT&Tlnc.
Patti Olson
Fairchild Semiconductor lnc.
Jordon Papanier
LFDtronics lnc.
Aodre-t\ \V. Post
\ 'ishay lnc.
Gilberto Ribeiro
Hewlctt-Packard Company
Paul Ro~s
Alcatcl-Lw:cnl lnc.
Cralg R. Schmldt
Agil\.-nt Technologic!>, lnc.
~lirch
He\vleu-Packard Co1npany
Segai
Jim Simon
Agjlent 'fechnologies, lnc.
Debbie Van Velklnburgb
Telt.lronix. loc.
lt\C
\\cst
~larccUa
\\'itliitc
On Semiconductor lnc.
Agilent Technologies, loc
190 \\'illiaOlS
l le\vlen-Pockard Co1npany
J. Joshua \Vang
HC\vlen-Puckard Company
Diodos semicondutores
Objetivos
Conhecer as características gcr.ib de tr& materiais semicondutores irnpommtcs: Si. Ge. GaAs.
Comprecndér a contluçào ~ndo a teoria de elétrons e lacunas.
Ser capaz de descrever a d11Crença C'Olte m:uerin1s dos tipos 11 e p.
~vol\ er unia compreençâo clara do funcionamento básico e das ca.racteri:.ti~ de uo1 diodo nas regiões sem polarização. de polarização direta f! de polarização reversa.
Ser capaz de caJcuJar a rcsistencaa CC. CA e CA média de wn díodo a partir da:. curYas caroc:tcristicas.
.
('ompreender o impacto de wn c1rcuíló cqu1valcnté. seja ele ideal ou prátiL-o.
familiarizar-se con1 o funcionamen10 e as C<tr::ic1erís11eas de un1 d1odo Zeftrer e um dtOJo emissor de luz.
1.1 INTRODUÇÃO
Um dos fatos notâve~ sobre e!.1c campo. assim co1no
em mwtas outras áreas da l~cnologia. e que os princípios
fund:Jm~ntais
mudan1 pouco ao longo do tempo. Os sis-
k•ma.'\ 'Ião incrivelmente mcnorc~. a.~ \~locic:bdes de corrente eh opcraç<io são realmente e.'(traordinári:is e novos
dispcl'iitivo<: o;;urgen1 todos os dias. fu7endo-no" imaginar
para onde a tecnologia está nos IC\'ando. ~o entanlo, se
pararmos um instante para pensar que a maioria dos dispositivos em uso foi inventada hã décadas e que as técnicas
de projeto citadas en1 textos da década de 30 continuam
sendo usadas, perceberemos que grande pane do que
observamos é essenciaunente uma melhoria constante
em técnicns de construção, caractensticas gerais e técnicas de aplicação, em vez do desen\ol' imento de novos
clement~ e projetos. O resultado db.so é que a maioria
dos <fu-posiuvos discutidos neste livro já CAiste hã algum
tempo e que textos sobre o ~unto escrit~ há uma <locada
amda são boas re lerenc:ias. com um conteúdo !>é!lll grando modifica\:Õl:S. As principaC. mudanças ocorreram na
comp~-n:.ào de con10 esse!> dispositi\ o:. funcionam e de
1 ,.,.,. du •~• ..or l<<'11ico: rtu/ior ~ ci ....., da&J a
roctflJllÇio de llpl!R'lh~» llJI mkroclc:tJÓllKa
1111&:1
(Mia J.:
toda tt sua gama de cafX!cidades, bem como em melhores
n1érodos de ensino dos fundamentos associados a eles. O
beneficio de tudo isso paro o alullo que inicia seus estudos
no assunto é que o material deste livro, assim esperamos_
núng.iu um IÚ\el de fácil assin1ilaçào e as mformações
ainda cerão utilidade por muito:. anos.
A minialurização que vem ocorrendo nos úJr1mos
anos nos le\a a pensar sobre seus limites. Ststemas
complc:lo:. aparecem agora em u•afus milhare:. de \ C"LO
menores do que um uruco elemento das rede!> mats :mu*
gas. O prim~-iro circuilú Íntt!graclo (CI) foi dL"SCD\ ol\ ido
por Jack Kilb) quando ele rrabalha\'3 na Texa:. 1~1ru­
mcnlS, cm 1958 \Figura 1.1 ). AtualmcnLe., o processador
lnlelª Core""' i7 Extreme Edition da Figura 1.2 tem -31
milhões de tran'!1stores em um encapsulamenw apenas
ligeiramente maior do que 1,67 polegada quadrada Em
l 965. o dr. Gordon E. \1oore apresentou um artigo prevendo que a quanricbde de trnnsistores em uma única pastilha dobraria a cada dois anos. Agora. mnis de 4-S anos
depois. constalamos que sua previsão foi incri,elmente
precisa e de\e continuar assi1n nas próximas décadas.
É e\ idente que chegamos a tun ponto em que a função
m.;u,ofiul sc1111cun\lut1Jt u qual~....,.. nuau.;itcuhu. t um c<11tlplHldlt.: fuod11M'Dl.11 a
2
Dispositivos rJdfõnic.os e teoria d4! cirruJtos
principal do encapsulamento é sin1plestnente fornecer
uma n1aneira de manipular o dispositivo ou sistema e
oferecer um mecanjsmo de conexão co1n o restante do
circuico. A minia1unzaçâo parece limitada por quatro
fatores: a qualidade do material semicondutor. a tecruca
de projeto de rede. os limito do equipamento de fabricação e processamento e a fon..'tl do espínto mo' ador- na
indú~tria
de sem1conduton.~
O primeiro dispo!>iú' o clctrõnico a ser ap~tado
aqui é o mais srmplC!> d.: todo:., mns possut uma g3ma de
aplicações que parece inl\."IU1inâvc 1. Dcdicamo!> a ele doí.,
capítulos para introduzir o:. matcriaic; comumcnlc tL\3dos
em dispositivos de c"l.3do sólido e rever algumas Jci"
funda.mentais de circuitos elétricos.
Figura 1. 1
J.sc:L SL Clair Kilby.
Jad. SL Cla1r Kllby. inventor do ciIWito in:cpado e coín·
, ·cntordacakubdora clctrônica portátd. 1Concsia da Teus
lnstnunclJll. I
~a.tural de Jcff0'5iQil Cit). J\.l issouri. l 923. l\IS. l nnt'l'Sid:ldc
de \\'"1SC011Sín. Diretor de Engenharia e Tc:c nol~ da Divisão
de Cc.•111poocn1~ da Texas Instrumcnts. Parceiro do IEEE
1lnstãutc ofEkctrial ::ind Elcctronic EQginccrs). Detêm 01-lÍs
de 60 patml~ no:o EUA.
1.2 MATERIAIS SEMICONDUTORES:
Ge, Si E GaAs
A construção de cada dispositivo eletrôn1co ~­
ereto (indivufual) de estado sólido (es1.rutum de ('ra(a)
rigido) ou circwto integrado começa com um matenal
se1nicondutor da mai!!> alta qualidade.
Qç ~en1ic omlutofl?' \ào u111a c/<1.çse especiul de ei.·1ne11tos t ujn
cond11til'idad1t esltÍ e111re o de um bom
condu1or e a de um i~olante.
O primciro circuito integrado. um O!>ci lador de de:.locamcmo
de f~ in,-anaJo por- Jack S. K1lby em 1958. (Cortesi:I c:b
Tl!'t&S ln.stniml.--nb. I
J:m geral. os materiais sernicondutorcs recaem cru
uma de duas c~-s: cristal singular e conzposto. Scnuconduton.-s de cri!.tal singular. como germânio (Gc) e silicio
(Si). têm uma c-.trutura de cri!.-ial repetitiva. enquanto os~­
micondutores compo<>to..._ como ar;cncto de gálio (\:iaAs).
sulfeto de cãdmio (CdS). nitreto de gálio (GaN) e fosfeto
de arseneto de galio (GaJ\<;P). compõem-se de dois ou m.a.i.,
materiais semicondutores de estruturas atômicas diferentes.
Os três sem~ PILLÜ/rt'CJL1e11teme1ue 11.'>uâm na
co11srn1roo de dilpo!lifi\-O.\ elt:>Jro1úcos :.cio Ge. Si e GuAs.
Nas primeiras década" após a descoberta do diodo, en1 1939. e do transislor. em 1947, usou-se quase
i tl~-~~~
•••
CORE lflside .
exclusi\ amente o ~ermànio, pois este era relati\ an1ente
fácil de encontrar e esiava disponível eo1 quantidades
razoavelmente grandes. Também era relati,amente fácil
de refinar até obter ni\eb muito elevados de pureza. um
aspecto importame no processo de fabricação. No eruaruo.
já nos prunelJ'O!> anos dcscobnu-se que diodos e transístores coru.tnúdo.s tendo o ~io como material de base
sofnam de btU.XO!!> ru\ el!> de confiabiltdade, principalmente
p<>r causa de sua SClb-ibilidade a "ariações de tcmper.uura..
Figura 1.2
ProcessOOor lotei. Core™ 17 bweme &htr.oo.
t-.a época,º"" c1m1h~ sabl3m qul! outro matcnal, o :.ili.cio.
era menos afetado pela Lempcrotur.i, mas o p~so de
rcfinaç.ão para obtenção de 'Silício con1 alto grau de pu1ua
ainda estava em fase de des.envolvimenLo. Finalmente.
Capitulo 1
em J954. o primeiro transistor de silício foi lançado. logo
tomando-se o rnaterial se1nicondutor preferido. O silício
é não só menos sen ível à temperatura. como rambé1n
um dos maceriais n1ais abundantes da terra. eluninando
qualquer preocupação quan10 à sua dc.--ponibilidade. As
componas foram abertas para e:.se OO\O marerial e a tecnologia de projeto e fnbricac;Ao melhorou constantemente
ao longo dos anos seguintt!!>. até aungir o alco nível de
!.Ofulicação atllill.
Cotn o passar do Lcmpo. contudo. o campo da clcIJÜnica tomou·sc cada 'cz ma~ Sc.'.ru.;, cl â que!> tão <.la
\·clocu:ladc. O.. computadores Oper.t\-am cm velocidades
cml:i \"C7 mais acelerada." e º" "lstt?t'na!> de comunicação
apresentavam altos niveis de desempenho. Um material
semicondutor capaz de satisfazer essas PO\'as necessidades
tinha de ser encontrado. O resultado di"50 foi o desenvolvimeTito do primeíro transistor de GaAs. no inicio da década
de 70. Esse novo rrnnsis1or tinha velocidades de operação
até cinco vezes superiores âs do Si. O problema. porén1,
era que. por causa dos anos de intellSO!> esforços de projeto
e melhorias de produção utilizando Si. ll3 maioria das
aplicações. os circuitos con1 transistores de silic10 tinhrun
menor CU5lO de fabricação e a 'anmgem de estral.égias de
projeto altamente eficientes. O GaAs era rnah. dillcil de
fabncar em ruveis elevados de puraa. Clbta\ a mius caro
.
. .
e conta\a com pouco apoio para proJcLO> nos pnmeiros
3mb de desenvolvimento. Entretanto. com o tt."mp<> a demanda por minor vcloc1dadc acabou rc:suhando cm truilS
financiamento para pcsqui:;a d~ Ciarh, a ponto dé hoje cm
dia ele~ frcqucntcincntc utilizado como ma:tcriaJ de bru.c
para novos projeto!\ de circuito<; integrados de larga escala
(\ 'l..Sl, na -;igla cm inglês) e alta velocidade.
Esta breve revisão d.'l história dos m::ncriais semicondutores não pretende sugerir que logo o GaAs sera o
único material adequado à constrUÇào em estado sólido.
Dispositivos de gcnnãnio continuam a ser fabricados.
ainda que parn uma gama limitada de aplicações. Muito
embora seja um sc1nioondutor sensi' el à rempernrura, ele
po~ui caracteristicai. que encontram aplicação em u1n
número limiw.do de áreas. Devido à sua disponíbílidade
e aos bruxos custos de fabnc-ação, conunuará a ter lugar
em catálogo:. de produtos. Como já ob:.ervnmos. o Si
Lem o beneficio de anos de desenvol\ unen10 e é liderem
materiais SêDlJCooduton!l. para e:.omponentei. eletrónicos
e Cb. Na verdade. o Si ainda é o aliccrc~ fllllclamtntal da
nova linha de processadores da Intel.
3
Diodos semicondutor~
nica requer algum conhecimento da estrutura atómica de
cada um d~o e leme ocos e de como os átomos !.e he3lll
para formar uma estrutura crisLalina. Os componentes
fundamen1ais de um áton10 são o elétron. o próton e
o nêulron. ~a C!!ilruLura de treliça. nêutrolb e pTÓLons
forn1am o núcleo enquanto os elêtron" aparecem em
órbnas ÍL'l8S ao redor do oúcle<>. O modelo de Bohr para
os três mate:na.i:. e fomcciclo na Figura 13.
Tal como indicado na figura l.3. o silicio rem l -l
elétron!!> em órbiu. o germânio tem 32. o gálio. 31. e o
arsénio. 33 (o mesmo arsênio que é wn agente quimico
ememameme \'eneoo·o). No gennânio e oo silício. hã
quatro elétrons na camada mab e.xtema_ chamados de
elétron~ de •"lllé11cia_ O gálio tem três elétrons de valência e o arsênio. cinco. Os áton1os que po:.suem quatro
elétrons de valfncia são chamados de 1e1raral~ntes,
aqueles com três elétrons <1ão os trivali!n1eç e os com
cinco. pen1a ..·1.1/e11te:l. O termo valência é usado para
~
indicar que o potencial (pOtcncial de 1onuaçào) néct.~­
sãrio para rerrto'\·er algum desses elétrons da eçmnura
atômica é s1gnificati.,amente menor do que o requendo
para qualquer ouiro elétron na estrutura.
Em wn cri:.tal puro de silício ou germânio.~ quatro
clécrons de 'alêncta de um â1omo formam um arranjo de
lí~ção com quatro átomo!> adjacente&. como mostrado
na Figura l .·t
'
l .3 LIGAÇÕES COV~LENTES E
MATERIAIS INTRINSECOS
Compreender plenamente por que Si. Ge e GaAs
são os semicondutores preferenciais da indústria elerrô-
Cmn:..hdc\~
(qUlllro détmlK de \ :ilêncial
.,. /
~
~
.
•
•
•
+
~-
•
•
•
••
•
•
•
•
•
•• •
•
•
Silldo
fa)
•
•
•
•
•
•
• •
•
...
•
--
" '•
• •
•
+
_/
•
..
•
•
•
•
•
•
•
~
••
•
•
•
• •
-·
~
~
•
•
• •
+
~
•
.
........ .
-...
•
•
•., •
•
\r-;eoio
figur . " 3 Esnumra mômica de (a) silicio. (b) gnmâllio e
(e) gã110 e arsênio.
4
Oisposa~ ~ltõnicos
--
e teoria &! circ.uiLOS
\-
- - - - - s; - e
- - - - - -- - -
-
~
Si
~
Figu ra 1.4
-
-
-
-
-
ornp.Irttll:umcnte> de dêuu N
{
{ /
-.......
~°"°-~de ..~
-~
-
-f - \
Lii;.w,'11o co,11lcn1c do úto1no de ,jJfcio
&<>a li~a~·ào de cit<>nro.\ rt')o rçad a pelo compart ilhum ento de cletro11 \', é cham ada de l1gaçiif1
co,'Q/ente.
VC.to que o Ga.As é u1n se1n1condu1or compo!>tO.
cxi:.te compMtillurncruo entre O!> doi:. ãtomo d1fetentL'S.
com o m0:.trado na Figura 1.5. Cada átom o. de gãlio ou
ar<.cnto. c<ilá rodcudo por átomos do tipo complcmi:ntar.
Ha. ainda. um compartilhamcnto de elétron.' c-.truturalmcnte semelhante ao de Gc e Si, ma-. agora cinco elétron,,
o;ào forne cido , pelo atomo As e IJ'ê.. pelo Ga.
Embora a ligação CO\ alente ~ulte em uma ligaç ão
1naio; fone entre º" elérrons de valêncía e wu ãtomo de
ongem. ainda é possivel que os elérrofb de \·aléncia ab-
sor\'am energi:l ciné1ica sulicienie de caus a' natunli externas para quebrar a ligação CO\.alente e assumir o estad o
·•ti\Te... O teimo líin.• é usado para qualquer eleltOO que
tenha se .;epm do d3 estru tura de treliça fixa e ...eja muito
Soensl\el a todos<>:> campos elétrico!> 11plicado,,. ml con10
o C":>ubelecido por fontes de tensã o ou qualquer diferença
de pot.eneial. Al c:c111sa~ externa:. 111c111t•m t:feito., corno u
entTgia dú lu= na jon11a tle jotons eu rnergia térnriru (ca/orJ do mcio cimm Jant e. A temperatura ambiente. exbt~
aproximadamente 1,5 x 1011' portado~ li\ ro cm 1 cm'
de m.31CriaJ inl1in.~ec:o de i.11íc10. 1,to t!. 15,000.000.000
( 15 b11hik.~) d.! clctr ons L'Tll um c:-paço m~ do que um
pequeno cubo de açúcar -
u1n
número cnonnc.
O 1em w intrin,eco u11fua-~c u qualquer material
('nricomi11tor que tenha ,\ ido c11idcufo.\un1c11tt"' re}in11,fo
para rnJu:ir o n1Í111ero dt· in1pun~uç a um ni,-el muitn
haiio - .e.~'en,.;a/mentt!, con1 o grau nuin mo de pure=a
úiçponibili.=uJo pela lt!L'llt JÍof!( a mode:mu.
Figu ra 1.S
Li:;açio CO\~e do cn-.wl de (ia.A '
Os elétrons li\ res em um material de\ ido :-.omente
a cau!>as e\ter nas são chamados de porta dor,•.\ i11tr1n:.ec o!>. A Tabela 1. • comp.ira o níuncro de ponador~
intnnsecos por cenumetro 'ub1co (abrc\líado n,) de Ge.
S1 e GaA!.. t inte-re-....ante notar que Ge tem o maior
número e Ga.As o mab bai\o ~a realidade. o Gc tem
15 mi lhõcs de 'cLc:. mab portadorc!> que o Ga..U. O
número de portador~ na forma cntrini.cca é unportantc.
ma.., outra!\ caractcri...u~do matcnal são ma1-. '>tgnifica·
tivas na dcll! nnin açào de 'cu ll'º cm cu1npo. Um de.'~'
fatorc'> é a n1ohilidadl' rrla11ia (µ..)do~ portadorc~ li\TCS
no mate rial . i~to é. a capa cidad e dei;ses portadores de
se rnovercm por todo o material. A Tabela 1.2 revela
claramente que o porta dore ' livres no Gar\ s tém m:11s
de cinco vezes a mobilidade daqueles no Si. um falor
que resulta em tempos de re'>posta u-;ando di ... posi li\o..
eletrõnicos de GaA s que pode m ser até cinc o \CZC!>
superiores aoc; 1e1npos de resposta do., mesn1os di posit i \os feno:. de Si Perceba também que os porradore-s
h\res no Ge têm mais de dua!> \cze s a 1nob1hdade do:.
clétr ons no St. wn fator que resulta no uso continuo de
Ge cm aphca-,:ões de raruofr1!-quênc1a de alta 'eloc1dade.
Tabe la 1.1
P~ intrin-.cclh n,.
emic ondu lor
('i a \i.
--
Port1 dores inlrin~ecos (por cm')
1.7 . l(J
<;, 1
l ,!i ' 10'°
Ge
2.5 . 101)
Capitulo 1
Tabel
l 2
FAtor de 1nob1hd:Jde rel:tti\'a µ...
Mmicondutor
µ (cur/\.s)
1.500
!>I
3900
8500
Um dos mais i1nportantcs a\anços tecno~icos das
última:. décadas é a c.npacidadc de produzir rro1cr1a1.'> sc1nicoodutores de alta pureza. Lembre-.;.e de que esse em un1
dos problemas encorumdos quando o :.ilicio começou a ser
usado- era mai.~ faci 1produzir gamãnio cum os nívci;. TL."'queridos de pureza. Hoje em dia. ni\'t'i" de impureza de u1na
parte em 1Obi lhões são comuns. cem ru\ eis mais elevados
ainda aúngivcis cm cin:uit0:. integrado:. de larga escala.
Pode-se questionar se tais níveis extremamente elevados de
pureza são necessários. Cenarnente são, se poodernnnos que
a adição de uma fYMlc d~ impureza (do bpO adequado) por
milhão em um ~1YI.fer de material de silício pode alterá-lo
de um condutor relativamerue pobre de eletricidade para
outro mais eficiente. É cv1dentc que temos de ltdar com um
ni' el inteiramente novo de comparação quando o assunto
e o meio do:. semicondutores. A capaetd.rde de alterar as
caractcristica" de um material por CS.'ôe procoso ê chamada
deJopage"'· algo que gennãnio. silk:io e arseneto de gálio
aceitam com rapidez e facilidade. O~ de dopagen1
ê <fucutido dcw.lhadamcntc na... ..eç~ 1.5 e 1.6.
Uma diferença imponnnte e interessante entre senucondutorc~ e condutores é a sua reação à aphcaçào
de calor. 'lo caso dos condutores. a resisfência aun1enta
à medida que o calor aumenta. bso ocorre porque os
números dos portadores en1 um condutor não aumenta1n
de modo s1gn1ficativo cm função da temperatura, atas
seu padrão de vibração sobre uma JK>Siçào n:lativamenle
fixa toma C"'1da vez mais dificd um fluxo continuo de
ponadores por todo o materi:tl. ~tateriais que reagem
dhSa maneiro são tidos co1no de cOt!/iciente de ten1pera1ura positi~YJ. Já os 111ateriais o;ernicondutores exibem u1n
aumento do nivel de conduti,idade mediante a aplicação
de calor. À medida que a temperatura sobe, um numero
crescente de elétrons de vaJ~cta abSOJVe energia ténnica
suficiente parn quebrar a ligação covalente e contribuir
com o número de po11adores livres Pormru:o:
.\fatmai.<o sen11condutnr~ tém um roefit:iente de
l011pl!Talura negaln'o.
#
1.4 NIVEIS DE ENERGIA
Dentro da estruturo atõmica de todo e qualquer átomo iço/ado. há nlveis especi firoç de energia associados a
Diodos semicondul.Or~
s
cada camada e elétron em órbita, como n1ostrado na Figuro
1.6. Os OÍ\eÍS de energia associados a cada camada serão
diferences para cada elemento. No en1ai1to. de modo geral:
Quanto maior a distãncia de uni elétron cm rcúu;ào
ao núdeo. maior o t'Ytado ele enl'rgía. t' qualqul:':T elétron
que /enlia deixado ~eu titon10 ele origem tem um otaJu
(/e t!nergiu mai• alto tlo que q11ulq11er outro t!létro11 no
• •
estn11uro utonttca.
Obst_'f'\ e nn Figura 1.6(a) que
~omente
ni' eis t..-s-
pecifico:. de eot.-rgía podem cxísúr para oi. elétrooi. na
~"Strutura atõnuca de um átomo isolado. O resultado ê
uma ~érie d.: intcn·alo:. (gaps) entre os n1\ eis do: energia
pcrmi6dos. no~ qtmi<; não se admitem pen.adore<.. "lo
entanto. a medida que os áto1nos de um matenal ">lio
apro-<imados uns dos outros para fonnar a estrutura de
treliça cristalina.. ocorre un1a interação entre átomos.
que resuharã nos elê1rons de determinada camada de
um átomo com níveis de energia ligeiramente diferentes
dos elétrons 113 mesma órbita de u1n átomo adjacente. O
resultado disso é uma expansão dos níveis de energia fixos e discreco:. dos elétrons de valência da Figura l .6{a)
para bandas. conforme mostrado na Fi~ura l.6(b). Em
outras pala\ras. os elétrons de valência de um marerial
de silicio podem ter diferentes nlveís de energia. de-sde
que i.eenquad.mn dentro da banda da figura l .6(b). Ei.s.a
figUT3 re,ela claramente que existe wn ní,el mantmo
de energia associado aos elêtroas na banda ~ condução e um nncl máximo de energia de elétron:. ligado a
camada de ,aJêncía do áton10. Entre ambo;,.. hã um gap
de energia que o elétron na banda de 'alência tem de
supenu- para s.c tomar um portador livre. Esse gap de
energia é diferente p:ira Ge. Si e GaAs; o Ge tem o menor
gap. e o GaAs. o maior. Em suma. isso simplesmente
significa que:
l m rlelron 11a fN.111clu ele 1·alt!nc1a do silício tln·e
absonY?r mai' energia clu que 0111ro 110 banda de
lV-
lê11cia do germá,,io P"'" 'íe tornar 11n1 porrack>r lil7l'.
Da mesn1afomw. uni efé1m11 na handa de \•ol~ncia do
Dt>erlPIO
oUlro
de gálio tÚ!\·e ga1ú1ar n1aiç energia do qul!
tw silicio
ou gc>rmán10 para entrar na banda de
co11d11(;iio_
Essa diferença nos requisitos do gap de energia
revela a sensíbilidnde de cada lipo de semicondutor às
variações de temper.uurn. Por exemplo. ã medida que a
temperatura de uma amostra de Ge sobe. o numero de
elétrons que podem absorver energia ténnica e entrar
na banda de condução vai aumentar muito rapidamence.
porque o gup de energia é 111ujto pequeno. Entretanto. o
numero de eletrons que enlra na banda de condução para
6
Dispositivos rJdfõnic.os e teoria d4! cirruJtos
F..nrrra
Gap~~
•
Úllp ~ CllCl'p u
Terceiro nf,·el lc1c,)
cu:.
1
4•1
l
l
Encfgía
EJémin,
IXII'3
e:suklccocm
-b\~-
~
Energia
BanJ,1 d.: l!1>nJu uo
- - -
N.ioi~'-cl
alan1ç"r nivcl ~-+-_
de coedllçJo
-
.
-t
-
t- - ..t- /
BanJ.u de 'illCnaa ,
-t
~
lsolanle
__
.EJàroo, _ _
de\-a~nci3
lit•b. à
Banda de •'alência
- - -
-
Condutor
8.mda de ''llência
C'IUilllWll
;uõmica
F. g = 0,67 cV
(('n:)
E 11 = l. l 1:\ IS•I
e 11 -
1.4 3 eV cGaA,1
Senliton<lutor
(b)
Figura 1.6 :":i\~i · de energia: (a) ni\ ci_, di~ em cstruh.11nlo. arõrnicas bolac.la<>: Cbl bJmLl, de condução e ..-alência ck um
i'lOlantc:. um scmícundutor e um condutor.
Si ou G.aAs seria muito menor. Essa scn.-;ibilidadc a alterações no ní,-el de energia pode surtir efeitos posrtivos e
negati,·os. Criar fotodetectores sensi,-eis a lw e sistemas
de segurança sensíveis ao calor poderia ser uma e:\Celente
área de aplicação dos dispositivos de Ge. No entanto. no
caso das redes de rrnnsistores, nas quais a estabilidade
é alta prioridade. essa sensibilidade à temperatura ou à
l11z pode ser um fator prejudicial.
O gop de energia carnbérn revela quais elementos
são úteis na construção de disposilivos emissores de
1112. como díodos enlissores de luz (LEOs). q11e seriio
apl'5entados em breve. Quanto maior o gap de energia.
ID3.Jor a possibilidade de a energia ser ltberada sob a fonna
de onda:. de IUL vi3í' el ou invisível (IUL infnl\ennelha).
Para os condu1ores.. a sobreposição de bandas de \ alênCta e condução basrcaau.:ntc fa.L corn que toda a cncigia
adicional captada pelos clétrons seja ~spada rut forma
de calor.. De modo análogo. no caso do Gc e do Si. \'1SLO
que o gap de cnt:rgia é muito pequeno. a maiona dos
clétrons que capta encrgi:t suficiente para sair da banda
de valência acaba na banda de condução e a cnergta é
dissipada na fo1111a de calor. Por outro lado, para oGaA.s.
o gap de energia é suficientemente grande para resultar
en1 significativa radiação de luz. Para LEDs (Seção J .9).
o nivel de dopagem e os materiais escolhidos detenninam
a cor resul1anle
Antes de passarmos paro outro assunto. é importnnte
ressai lar a imponância de se compreenderem as unidades
usadas para uma grandeza.. ~a Figura 1.6. as unidades de
inedida são os elé1ro11-,·olu (eV). Ela é adequada porque
11' (energia) =- Ql (conforme definida pela equação da
tensão: J' - W;Q). SubsutuindO-!>e a carga de um elélron
e uma diferença potetx.'ial de 1 V. obtém-se um ní\el ~
energia conhtt'tdo romo ele1r0n-volt. isto é.
Jl'= QI'
=(1.6 x 10 '~ C)( l V)
1.6 " 10 •• J
Diodos semicondulOr~
Capitulo 1
l
e
1 cV = 1.6 x 10- 19 J
1
( 1.1 )
-
-
1 .5 MATERIAIS DOS TIPOS n E p
\ ~to
que o Si é o material mais uuluado como
matcnaJ de base (s ubslrlilo) na cons1ruç-.10 de dc.posit:i \'OS
clétrónico~ de estado ~lido. a dtsc•&.ào abordlda nc!>La
i.cção e na.... próximas trata apena:. de scmicondutorc..., de
silício. Uma vez que Gc, Si e ~ compartilham uma
ligação covalente scn1elhante, a discussão pode ser làcilmente ampliada de modo que inclua a utilização de outros
materiais no processo de fabricação.
Como indicado anteriormente. as características de um materia l sea1icondutor podem ser a.Iteradas
significativamente pela adição de átomos específicos
de impureza ao n1aterial semicondutor relati\•amente
puro. Tais impurezas. e1nbora apenas adicionadas na
proporção de umn parte em 10 milhões. podem alterar
a esuutura de banda a ponto de modificar totalmente
a:. propriedades elétricas do material.
Unt 1uaterial sernico11J111or que tenha .'>ido s11hm.:11dn ao proces.<10 de dopagem é c-lwmado de
material crtrín~·eco.
Há dois ma1eriais exuinsecos de eoonne importância para a fabricação de um dispo!>tÜ\O semicondutor:
materiais do tipo n e do tipo p. Cada um deles é descrito
detalhadamente nas subseções seguinte..
Material do tipo
11
Tanto os n1u1criais do úpo /1 quanto os do tipo p
são fonnados pela adição de um nilmero predetenninado
de átomos de impureza a uma base de s ilício. Usn matertal do tipo n e criado pela Ultroducão de elementos
de ampureza que ltl1n cinco eletrons de \all!ncia (pen1a..-ulentes}. tais como antimónio. arsênio e fósforo.
Cada um deles faL parte de um !>ubgrupo de elementos
na Tab\!la Periódica dos Elemento~ cbálnado de Grupo
V. porque cada um tem cinco clctro~ de valéncia. O
efeito desses clemcnto!i é indicado na Figura 1.7 (utili7.3:ndo antimônio como a impureza em uma base de
siUcio). "lote que as qua.tro ligações co\·alentes ainda
e-;tào presentes. Há. poré1n. um quinto elétron adicional
devido ao átomo de impuTe7a. o qual está di~ ..ociado
de qualquer ligação covalente em e-;pecial. Esse elétron
restante. fracan1ente ligado ao seu átomo de orige111 (antimônío). é relativamente livre para se mo\er dentro do
recém-fonnado material do tipo n. uma \CZ que o áto1no
de impureza inserido doou un1 elétron relativan1eote
"li\re- paro a estrutura:
-
S1
S1
-
-
-
7
I
- -( ...- -- Si
Si
Quinto elcrxon &
valência de llJlbnJÓUIO
-
- :\:.Sb
l hnt>u~u.&
anlllnlin10 ISb>
Figura 1.7
I
-
f
---
-
'
\
lltlJlUreLll de ant1n1ônio em maienal W.1 tipo n.
lmpurr::as difundidas co111 ci111·0 elc1ron.~ de ,·a/.!nda
.<1ào chumaJÚJ'> de átomo... doadores.
É unponante compreender 4ue, apesar de um grande
ntimero de portadores li.. res ter se csiabcll.-cido no material
do tipo n. ele aind.i é ctctricamcntc neutro. uma vez que.
cm tcnno!> ideais. o número de prótons com carga ~tb\ a
no.!> núcleos permanece igunJ ao número de clétrons liv~
oom caJ'g.a negativ.11 em órbita na estrutura.
O efeito des.~ processo de dopagem 'Obre a condurividade rela11'11 pode ser melhor descrito pelo diagrama
de banda de eneqpa da Figura 1.8. Note que um ní\·et de
energia dic;creto (denominado nível doacú>r) aparece na
banda proibida com um Ei: significarivmnente menor do
que o do material inuinseco. Os elétrons lj,res de..-ido á
in1pureza adicionada siniam-se nesse nível de energia e
têm menos dificuldade de absorver uma quantidade suficiente de enetgia cénnica para entrar na banda de condução
à cemperarura ambiente. O resultado é que. à lempernrura
ambiente. b.i um grande nún1ero de ponadores (eicirons)
no rú' el de condu~lo e n condutividade do material au-
• &trpa
1
E
= co~.Jna,~lmode
•
mcoof do que n:a f ipn l .fXbl
para ~mi~
Nível de~ dtwkir
1ntrin~
Rgu a 1.8
Efeuo ~ 1mrure7.as doadoras na blJUIUr.l de
banda de cn~1g1.a.
m~ta 'i!!flifica..M.1lltlell1e. A
temperatura ambiente. em um
ma1mal inlnDSeeo de Si. existe cerca de wn elétron li\.Te
para cada IO'- átom~. Se o nivcl de dosagem f~ de 1
10' indica que a
c1n 10 n1ilbões ( 10'). 11 razão 10'' 10
concentraÇão de portadore-. atunentou em uma proporção
de 100.000: 1
Material do tipo
O 1natenal ~uJtantc do lipo p é eletricamente neuLro, pelas me-..llld.!> razOô que o mo1enal do tipo 11 .
Fluxo d· E" 1 ~~..o..,s versus flu o de lacunas
O efeito da latuna na condução é mostra-
cn.,ta puro de germânio ou -.1hc10 con1 átomos de impure.l..3 que po suem três elétron!> de valc..:.Ocia . Os elementos
rnai-. comumente uulaados para ~:.e fim são boro. gulio
e índio. Cada um deles fiu parte de um ~ubgrupo do:. cle1nen10:. n.1 Tabela Periódica dos l:.h:menlo:. chamado de
Grupo 111. por Lerem, ca<la um, Ire!. cletruru. dc \<llC:neta.
O clctlo ck wn de'>.-.c:. clt:mcntos. o boro. sobre wna ba.-.c
de 'ilic10 c.."'ta indicado na F1gurn 1.9.
'l;otc que agora o numc..-ro de elctron_, é insuficiente
f)3r.t completar as ligações covalente-. d:s treliça recin1-foml3d:L O~ v"37io reo;ultante e ch3mado de lanma e
~tado por um circulo pequeno ou um ,inaJ posimo.
indicando a au~ncia de uma cnrga negat1\'a, Uma vez que
a lacuna resulmnte uc·eirarâ pronuimentc um etéuoo livre:
)
-
-
-
-
\'1.1.io
i
-
-
-
) lMl'Ul'Cl.1
di.' t~oro
I
1~
-
.,_. ...
R
-
º"
-
r cJiamLJU() de portador nl<1jOrÍfÓrio <' CI Jacuna Óe
No caso do material do ttpo p. o nú1ncro de lacuna.. é
muito maior do que o númcro de elétron.,, tal como IDlhlr.1
a F1gur3 L 11 (b). Porunto:
Er11 um matt·rial do ripo p. a lat una t~ o portatlor
111t1jvrírório e o c/,'rron é o pt1rrador 111i11oritcirio.
de: boro cm matcri.tl do tipo p
-
No t.'!>t.«lô 1ntrin...eco.. o número de clctron:. lt\~ oo
(i\! e no St e n..~ultaruc apm;i.-. da\ poucos elétron~ na b;mda de' alênc1a que adqu1nram energia suficiente de fonte<.
térmicas ou de IU7 para quebrar a hgação covalente ou~
poucns impurenis que não pudemm ser re1novidas.
espaços va7io dei,;ados p:rrn tnis na estrutura de ligação
covalente reprcc;cntam n~ quantidade bem limi1ada de
l<lcunns En1 um material do tipo 11. o n(unero de l3CW13S
não se aherou significali,arrente a partir de~~ ru\el intrínseco. 0 l'e'.'Ultado líquido e. ponantO, que O numero de
clc1ron:. .:;upcra o de lacunas Por esse n1011vo
portador 1ninoriltirio.
-
-
Portadores m;:"oritários e Minoritários
tron
eu 1
St
do na r1gura 1 JO. Se um elétron de \alenc1a adqujre
energia c.:inet1ca sufioerue para quebrar sua Ligação covalente e preenche o \'UJO 1.'Tl3do por um.i lacwia ~w.1cn1c. sera cnado um espaço 'u10, ou lacuna. na hg::i.,.ão
covalente que lilk:rou o clelron. E:.xi:.tc, portanto. um
deslocamcnlo de lacun~ par.i a esquerda e de clét.roru.
para a direilll. como mostrado na Figura 1.1 O. O scnlido
a ser U'3dt) nc'>le JnTO C O do jlurr> COl/l'C!l1Cio11aJ, que C
indicado pelo .;mtido do flu~o da lacuna.
En111n1 material do rrpo n /F1Jr11ra l . //faJ}. o elé-
R
~
-
-
10 '"" + )
-
-- - -
-
-
St
-
""' .~iio chamador; dt~ á1omo\ ar-t-1t11tlo1\'\ .
e
O m.1terial do tipo pé fonnado pela dop.lsem de um
Figura 1.9
' '' ilr111ure:a• dijündidas co1111rés t•h:rron' tle l'tl/ên-
--
....
!St
- -
f igura 1.1 O fluxo de elétron::. 1•crn1f flu.'to de bcun:rs.
...
- -
-
-
-
-
... _
....
s
- -
-
-
-
Diodos semicondul.Or~
Capitulo 1
Ílin ... doo.Jui"e'
/'-....
-- +
- - + - + -+
+
+ :+
-+ -~
+
Figura T.1 '
fllllb
lh.~I(~\
~.
Ptirtado~
O\;tjOtil.iri<l~
l'artildOI'
Portad~
DW!Otit:irio
m:tpritJnn..
- o - o- oo
o -º
- -o o
o
ti pu n
upop
(3)
{b)
-
(a) Material cio tipo n· (bt maicrial do tipo p .
Quando o quinto elétron de un1 átomo doador deixa
o átomo de orige1n. o áto1no rei.tante adquire uma cnrga
liquida positiva: dai o sinal posill\O na representação
do ion doador. Pelos mesmos moU\OS. o sinal negativo
apareci: no íon acei1ador.
Os materiais dos npos n e p represemam os blocos
de c-0nstrução básicos dos dtspos1ti\ os senncondutores.
~a próxima 5.cçào, veremos que a iunção.. Lk um único
matenal do tipo n com um matcnal do upo p resultará cm
um clcmcnlo semicondutor de coosidcr.h·cl 1mportància
em :.1stemas clctrônicos.
1.6 0 1000 SEMICONDUTOR
Agora que tanco o material do tipo n quanto o do
tipo p estão disponiveis. podemos c.olbtruir nosso primeiro dbpositivo cletrôn.ico de estado sólido. O tliodo
semicondutor. cuj ru. aplicações são numero.:.~ demais
para serem citadas, é criado pela sunplC:.Junção de u1n
OUlmaJ do tipo n com outro do UpO p. nada mais. apenas
a un1ilu de um malcr1al com a tn3Joria dos portadores
clétroru. a outro com a maioria dos portadores lacu.nas.
A :.1mplicidadc bfu.ica da construção cita.da ap.:nas reforça a rmportância do desem-ol\,menlo dec;;tn era de
estado sólido.
Se'11 polarização aplicada (V = O \')
No instante cm qu.c os dois rnateruts são "'unidos",
~ eleuons e as lacunas na região da junção c;e combinam,
resultando em uma falta de pon.adores livres na região
pró:itima à junção, tal como mostrado na figura l . l 1(a).
Obsene. nessa figura, que as únicas partículas exibidas
na região são os íons positivos e negativos restantes após
os portadores livres tere1n sido abson;dos.
1-:s.sa região de loru posilnu:. e negatÍ\'05 1/escober-
i! c:lwnuuia regíüo de tit!pleçuo JniJo uo
me111u " de por1<1dores /i,·re,, no n.>giào.
10,
9
"esgoli1-
-
Se terminais forem linados às extremidades de cada
ninlerial. iSM> resuluiro e1n um di/!.JJOsiriio de Joi~ ter-
n1inuis. como mostrado nas figuras l . 12(a) e (b). Três
opções 1omam-se dispooiveis: sem polari=.a(·ão. pofari;açâo dirna e polarl::a1,,-ão reversa. O termo polari:;açiio
refere-se à aplicação de uma tensão exi"ema através dos
do!!> tàlll11uis do di:.poi>Íllvo para cxlralr uma respo!>ta. A
condição mc>:.lr3d3 nas figuras l. l 2(a) e (b) é a :.1tuaçào
sem polanzação, pois não há tensão externa aplicada.
Trata-se s1mpll!Slll.:nt.: d.: um diodo co1n dois tcrminaí.-;
isolado.i.. deixado :.obre uma bancada de laboratóno. Na
Figura 1. 12(b), é fo~ido o símbolo de um diodo "Ctllicondutor. para mostrar sua correspondência com a jWlçào
p-n. Em cada figura. é evidente que a tensão aplicada
eq1fr\'ale a O\ ' (sem polari~.ção) e a corrente resultante
é O/\, bem semelhante a \rn1 resistor isolado. A ausência
de uma tensão aplicada sobre um resistor resulla em corrente igual a zero através dele. Logo neste ponto inicial
dn discussão. é imponnn1e notar a polaridade da tensão
aplicnda ao díodo na Figura l. l 2(b) e o sentido dado à
corrente. Essas polaridades serão reconhecidas como as
polaridades definidru para o díodo semicondutor. Se uma
tensão aplicada ao d1odo tiver a m~ma polandade que a
indicada na Figura l. l 2(b). ela sero collSJderada po.!>lll\ a.
Caso conbario. será uma tensão ne.gaúva. ~ me:.mas normas podem~ aplicadas ao sentido dcftatdo da corrente
oa Figura 1. 12(b).
Sob condiçOO. sem polarização, quaisquer~
minoritários (lacuna.,) no material do tipo n que se cn.c ontrarc.m na região de depleção, por qualquer motJ\-O que seja.
passarão rapidamente para o material do tipo p. Quanto rl13is
pró:timo o poJt!dor minoritãrio estiver da junçào. m:iior
será a atração para a camada de ions negativos e menor a
opoc;içào oferecida pelos ions positivos na região de depleçào do material do tipo 11. Concluiremos. ponanto. p.-ua
futuras discussões. que todos os portadores minoritários de
material do õpo n que se encon1n1rcn1 na região de depleção
passarão direwnenre para o 1naterial do tipo p. Esse fluxo de
1O
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
e e
-e
e
e
e ee
e
r
'
+. +.
+. (f) +. - ®
®
+. +.
+. +. (f) - (f) +. +.
(f)
+.+. (f)
:f +.
- ®+. +.
-
Contatn mct.iliro
n
p
'-----o +
f11)
+
V11 : 0V ( "4'11\ polari.roç;lc)I
o
.. ,
o
~
i0 = 0mA
( b)
(CI
Agura 1. ~ 2 Juni;ilo p-11 ~cm polarização ~em3· (ai di~cn'buiç.iio interna de carga: (b) ,iJnbolo de díodo com a pol11ridadc
definida e o smtido da corrente; (e) demonstração de que o flu°'o líquido de portadon:s e igual a zero no ic:n11inal extern-0 do
disposi6'"0qu;rndo f'0 = 0 1'.
ponadoresestá indicado na panesupenorda Figuro 1.12(c)
para<>!> pon.adore:. minoríulrios de cada maLeriaL
Ü!> portadores majoritános (clétrons) do 1naterial
do tipo n de' em superar as forças de atração da camada
de ÍO!b po:.1U\Ol. oo material do upo /1 e o e:.cuJo d~ íons
ncgall\'O!> no mut~rial do tipo p para migrar para a àrl"a.
situada alL"ID da região de dcplcção do matcrial do upo p.
Entretanto, o núm.:ro de portadorc!. majoritári~ é tiio grande no material do upo 11 que invaria,·elmcntc ha,·crá um
pequeno número de portadore~ majorinínos com energia
cinética suficiente para atravessar a região de depleçào e
adentrar o material do tipo p. Novamente. o mesmo tipo
de dic;cu.~ é aplicável à n1aioria dos ponadores (lacunas)
do material do ripo p. O tluxo resultante dos pon<idores
Jll<ljoritãrios é mostrado na pane inferior da figuro 1.12(e).
Um exame atento da Figura 1 l 2(c) re' elari que as magoirudes relativas dos \etores do fluxo
são mis que o fiu.xo Liquido etn qualquer sentido eqw,·ale a
zero. Esse! cnnrelameuto de vetores para cada cipo de tlu.xo
do portador ê indicado pelas linhas cruzadas. O comprimento do \etor que representa o fluxo de lacunas.~ mais
along:ido do que o do fl ux~o Je elêtrons, para demonstrar
que .1.l> d~ matmítudes não precisam ~,.a'> morna'> pn.ra
haver cancelamento e que os niveis de dopagcm de cada
1naterial podem resultar cm um fluxo desigual de por1adores de lacunas e elcirons. Em resumo, portanto:
/\'a
a11.~ênc1a
de uma polari::açào O/)/icada a um
diodo se1rrirondu1or. o fluxo liquido de carga ~m um
se11tulo é igual a =em.
E1n outras pala\'ras, a corrente sob a condição sem
polarização é igual a zero, como mostrado nns figuras
l . l 2(a) e (b).
Condição de polarização reversa (V0 <O V)
Se mn potencial e'(temo de V volts for aplicado à
junção p-11 de modo que o terminal positivo seju ligado
no 1naterial do ripo n e o tenninal negativo ao roa1eriaJ
do tipo p. como m051rado na figura 1.13 , o número
de ions posili' os descoberto na região de depleçào do
1nateriaJ do tipo " aumentará devido ao grande número
de elétrons li' Te"!> atr.udos para o potencial postti\O da
tensão aplicada. Por razões ~nlelha11tes. o nwnero de
íons negauvo!> desco~o aumentará no matenaJ do tipo
p. O efeito líquido. portanto, será um aJargaml!tlto da
região de depleção. L!>~ alargamento cst.abelecerã uma
Diodos semicondut.OnS
Capitulo 1
-o
p
Rtg~ ili! depleçllo
1.,
..,
+
_ ,o
"
~
~
._______
-1111-+- - - - - - '
v"
1
n1ente e não se ahern significativamente com o ammnto
no potencial de polarização reversa. como indicado na
curva característica do diodo da Figura l .15 para J ~< O\'.
As condições de polarização reversa estão representadas
na figura l.13(b) paro.o símbolo dodiodo e ajUfl\.'àop-n.
Obsen,e. em particular, que o sentido de 1 e contrário ao
da sei.a do símbolo. l\otc também que o lado negau\,o da
ten!>ão aplicada õtà conêCLaclo ao material do llpo p e o
lado J!O!>iti\ o ao material do lipo n, st..'fldo que a diferença
ruis lc!I':b. !.ublinhad.1~ para cada região n."" ela uma rondiç.ão de polarização reversa.
(b)
(li)
Figura
11
Junç<'io p-11 l'C'l-CTSUJCll1c polariada; (11)
Condição de polarização direla (V0 > O V)
dbtnl1111ç<io interna de carga!> sob condiçio de polarização
A condição de polari~açiio direta ou "hgada- (on)
rni:rsa; (b) polaridade de polarização n:i."CTSS e sentido da
contuh: de "lturaçiio reversa.
é ~tabcl~1da mcdtantc a aplicação do polmt'.'tal pos:iti\,o
ao material do tipo p e do potencial ncgatno ao material
do tipo n. como mostrado na FiI,rur.1 1.14.
A aplicação de um potencial de polanz.ação dtreta
1'1> ··forçarã~ os elêtrons no n1aterial do ripo n e as lacunas no matcnal do tipo p a se rcco1nbína.rcm com O!> íoru.
barreira grande demais paro ser superada pelo portadores
majorit.irio , efelivamenre reduzindo o nu~o deles a zero,
como mostrado na Figura l.13(a).
No entanro. o nú1nero de ponadores minoritários
que enrram nn região de depleção não mudará, resultando em vetores de fluxo de ponadores minoritãrios
da mesma mognirude que a indicada na Figura l .12(c).
!>em ten:.ão nplicacla.
...1
rorre11te eristente <;oh
C'(Jt1diç-~10 de po/ari:a<;ào
rn·..--na é chamada de corn'llte dC' 'aturaç-ào rn·i!l:ra e
1i:p1e.:!fmtada por 1,.
A corren1e de saturação re\,eNJ raramente tem ntais
do que alguns microan1peres e é cornamente em nA. ex-
ceto p;ira dispositivos de alui potência. O rermo saturoriio
\em do fato de que seu nível má.Aimo é alingido rapida-
_:~----_-_1 .,..
1,.1'hhit••it-
próximos à fronteira e a reduziren1 a largura da região de
depleção. como mostrado na Figura 1.l4(a). O flu.,o resultante de portadores minontnrios de elétrons do material
do tipo p para o do tipo n (e das lacunas do material do
tipo n para o do tipo p) não se alterou em magnitude (uma
\CZ que o ni\el de condução é controlado pnnc1pal:m011c
pelo número limitado de impurezas no material). mas a
redução na largura d.u rcgiiio de depleçào resultou cm um
toteru.o fluxo de &najoritários através da junção. um eléU'OO
do material do ripo n agora '"vê"' un1a barreira reduzida na
Junção por cau:>a da região de dcplcção reduzida e do! uma
fone arraçfio p:tm o pocencial positivo aplicado ao m:.iterial
do ripo p. \ medida que a tens.1o aplicada aumentar em
magnitude. a região de depleção continuará a diminuir
em largura até que uma torrente de elétrons possa passar
} I o=!..,._ .,,.,._ -1.
e- e'la
e
+
~e_e
p
'-vJ
n
Rcpão de dq>kçiio
l
--------+~ , ~_
~-----~
~
13)
Figura 1 1 ·
.,
•
-
Vo
+
o- -......-M----<o
'º
o
(t 1 t
n
__
--.o
.__1
+
<Srmil.1r)
\h)
Junção p-n direta1nenre polatiznda: (n) distribuiçdo 11uema de cargas sob condição de polaruação direta: (b)
polaridade de polari7..ação direu e l>Caltido d.1 corrente resultante.
12
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
L----+--t-
1
1
+
.. ...
1
""'
.;.Al
l
1
1
1
..
-t--t--;-,' ~
--.__I....- _...,1·----19. ;
-
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-+
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17...-:---.-.- t - - t - - t
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1---+--t--t-- t --+I--+___,,._.....
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~~-•-·I~ -+,- --~,---f l6
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i
i
•
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· ~llle dr.ponf\el
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Pol.uitbde e ..ent~k>
-r--;I'-;-- &:fmidcr. para u ~'" --1
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5
: -~i ~ ;
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i
1
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.
.
'
1/ .'
1
.
.
. Figura 1. tS CU!\ a can1ctcristica do d:iodo semicondutor de silicio.
atra\ és d3 junção. resultando em um aumento exponencial
na com:ntc.. romo mostr.l a região de polariz.:içào direta
oa CU1' a carncleristica da Figura l . l 5. !\ote que a escala
vertical d3 Figura 1.15 é medicL.'l em miliiI111peres {embora
alguns d.iodos ~cmicondutorcs tenham unu õeala vertical
1nedida em ampéres) e que a escala horizontal na região
•
de polnri7açào direta ten1, no má~imo. 1 V. E comum,
portanto. que a tensão atravcs de um diodo an polnruação
direta seja inferior o 1 V. Observe também como a corrente
wbe rapidamente apó$ o "joelho" da curva.
É J>O<iSIVel demonstrar por meio da física do estado
sólido que a:s características gerais de um díodo -;emicondutor podem ser definida-; pela seguinte equação.
conhecida como equação de Shockley. J>i!ra as regiões de
polarização direta e reversa:
onde /, é a corrente de saturação reversa
T'1 é a tensão de polnrização direta aplicada aodiodo
11 é um fator de ideali<bde. que é função das condições de operação e con:.-irução tisica: tem inter"alo
entre l e 2. dependendo de uma grande 'ariedade
de facores (n - 1 será usado ao longo deste li' ro. a
1nenos que indicado de outro forma).
A tensão 1 - na Lquação 1.1 é ctuunada de reruão
1én11ic'O e detennn>atb por
\ T
=
t.T,.
q
(13)
(V)
onde k é a con<;t;ante de Bolt7mann = 1,38 x 1O 13 J X
T1.. é a 1emperarura nb<ioluta em Kelvin =' 273 1emperarum em Gc
q é a lilagDllude da carga eletrÔDÍC-a := ( ,6
X
10 1" C
Capitulo 1
E..,.:
1nLo 1.1
A uma temperatura de 27 ºC (temperatura comum par.i
componentes em um sistema operacional enGipsulado).
determine a tensão térmica J'1.
Solução:
Aplicando a Eq uaçiio 1.3. ob1emos
T = 273
VT
=
k1'1<
lJ
+
C = 273
-
( 1,38
= 25.875 m\'
X
+
27 = 300 K
10 ~- J K )(30 K)
1.6 ~ 10-19 e
=
26 m\'
/\ tensão térmica será 11m parãmecro importante na nnnlise a scguér. neste capitulo e em outros. mais adiante.
Inicialmente. a Equação I .'.!. com todas as suas
quantidades definidas. pode parecei um tanto complexa,
m:i.s ela não será anlplamente utilizada na análise a seguir.
'\;este ponto. é importante apena compreender de onde
se origina a curva característica do diodo e quais f.1tores
afetnm sua fonna.
Um gráfico da Equação l.2com/ - IOpAémostrado na Figural. l5 en1 forma de linha tracejada. Se expandirmos essa equação para a fonna a seguir, o componente
que contribui paro cada região da Figura l.15 pcderá ser
descriro com mais clareza:
Diodos semicondut.OnS
seguin1e equ3Çào. que só possui valores positi\ º"'e assume
o fonnato exponencial e', que aparece na Figura 1 16
A curv:.i exponencial da Figura 1.16 aumenta mwto
rapidamente com valores crescentes de \·. Em .l" = 0.1' =
1, enquanto emx= 5, eJn salta para valores acima de 148.
S~ prosseguirmo:, ale X= 10, 3 curva salt:mi para valom;
acin1a de 22.000. Claramente, JX>T1anto, ã nredida que o
valor de x aumenta, a curva toma-se quase vertical, uma
conclusão imponnnte a se ter en1 n1ente quando e'<aminamo~ a mud.'lDÇa na corrente com valores crescentes de
tensão aplicada.
Para 'aJores negati' os de Vr>o o tenno e~ponencial
cai muito rapidamente abaixo do ni\ el de J e a equação
resultante para / 0 e! simplesmente
J\a Figura 1. 15. obsel"!e que. para \alom. DCgilÚ\os
de I' D- a corrente C t.'!>SCOCÍalmcnlC horuont:al DO OÍ\ cl
de - / ..
Em J' =O \ ', a Equação 1.2 toma-se
/t>= /.(Et' - 1) - f.(1 - l) = OmA
tal como confinnado pela Figura 1.15.
A mudança brusca no sent ido da curva em
deve-~ ~ple;.mente
Para valores positivos de 1o- o pnmciru termo da
~U3Ç'Jo anterior crescerá muito rapidammLé e suplantará
por completo o eleito do segundo Lcnn<>. Di!)so resulta a
aalteração nas escatb ~ COJlOllé
do eixo a escala está em n1iliampêres (mA) e. abaixo do
eLXO. em pÍcoampàéS (pA).
r•
=W
r~·'
.7
150
,. ="=2.718
o
100
1
t'·~54.h
0
e =1
--
"
10
''
1 11
,. 3
-- -
.;
~
5
ti
7
~
-
/'
F"tgura 1. 16 Gráfico de e'.
r· "" O\'
de •·acima do eil(o.. para ··abaixo do eixo". Note que aci~
•
l
13
r
14
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
Teoricamente, em condições pe:rfeitls. a curva caracteristtca de um diodo de sillc10 de\ e aparecer como
mostrado pela linha tracejada da Figura 1. 15. ' 'ºentanto.
os diodos de silício comercialmente disponi' eis des,iam-se do ideal por' ánas razões, como a ~istenc1a mtemn
do ~corpo" e a resistência externa de -contato~ de um
diodo. Cada uma contribui com uma tensão adicional
para o mesmo nível de correu te. como dcio 111ina a lei de
Ohm, C3USalldo o d~ locamento para a direita observado
na Figura 1.15
A mudJ:oça n<h escalas de corrente entre ru. regiõe:.
supenor e infunor do gránc-0 foi observada anrenonncn1e. Para a tensão i ·,)< tan1bém se \•erifica uma aJ1eração
me1blll1i\el na ~'&ln entre oi. lado!> direuo e e.querdo
do grafico_ Para valores positivos de 1·1>- a escala é em
décimos de volts. enquanto pnm a região negativa é em
de-.le'lllb de \:OI b .
Na Figura l .14{b}, ~ importan1e notar como:
O tt.·ntído deft11ido da corre1uc con1t:111."íonal para a
n:giào tk• rensüo posi1ivo corn-spnnde à ponta di.1 çt'ta
no .'fimholo do d1odo.
lc;so sanprc ocorrcrú no caso de um díodo l'II1 pola-
rização direm.. Tan1bé m pode ser úti 1notar que a condição
de polarização direta é estabelecida quando a barra que
representa o lado negativo da tensão aplicada corresponde
ao lado do símbolo com a barra venical
Retrocedendo um pouco 1nais ate a Figural . l4(b).
constaUun~ que uma condição de polarização direta é
estabelecida por meio de unia junção p-n quando o lado
posnt\O da tensão aplicada é ligado ao mnter1al do tipo
p (obsCT\-:mdo-sc a corrcspondcncia na letra p) e o lado
negativo da tensão aplicnda é ligndo ao material do tipo
n (ob:.ervando-se a mesma correspondência).
É particubrmcntc interessante notar que a corrente
de saturação reve!'ll.1 de uni díodo comercialmente dispoW\ el é sign1ficauvamente maior do que a de/ na equ:ição
de Shoclley. Na verdade,
a com•ntt• dt· '\1Jf11roçàu re1·ersa rc?t1l tle um dioJo
t'O-
me.rdalmente di,po11ivel coçtuma ~er n1e1l,urrn·elme1Jte
maior do que oquelo que upar1.~,·e con10 o corn:11r.: de
ça1uraçào ~l.'J'.{a na equação de Shoc/Jt.')'
Esse aumento de nível 1cn1 origem cm tml3 grande
variedade de fatores, e11trc os quais:
• Corrent~ de fuga.
Geraçio de portadores na região de depleção.
~í\eis mais elevados de dopagem... que resultam
em ní\·eis mais elevados de corrente re\ersa.
Sensibilidade ao nível lntrin.seco dos portadores
nos materiais componentes por um fator qundráti-
co- dobra-se o ní' el intrínseco, e a conml>uição
para a corrente re\ersa poderia aumentar por um
fator de quauo.
• Relação dinca com a án.~ de junção - dobra-5e
a área de Junção. e a conml>uição para a corrente reversa poderia duplicar. Dispositivos de aJm po1C:Ocia
com áreas mar- amplas de Junção cosn1mam ~
scotarni\eb bàn ma1selc..•vados decorrenle Je\CNl .
Sen lbilidade à temperatura - parJ c~da au.
mcruo de 5 ºC na tcmpcmtura, o nível de corrL"1Uc
de saturação n."' cn;.a na Equaç-;!o 1.2 duplicara...
enquanto um aumento de 1O º C na temperatura
resultnr:i na duplicação da corrente revcrm real
de wn díodo.
Observe o uso anterior dos termos "corrente de saturação rever;a- e -corrente revers."l". O pri1111.!iro deve-se
simplesmente à fisica d.:i situação. ao passo que o segundo
inclui todos os demai- efeitos que sejanl capazes de aun1entar o ni\el de corrente
Veremos. nas dj:.cussões n seguir. que a siruação
idenJ é que J seja equi' alente o. OA na reg:ião de polarização reversa. O faio de e:.rar norn1aJ1nente na faixa de
valores de 0.01 pA a 10 pA nos dias de hoje. em comparação com a de 0.1 µA a 1 µA algumas décndas atrás.
pode ser creditado ao aperfe1çoamcnto dos procesM>S de
fabricação. C"°mparando o \nlor comum de 1 nA com o
nível de l µA de ano!> antcrio~!.. coui.Latamo:. um fator
de melhoria de 1.000.
Região de ruptura
1!1nbora a escal3 da Figura 1. 15 esteja l!Jll de-Lena:.
de volts na região ni=gau'a. há un1 ponto cm que a aplicação de uma tensão suficicnl1..'mcntc negativa (polarização revcr..a) rc!:>Ult.arà cm uma mudança brusca na CUI"\ a
car.ictcristica. como mo...trado na Figura l. 17. A corrente
aumenta a uma taxa muito rápida cm um sentido oposto
ao da região de tensão posttiv·:1.. O potencial de polnri7.3çào reversa que resulta nes.."3 mudança radical na curva
cnrncterlstica é conhecido como potc11cia/ de n1p111ra e
representado pelo símbolo J• 1 •
À 111edida que a tensão através do diodo au1nenta na
região de polarização m:e~ a velocidade dos ponadores
minoriwrios respo~\-eis pela corrente de sorumção l'C\ersa
1, ta1nbém aumenwá. Evenrualmente, sua velocidade e
energia cinética associada ( U',.. = + n11~) serão suficiente:.
paro liberar po~ adicioooh por rneio de coli~ com
outras estnuuras aiÕm.i.cas estáveis. Isto é. um procõSO
de ioni=a<,·ão làta com que elecrol.b de valência absorvam
energia su!iC1C'Jlle para deixar o átomo de origem. l::.!.ses portadores adicionail> podcrão. cnt.ão. aux1har no proce"so de
1onizaç.ão até qu.c ~ c:.labêleça uma alta com!ntc de mYÚanche e que i.c dctcnninc u n.-g:i"Jo de nrptura por avalanche.
úpitulo 1
Díodos semkondutotes
15
Ge, Si e GaAs
, ..
1,
\'.n
I
\
:
1
1
,
\\
'
J...1
Figura 1.17
)
o
"º
Rej!illu Zener
Rcgiiio de ruptura.
A região de avalanche ( I',, ) pode ser aproxin1adn
do eixo \en1cnl nun1entando-~ os ni,eis de dopagem nos
ma1eri3j, do tipo:. JI e 11 Entreta.rno. ã medida que J'111
cai a ni,ei muno baixo:., como - 5 \. ourro mecani~mo,
chamado ru1,t11ru lt'11er. contribwrá para uma alteração
bru;;ca na CUI'\ a caracteni.tica. l!>SO ocorre porque exii.te
um tone campo elêtnco na região da jull('ào que pode per1u.rbar as forç~ de hga\·ão oo interior do álomo e -gerar"
pon:idorei.. En1boru o mecnna:.mo de ruprura Lener i.eJa
um clcm1.-nto importante apcna:. cm DJ\Ci:. m31~ bruxos
de J' . t...._lkl mudança accntu.11.b R3 cun·a carocteni.taca
cm qualquer nivel é eonhce1d.a como f'f!giàn Zener, e <>'qu.: cmprcgan1 apcna." ~o.a porção da cun~..i de
.
.
uma Junçao p·n s.ao chamados de ó1odos Zenl"r. EI~ .siio
díodo~
~
dctalhada1ncntc na Seção 1. 15.
\região de ruptura do díodo --emicondutor descrita
de\cni "cr evitada caso a intenção não seja a de alterar
complett\mentc a respo ta de um sis1e11ta pela mudança
brusca d;i:. caractcristicns nes..;;i região de tens.io re,·ersa.
de-icrÍt<h
potencial nuix1n10 de polarco.ção rt."l<.'rMJ que
pode. ~r upltt <1do u11ft'.\ du t~11rrada no região Je ropluru
O
é chamac/I) de lt'll.\ciu dt• pic'U in,-ersa (ou 'imple.,menle
PJI~ do inr:fê, Pi·"~ /n,·erse l'cJ!tagt'"') au reruãa de picn
TM·r~a t PR J: do 111f.!/é, Peak RC\'Cl"Se í'oltu.r:,e).
Se uma aphcação exi~ir uma PI\' maior do que a de
wn üni1.-o di po ili\.o, nlgun d1odo'.\ com características semelhanto podem ser conectados em série. Díodos tunbém
são c.onectadoi. cm paraJelo para aumentar a capacidade
Je tlu.\o de corrente.
De mc>Jo geral. a te1l!>àode ruprurade<hodos dê GaAs
e cerca de 1O" o maior do que a de dic:>J<b de i.ilicío. porê1n
nw:. dr: 200~ o rnn1or do que ~ ru\ cc. dt diodos de Gc.
1\tc! aqui. U..'3lll<>S C"<clu.si\-amcntl? o Si como m:it.?ri:1J
semicondutor de base. Agora. é importante compar:i-lo
com ou~' doi, matena1s relevantes: Ga.\s e Ge. l:m
gráfico comparando a:> caracteris1icas de díodos de Si.
GaA-. e Gc é fornecido na Figura 1.18. As cur\'a.'i não são
simpl~mcnte rcpn."<õ4'0t;IÇÕe<; g.ráti~ da Equação .2 ma<>
a re.;po--tn real de wiidade:. con1crciahne11te disponÍ\eis. A
corrente re\ ers.a total é mostrada. e não apenas a co'IT'eflte
de <>aturação re' ersa Fica irncdiatamente e\ iderue que o
ponto de ele\'nção 'ertical na:. carncteristieb é diferente
pnra cada material. embora a forma geral de cada wna delas SCJ3 1nuito ~melhante O germânio está mais pro:umo
do e111.o \et111.al e o G~. mnir. distante. Como !>I! ob:.cr\a
nus CWVb.. o centro do JOCJho (/...'1u~e cm 1ngJês.. dai o K
sér a notação tk J ) da curva ~ de aprox1madam~c 0.3
V para(~. O. ., V p.1m S1 e 1.2 V para GaAs (Tabc:Ll 1J).
A fom\3 d.i cun a na região de polanaçào rc\ \.'T'i.1
lambem e mu1tl) "emclhantc para cada rruucri:tl. m:is
de' e-se ob..en ar a d1 ferença mensura\ el n3$ magníiUd~
das corrente' mai, comun.-; de o;aruraçào rever<;a. Par.a o
Ga \,. a corrente de saturação reversa CQq{T.'"fla "l?T de
cerca de 1 p.\, em comparação co1n 10 pA para Si e 1 µA
para Gc. uma diferença 'iign1ficari'a de ni,ei
Alem di,50, de\ e-se obseí\ ar as magnitudes relati' as da, t~ re,ersas de rupruro de cada material.
\Jonnal~1e. o GaA!> atinge ni,eis maximos de ruprura
que C'\Ccd~ os d<k> d1.:.pos1tivos de Si com o mesmo ni\el
de potl!n<:ia em. aproximadamente. l~o. com amb.c. ai.
1enstlô de ruptura e teodendo-!>C entre 50 \ ' e 1 1"\. Jlã
dioda:. de pot~1u:ia de S1 con1 ten:.ões de ruptura que c~­
gam a 10 k\'. O german10 costuma ter t1.-n~ de ruplura
1nferio~ a 100 V. com mt.i.id111as em tomo de 400 \ '. Ai.
1 1~
COnCcbidai, !>lDlplcsmcntC p.tr.t
rcílcbr tt.-n-.õt.-,, de ruptura n:lat1vru. paro o!> três roatcmi:..
Quando~ anaJis.un o:. ni\cis de co~ntcs de c;;a1111:ição rc'~ e tens&."" de ruptur..i. o G~ ccrtamcnLc desponta como
aquele que tem o m1n1mo de carncteri nc.a.s de-.ej.i-..ei-..
Um fatOT que não aparece na Fibrura 1.1S é a 'eloum dado
cidade de funcion:lmento de e.ida material
Clll"\3.S da r1gur.t
i.JO
1mponante no mercado atual. O fator de mobilidade
de cléll"Ons de cada material é fornecido na Tabela 1.4.
que dá uma indicação da rapidez com que os ponadoTabela 1.3
Tctb<."-"" &joelho i·".
S~mlcondutor
<J..:
S1
GaA<.
1',(\')
OJ
0.7
1..2
16
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
/p(mAl
Ge
Si
\ I\ <G1úl.1) -.::.:
IOO
:::._\i;'_--::~~~;;::::7...C~~_..,.
0.3
VA (GI!)
,5pA
GaAs
1 o 1.2
\ ... tGaAt
""l lO p..\
figura 1.18
Tabela 1.4
Comparnção de dtodos comm:ws de Ge. S1 e GaAs.
~fob11idade do
Semicondutor
FXEMºLO 1 ::>
elétronµ.,.
-------
.u.(cm1 ._s)
~~~~
Gt:
3900
Si
1500
GllA,
8500
n:!> pod~m
progredir at:r.ivés do matt..'lial e. portanto, a
velocidade de funcionamento de qualquer di.;po:.itivo
feno com os materiais. Como era de se esperar. o GaAs
destaca-c;e com um fator de mobilidade mais de cinco
ve7,es maior que o do silício e duas ve7es maior que o
do gennãnio. Por isso. GaAs e Ge são urilirodoc; com
frequência em aplicações de nltn velocidade. ~o entanto, por meio de um projeto adequado. um controle
c:uidndoso dos níveis de dopagen1 e assim por diante. o
silício também é enconO'ado em sisten1as que operam
na faixa dos gigahertz. A pesquisa moderna também
analisa compostos dos grupos Ili a \ com fa1ores de
1nobilid.ade ainda 1nais elevados para garantir que a indústria po:.sa atender às de1nanda:. de futuro::. requi::.ito::.
de alta 'eloc1dade.
UtilizandoasCUI\<lSd.a Figura l.18:
a) Determme a 1ensão atra\és de cada diodo para uma
corrente de 1 mA.
b) Faça o mesmo para uma corrente de 4 mA
e) Faça o mesmo para uma corren1e de 30 mA.
d) Detentnne o \alor méd1o da tensão do d1odo para a
faixa de correntes h!>tadib anterionnl'.'nte.
e) Como O!>\'~ médios se comparam com as teu.
sõt~ de joelho 1~1ad& na Tabela 1.3'?
Solução:
a) t ~Gc)=0.2\~ J~S1)=0,6V. Vo(Ga.As) = 1,1 V
b) /',JGc) = 0.3 \~ J'JSi) = 0,7 \ 1• Vo(GaAs) = 1.2 \ '
e) /' n(Ge) = 0,42 \ 1• J~(Si) = 0,82 V, 1' 0 (GaAs} = 1.33 \ '
d) Ge: J".,.. = (0.1 \ ' - 0.3 V - 0,42 V)f3 = 0.307 V
Si: I'.- = {0.6 V T 0.7 V + 0.82 V),1 3 - 0.707 \ '
GaAs: I'""" =( l.l V + 1.2 V+ 1,33 V)'3 = 1.21 V
e) Correspondência muito próxin1a. Ge: 0,307 V \'S. 0.3
V. Si: 0,707 V \"l, 0.7 \', GaAs: 1.2 1 V ''s. 1.2 \ 1
Efeito.s da tPmperatura
A t.emperatura pode ier um efeito marcante 'iObre as
c.aracterísticas de um diodo semicondutor, como demons-
Capitulo 1
nado pelas curvas carac1eristicas de um diodo de silício
mostradas aa Figura 1.19·
,\'a ~ào de polart:açào direta. a
caractl!rÍ.'i·
tico de um dioáo de silu:io do~fa-.<;e paru a esquerda a
CUl'\Tl
11ma taxo de 1. 5 n11' por m11mn10 Je grau '~111igrru/u 1u1
tt•mperutura.
Um aumento da temperatura ambiente (20 ºC) para
l 00 ºC (o ponto de cbul ição da água) m.-ulta cm uma queda
de 80(~ mV) = 200 mV, ou 0,2 \~o que e significativo
em um gráfico dimensionado em décimo:> de \'Olts. Uma
queda na temperatura tem o efeito inverso. como também
é mostrado na figura.
,\a região de polart:.u,·iio Tl'\'t'na. a l'Ot1"e11le m't!rsCI
Je '"" diodo de silício dohro a cada e/t:\'O('ti<> ele JOºC
na l~'mper,1tur(I
-
•.f 1e11siio de ruptur1.1 rt!rersa ele u1n diudo ~en1icondu·
tor'111mf!11tará tJU Ji111in11irâ e111fi111ç·ão da l('1'/pettlt11n.1.
-·
•
•
1
1, = 0.01 pA
20
•
~
•
em ICRlpenJIUra
wnbienlc
TcmpetaRn"
em ~lt~llÇllo
..
.
.,,,..
1
'
•
••
••
•
•••
••
•
1
1
• • • 12s ·e
•
••
~
•
•
cm ck-\'açio
•
• C1ll qua!a
..
I
"
•
•
r
'
I
J
,
/
1 pA
''
,''
••
•
••
• •
••
••
~
•
Diodo ck slliclo
cm 1e11..,.,r.uur:i :1mbicn1c
~
•
••
0.7 \
~,, 1\')
•
•
cmek~~
••
•••
•
•
•
+
1 µA
:• _75
•
+
+ +
•
•
! Ttmpl:t'arur.t
..
•
Tcn1pernrora
__ ,... __ +. ----""
·e
.
_J_
10
+ ••
TemperatuR
5
••
DiodD ck \iliclO
Figura l . 19
-
~
+
•
•••
•
1
•
... +-- ..
,..
•
.... :
•
10
+
!
J
15
+
.
• •
L.. I {.. .......
• 1 •W";. "...~
•
20
17
representa um significativo aumento de 256 ,ezes. Prosseguir até 200 º C resultaria en1 uma monstruosa corrente
de saturnc;ão w.·ersa tk ., .62 mA. Para aplíC"3.ções de aJta
temperarura. de' e-se. portanto. buscar diodo:. de S1 com
I à cemperarura .ambienre mais próxima de 10 pA. um
nivel comumente disponível hoje em dia.. o que limiraria
a cot 1cntc a 2.62 /tA. É realmente uma sone que tanto o
S1 quanto o GaAs tenham correntes de saturação re"er..a
relativamente pequenas à ren1peratura runbiente. Existem
disposiri,·os de GaAs que funciona1n muito bem na faixa
de temperatura de 200 º C a +200 º C. em aJmms casos
atingindo tempcratu:~ mi.ximas que ~e aprox1mrun de
400 ' C. Pense. por um mo1nento. como seria grande a
corrente de saturação reversa se começássemos com um
diodo de Ge com uma saruração de corrente de · 11A e
aplicássemos o mesmo fator de duplicação.
P()r fim. é importante dedu7ir da Figura 1. 19 que:
Em uma mudança de 20 C para 100 ºC. o nível
de /, aumenta de 1O nA até um valor de 2.56 µA. o que
•
Diodos semicondut.OnS
••
+ + -
Variação nas CMaeterbUcas de um d1odo de Si em função d3 \'3.Õação de tanpennur.i.
18
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
\lo enmn10. se a 1ensão de rupturo inicial for inferior
a 5 \ '. a tensão de ruptura pode diminuir com a tempernruro.
A seosil>ilid3de <lo potencial de n1pcura a variações de temperarura sem examinada etn profundidade 08 Seção 1.15.
Tabela 1.5
Gc
~iuím
foi npresenmdo aré aquj sobre a coosuuçào de
wn diodo semicooduror e os 1nateriais empregados para is.so.
Forame.xplicadasascarocteristicaseasdif~imponanies
Si
EmllOd <h ru~ de v:ícuo fossem 111íliza~ em tocb .. a:> for™ de com~"lio ll3 década de 30, Ru:o:.ell Oh1 bl.3\'ll derenni.nado a dim10nstrar que o futuro do campo sa'la definido
Jl<lC cnsais :.anicoodutores. Não ha\ i.a gcrmioio db-poo.i' el
de imediato ~,.ua pesqW!Ml. por fi...,iJ cli! recorreu aosilicio
e eru.:omrou um modo de a01neruar seu nÍ\el de pure2:1 pa.rn
99.~11 ••
o que lhe rendeu utna patente. A el"etÍ\':l descobena
d3 junção p-n. como mu 1las vezes acontccc n.s ID\ õt 1gaçJ.o
cicnnfica. rauhou de um conjunto de ciJ'CUJb~ oio pb·
orj:tah, _Em !3 de fe\ ereiro de 1940. Ohl Je~ que um
cristal de !>tlicio rom uma rach:1dura no meio produziria um
aumento :i.ignifiCl!IÍ\o n.a corrente quando colocado pró~o
a uma font~ de luz.. b...;a descoberta le\ ou a. m:th ~">quisas.
as quais ~--=br:un que os. nívei:. de pureu de cada lado da
r:scbadura eram dtli!rentes e que WJU barreirla tõnnada na
J•mção pamwa a p:i,s.1gcm da corre~ em wn úruco saitiüo
- o primemi d1odo cm estado l>Õhdo em. h.'"11.. uienuficaJo
e o.rlicado. Além dbso. essa ~1bilid.1de ;.\ luz t'Ot o inicio
do ~vol\ amentu de célulru. i.olares. 05 re"'11tado5 toram
muuo úteis ao Jesen,olvinlento Jo tran~tor. em 1945. por
uõ indi' idnn> que uunbém tmbalhaxmn na Bell l.ab5.
comerc1almente. ma., ltmiuido a alguma,
.iphcações de alm \eloc1dade (graças a um fator
de n10b1hda«ik rcw1vamenlc elevado) e a ouua...
que u...am .. u.a ~,1h1hdnde à luz e ao l'lllor,
como for.oddect0te!> e "ª~temas de segurança.
Sem dü\ ida. o seirurondutor n1aís utiUzado para
toda a ~ma de dispostn\os eletrónicos. Tem a
vantagem da pronta dtsponíb11ídade a um baixo
custo e de urna corrente de saturação re\&Sa
relauvameme baLu.. além de caracterlsLicas
de temperatun adequada e excelentes nivcis
de remio de rupuua. í:unbém se beneficia
de déc-.tda, d<'.' enorme atenção a conccpção
de cin:uítos inteu.idos de !!rnnde escala e de
tecnologia de pmressamento.
--
-
GaAs
Figura 1.2(• Ru.'--.ell Ohl t 1&98-19ft"'), o~-ll1Dericn.no.
! 1\ llaru>'i\11. PA.. Hol1ndeL NJ: \ 'asta.. CA) 1\nn:> Stgnal
CotpS.. Unl\~Ídatle do Colorado. \\eWnghou...e. AT &
T. Bcll lahi Fe fio" · 1nstt une of Rndio í:.ngineas - ! 955
!Cone-.ia JoAT&T An:h1 \~ lf1~lory ('enter )
O geml.ànio ú."m produção limitada devido .i
~ua '>CJ1$tbili<bde :i rempemrura e ã alta corrente
de s31Uração te\ Cl">a.. 1-\1ndu está daspontvel
Resumo
emre as respostas dos materiais discutidos. Chegou o momento de C001p3r3f a re!ipOSla da juoçãop-n com a resposm desejada e Je\ elarlb pnncipais funções de um dtodo :.c.:nuooodutor.
A Tabela 1.5 apresenta uma i.inopi.c dOl. tn:i. matenac. scmic-0ndutores mais uli lizados. A F1gura 120 mel ui
uma hlnc biogrufta do primeiro cientista a ili.-scobrir a
junção p-n cm wn material semicondutor.
U...o comercial mtl.'.11 de (ie, S1 e (inAs.
-
Desde o inicio da déaKb do 90. o inlcrcsSiC cm
GaAs "rm m.-scmdo a pai.sos rargos e acabani
abrucaodo Wtu boa parcela do dcscnvoh imcnto
dedicado~ cfispositi.. os de silício, cspocialmc:ntc
cm cimútc:ts integrados de grande escala. SWl5
caractnisti~ de alta velocidade têm maior
demanda a cada ®L sem fnlnr nos rocursos
adicionais de baius correntes de saturação
rcvcrsa. «ttk.-nk" "<11.Sibilidade ult111pcrotura e
elevadas tensões de ruptura Mais de 80"~ dc ruas
aplicações cco:wtnuu-sc 113 optoclctrônica. com
o dcscnvohiu>tnlo de díodos emissores de luz.
células sobns e outros dispositivos fotodctcctores..
mas isso ~1n-cfmcntc mudmu drru.-ticruncntc
â medida que~ custos de fabricação cnircm e
sms ulilinçio cm proj\:tos de circuito integrado
continu• a crcsca:. Tal\ cz seja o material
sc:micooduror do futuro.
,
1.7 O IDEAL VERSUS O PRATICO
Na seção anterior. \erific.amos que a junção p-n permiti ró um fluxo generoso de carga quando em polariz..açào
direta e um nj\el muito redi•zido de corrente quando em
polariz.nçiio reveisa. Ambas as condições são examinadas
na figura 1.21. com o pesado velor da corrente na r1gura
1.2 1(a) corre:.pondendo ao !!Colido da seta no símbolo
do diodo e o 'etor significativamente 1nenor no senudo
opo.1.to. na figuro 12l(b). representando a corrente de
!>Sluração rr\ ena
Uma analogia fttqurorcmcnre usada para descrever o comportamento de um d1odo scmicondu1or é a
chave mecãn1ca.. Na Figura 1.2 l(a). o diO<lo atua como
uma chave fechada. pcrminndo um f1uxo generoso de
carga no cnudo indicado. 'la Figura 1.21 (b). o ní' el de
corrente é tão pequeno na maioria dos casos que pode ser
aproximado a O1\ e representado por un1a chave aberta.
Capitulo 1
+
VJ)
+
o---9~1tl--<o
o
o
t"' º
,
o
o
Diodos semicondut.OnS
19
impressões podem sugerir que o disposi1ivo comercial
seja uma representação i11satisfa1ória da cha' e ideal.
Contudo. quando se considera que a única grande diferença é que o dtodo comerciaJ sobe a un1 ni\'e l de 0.7 \ '
etn 'ez de O \ ', obsen. am-se inúmeras s~1nethanÇ'JS entre
Quando uma chave é fechada.
os dois l!flific&.
4b)
(a)
Fig I<:' ~
Díodo semicondutor ideal: (a} cm
polarização direta: (b) cm polariz.aÇ'jo rr'\easa..
assume-~ qu~
a
resiJ>tência entre os contatos seja igual a O n. No ponto
escolhido M>brc o ci1<0 vertical. a corrcnu~ do díodo e de
5 mA e a lcnsào através do diodo, O V. A apbt."a('lio da lci
de Ohm rcsuJl3 cm
Vo
Em oUiras palavras:
R, = -
f0
O dinJn S<'mic-011d111or compona-St' de maní'ira
=
OV
5 n1A
= 00
(equivalente a curto-circuito)
.'tcrrw/lrante a urna cha1•<! mt.•cãnica na medida l"m que
pode t-ontrolnr se uma co17T!Tlte jluirri entn? seus dois
Na milidade:
rerm il1lli!i.
No entanto. tan1bém é impon.ante eslar ciente de que:
Em
'l""'"''t" nivt'f de t'orrenre na finlu1 1·errio1I, 11
lt'n'íàoatrol'é.f dodiooo1dc(I/ ./de' Q ,.~o ll.'5Í'ttênda. n Q
O d1odn .venricondutor é difeTl!llle dt: uma cha1·e
mei.:ãnico porque. qun11do o clrat&LMenJo.for jcchaáo.
permiliní .Iurne11/e
lf"" u curn•nJejlua em um semitlo.
Teoricamente. se o díodo :.emicondu:tor deve se comportar como uma chave fechada na região de polari7.ação
direta. a resis1ê11cia do diodo deve ser de OQ. a região de
polarização reversa, sua resistência de'.-e ser de -ic!l para
representnr o equivalente de circuito aberto. Tais níveis
de resistência nas regiões de polarização direta e reversa
resultam nas caractcrisricns da Figura 1.22.
As cnroc1erísticas foram sobrepostas paru con1pa.rnr
um diodo de Si ideal a wn diodo de Sí real. As primeiras
Para a <;eção horizontal, se aplicannos 00\1Dl1Cfltc a
lei de Ohm. encontramos
RR =
Vo
lo
=
10V
OmA
== oc:!l
(equivalente a cir-cuito aberto)
J\ O\"lll11ClllC:
f i., ro qlk u UJrtelllt> eq11i1·a/e a O n1.4 en1 qualquer
pon10 da linha hori:onrat considera-se que a re,i,réncia
.<uja infimra frimárn abcno) em q11alqru.,.ponto do ci:cn.
Por conta da forma e localí7.ação da cun1a do~·
rivo come~ial n:i região de polari1açào direta, h:i"er.i uma
resistenci::t associada ao díodo maior que O n. Por outro
IOmA
\
- 2flV
o
o
/
o
o
f, • Orw\
c•-u 'ª .. 22 Caracterl\hCBS ide.ti~ '•T'<IL\ cal'3cteristico,.
Tlea'' de ~icondutores.
Indo. se essa resi'1encia for suficientemente pequena em
comparação com outros resistores da rede em série com
o diodo. geralmente ~ uma boa estimativa simpleso1en1e
assumir que a resiSlência do disposici\·o comercial equi\'ale
a O n. Na região de polarização reversa. se ~sumirmos
que a corrente de saturação re\.ersa é tão pequena que pode
ser es.umada em OmA. 1ere1nos a mesma cquívalênc"io de
circuito aberto fornecida pela chave aberta.
logo. o resulmdo é que há semelhanças ~ficientes
entre a cha\e i~ e o dtodo semicondutor para tomá-lo
um d.isposJU\ o cletrõruco cficaL.. Na seção segwmc. 'ário:.
imponant~ ru\ c1:. de resistência serão dctenninacith para
uso no cnpiaulo scgumtc, no qual examinaremos a resposta
de diodos em uma rede rcaJ.
20
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
EXEM,..LO - .~
1.8 NÍVEIS DE RESISTÊNCIA
À medida que o ponto de operação ck um díodo se
move d<? um:l região parJ outra, a rc:.istCncia do diodo tmnbem mudar.i de\1do à forma não linear da cun-:i caractcristica. Sem demonstrado a S~'llir que o tipo de tt"-nsão ou .mtal
aplirndos ddinini o nivel de resisrencia de interesse. "esta
Detenninc os n1\·ci de rcsistcncia CC do diodo da
Figura 1.24 em
a) /tJ = 2 m \ (nh-el bai"<o)
b) //) = 20 mA (ni,el alto)
c) J' 0 = JOV(polarizaçàoreversa)
/ 0 (mAl
seção. ser.lo apresentldos três nh eis, os quais apa:recerào
novamente ao e,"(aminam1os outros dispotjti\'05.. Por is..'iO, é
fundament1l que sua detem1inação seja clatilluente entendida.
30
:!Dt.., __ ,. ___
Resistência CC ou estática
-
A aplicação de uma tensão CC a um cin:uito que
contenha um diodo semicondutor resultara em um ponto
de operação na cun·n caracteristica que não mudará com o
tempo. A resistência do díodo no ponto de operação pode
ser enconrrada sin1plesmente pela determinação dos níveis
com!SpODdentes de J'0 e!,,. conio mostrado na figura 1.23.
e pela aplicação desta equação:
Vo
Rn = lo
(1 4)
Os nível!;. de rcsistcncia CC no joelho e al>rimo dele
serão maiores do que os obtidos parn o trecho vertical <ln
CW""a caracterí;;tica. Q<; níveis de resistência 1\3 região de
polariniçào reversa serão, naturalmente, muito elevados.
Uma \"a que os ottmímetros costumam empn!gl!l uma fonte de corrente relativamente constante. a resistência será
detenninada 3 panir de uni nivel predefinido de correnle
(nonnahnente. all.runs n1ilin1nperes).
De modo gt~ral, pol"tanto, quanto maior a corrente
que pas:;a
alra~·~J
reJi~tênc;ia
CC.
10
2
- IOV
-
--O
0.5
- - - -"'1-- lµA
Figura 1 .24
0.8
l'o (V)
E'cmrto 1.3.
Solução:
a) Em 10 = -, mA.
Ji> = 0.5 V (da curva) e
\ 'o
10
R0 = - =
b) Em 10 =10 mA. 1'0
=
05 V
1 mA
=
2son
0,8 V (da curva) e
\ 'o
0.8 V
Rn = - =
= 40!1
lo
20mA
de uni cliuclu. menor o nii·el de
Tipicamente. a resistência CC de um díodo ativo
(mais utilizado) \.'ariará enO'e cerca de 10 e 80 n.
J 0 1mAl
\'o
Ro = -
lo
10 V
= l µA = 10 J\llfi
claramente '-'11.'>lentando algun.-. dos comentário anteriores sobre os ntveJs de resistência CC de um díodo.
Resistência CA ou d'nâmica
A Equação 1.4 e o Exemplo 1.3 revelam que
a ll!$Í!ilincie1 CC dt· um áüxlo it"fepencle da fon110 da
c11n·o r:ara,·1t'ri~1ico no ~fr1o Qll<' c·ircunda n po1110
de i11fe1T!.'<"4!.
----~ º
fig ·1ra f ::!!
Determinação da resi.sténcia CC de wn diodo
em um ponto de operação especifico.
Se for apliC31Ll wna cntnlda St."flOÍdal, em vez d~ uma
entrada CC. a ~iluação mudar..i completamt.-nlc. A entrada
variável mo' crá o ponlo d\! operação instantâneo para
cima e para baixo em uma rcgiiio da curva carncterístidl
e. assim. definirá uma alteração específica em cont?nte
Capitulo 1
e tensão. como tnostrado na figura 1.25 Sen1 oenllum
sinal ''ariàvel aplicado. o ponto de operação seria o ponto
Q que aparece an Figura 1.25. determinado pelos níveis
CC aplicados. A designação de pon10 Q den' a da palavra
qui~'enle. que sig.i1ifica ..estacionãno ou to.variável''.
Uma linha reia traçada tangente à curva atrnvés do
ponro Q. como 1nostrado na J.1gura I .26. definirá uma
mudança e:.pecilica em ten~o e corrente que pode ser
u:.ad.i para determinar a n.'!>L.,IL'nciA C4 ou dínârnico para
~ reitião da curva Car'dClcril>llC3 do dwdo. De\ e-se fazer
wn l.>Sforço para munlcr a mudança cm t.:nsão e corrente
lão pequena quanto possível e cquidi!>l:UlLe de cada lado
~
do ponto Q. Em forma de cqunção.
(1.5)
Diodos semicondut.OnS
21
onde .l significa uma 'ariaçíio linlitada da grandeza.
Quanto mais vertical a inclinação. menor o ,-ator
de tJ. J·, para a mesma 'ariaçâo em 6.1.i e menor a resistência. A ~sistênc1a CA na região de elevação venical
da curva característica ê, portanto, bem pequena. enquanto a resisrência CA é mui to mais aha em baixo5
nive1s de correnle.
[),• m~. geral. port<lnto, q1101110 ml'nor o ponto Q
de opcr-ação trorrc11te 11u1no1· ou teflsàn Ü!fmor).
ffUJ.tor
o rc.fi.,tência CA.
EXFt 1 ~" ') 1 4
Para a cana característica da Figuro l.27:
a) Determine a resistência CA en1111 • 2 mA
b) Determine a re:.istência CA em /0 - 25 mA.
Compare os resullados das partes (a) e tb) para as
resil>têocaas CC em cada nivel de corrente.
e)
1
ll1- - .. --
.. .. --
_ .. -- --·
15
10
'
5
------------------
~
2----o
1
1
0.1
O~
"''
''
~ ' '\
~ 111,
•
o. 7
03 0.4 0.5 O.ô
<J.8 0..9
'
1
~
Fi91
1
AV.,
15 Definição da m.istéocia dinimiça ou
RSistê-nt'ia CA
Figura 1. 27
PootoQ
E.~emplo 1.4.
Solução:
a) Para/,.= ., mA. a llllha tangente em /p = 2 mA foi tra·
çada como mo:.trado na Figura 1.27 e fm escolhida
wna amplitude de 2 mA acima e abaixo da coueutc
e
di> díodo e:.pcc1ficada. Em I p = 4 mA. 1 = O. 76 V:
cm!'>= O mA. 1'0 = 0,65 V. As variaçôc:. m.ultantt.!!>
~
.
.
cm colTClllc e tcn.sao suo, respccuvamentc.
M - -tmA - OmA - -tmA
Fiçu:-" • 2D Detem1frwçiio da resl.Sbhlcta C.\ em um
ponto Q.
e
AJ j =0,76V 0,65V=O,l1V
22
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
e a resí,tência CA é
.l \14
r .1 =
tifo
0.11 V = 27 ,S fi
4 n1A
_
jJJ
bl Para / 0 25 mA. a linha tangente em 10 25 mA foi
ll'aÇ""dda como mostrado na fig um 1.2"' e foi escolh:tda
wna amplitude de 5 mA acun:i e abai\o da corrente
de diodo c::.pccificada. l:.m I fJ 30 mA. J - 0.8 \ ':
cm 10 = 20 mA. i e = 0.78 \.As \"ari3'õcs result3llte:.
cm corrente t: teru.ào !>ào. respei;U\amcnte.
Af~ =
30 mA
20 n1A - 10 m,\
J\'n
e
depois de aplicllnnos o citculo diferencial. De modo
geral. / 11 '>' / , no trecho de inclinação vertical da cun-a
cnractcfi,tica e
d/0
J\',,
a
1,,
n\'1
fn\ertendo o resulQdo parn definir um:i raz.'.io de
res1stênc1n (R • f ~ l). teremos
e
.:li', = 0,8 V - 0,78 V
0,02 \
e .t ~i:.t~ncta CA é
.l vd
_
.1fJ
0.02 '
10 mA
_
20
Sub,tituir n = 1 e J', :: 26 mV do E\cmplo 1. 1.
resultará em
26mV
e) Para 11
=., mA. Vn = 0.7 \ 1 e
Ro
Vo
= -lo : :
0.7 V
= 35-0
21nA
o
muito o r de 17.5 n.
25 mA, 1'0 = 0,79 V e
o que e.\i:C(}c em
P3r3 / D =
O si{lnificado dJ Equação 1.6 deve -.er clnrametne
entendido Ela implica que
a rl!\/(f,;llC'Ía dinâmiC'a pndl? fer (•nc·nntrada <Y>m a
~i11111le\ \Uhftituição do
úo tlioúu
\.'o
= 0.79 V = 31 /,2 !l
Rr, = -
25mA
lo
O
que í!XCL-dC l.'11'l mutlO O r.t dC 2 Q
~obrimos
a re:.tStêoc1a din.lmica graficamente.
m;u há uma deliniç.ão bá~1ca em cálculo dtlttCOClal que
afuma:
JI deri•"Oda de u11ta f1111çiio
i1u· /i1JD(iio da
linha
t'!m
um ponto é igual à
ta11~entc• traçuda ne.\"SC ponto.
,\ ,.im. a Equação 1.5 definida pel:i Figura 1.26 é
e""cncialmcnte a deterrninnçi'io d:i dcri,ada da função
no ponto Q de operação. Se encontrarmos n ck."n\ad:i da
equ3Çào ~eral 1.2 para o diodo semicondutor considerando
a potari7açào direta nplicnda e, cm cguida. in\ertmno'
o r~ltado. teremos uma equ:içiio para a resistência din.imica ou CA nessa região. Isto é. definir a derivada da
Equação 1.2 relati' a à polarização aplicada ~ulwá em
d
_ _.( I o) ::::
tlVo
( 1.6)
/[)
•ulor '111ie~ce1UI! da C'o11rn1e
"ª equur:ão.
'Jào hó necessidade de ter ns características di!.ponlvcis ou de se preocupar e1n 1raçnr linhas tnngent~.
confonne definidas pela Eqwição 1.5. É in1portante terem
meute. pori:m. que a Equação 1 6 ~ precisa apenas para
\atores de J , na :.cção deelC\açào vertical da cul"\a Para
valore~ rnenore:. de/.., n - :? (~ilic10) e o valor obtido de
r,, deve s.er mulr..pltc-..00 por um fator de 2. Para i>eqUO)(b
,alon:~ de /p ahau.o do joelho da cur"a. a Lquaçâo 1.6
-
lOmU·5'C 1ll3Jcquadi.
Todo~
º" ni~cis de n:!>i~tcnc1a
Jctcnninado :uc
aqui foram definido pela junção p-11 e não 1nclucm a
rc:.1stênc1a do próprio material ..cmicondutor (chamada
resistência de rorpo) e a rc-11stência introduzida pela
conexão entre o materi:il 'emicondulor e o condutar
metálico externo (chamada resi.,1ência de C'onra10). f<;SCS
nlveis adicionai' de resi~ência podem o;er 1nclu1dos na
Fquaçào 1 6 por meio do acréscimo de uma ~iS1éncia
de'>ignada como r•:
r •ti
=
26m\'
lo
ohm~
( 1. 7)
Capitulo 1
A resistência r '.1• ponanto, inclui a resistência dinâmica definida pela Equação 1.6 e a resistência r, agora
introduzida. fator rs pode variar do tradicional 0.1
para dispositivos de alta potência a 2 n paro alguns diodos de baixa potência e uso geral Para o Exemplo 1.4,
a resi:>têtlcia C.A. a 25 1nA foi calculada como 2 n. Pela
Equação 1.6. 1emos
o
n
26mV
26mV
ln
25mA
as duas
n
Ílll~
estabelecid as pelos
val~
máximo
e 1nin1mo da tensão de encrada. Na fonna de equação
(obsen.e a figura 1.28).
( 1.8)
- 1.04 !l
6mV) = 2(13 fi> = 26 n
r, = 2 ('-?6 mV)
= 2 ('?
ln
1 n1A
podena
~r
tratada como a
Na realidade, determinar r" com um alto grnu de
precisão a partir de uma curva ~-rica e utilizando
a Equação 1.5 é, no melhor das hipóteses. un1 processo
dificil. e os resultados devem seT tratados com cericisn10.
Em ni,eis baixos de corrente de díodo. o fator r, costuma ser pequeno o suficiente em comparação com r J para
pennj1ir que se ignore seu impacto sobre a resistência
CA do díodo. Em níveis elevados de correm.e. o nivel de
r pode aproximar-se do de r ,.. mlb. uma \e"Z ::.abendo-!>e
qu~ ha\erá. com frequência. outro:> elemC'tltos l"e!>isti\•os
de magrutude muito 1naior em l>éne com o illodo. assumlfCmO:.. neste livro, que a resi:>td1c1a CA é dctenninada
unicamente por e o impacto der• !ic."Tã ignorado. a menos que wdicado de outru fonna. ~tclburias tocnológicas
recentes !:>ugcrcm que <> nível dc r• continuará a diminuir
cm magnitude e acabará se tomando um fator certamente
de$pre7ivcl cm comparação com r..
Adi. cussào anterior concentrou-~ e"(clusivnmente
na região de polari7açiio direta. Na retrião de polarirnçào
R\·er;a, suporemos que a mudança na corrente ao longo da
linha I é nuln de OV até a região Zenere que a resistência
C r\ resultante. usando-se a Equação 1.5. é suficientemente
alta para pennirir a aproxirnaçào por um cin:uíto aberto.
Nom1ahnentc. a resistência CA de um diodo na
região ativa variará entre cerca de J a 100 í2.
23
a resistência associada ao dispositi\ o para essa região e
chamada de misTência CA 111étlia. Trata-se. por definição.
da resislência detenninada por uma linha reta traçada entre
Paro a situação indicada pela Figura 1.28.
\ dife1 ença de cerca de 1 Q poderia ser trn.tndn como
a contnõuiçào de r 8 •
Para o Exen1plo 1.-l. a resistência C1\ a 2 n11\ foi
c;ilculada em 27.5 n. Usando a Equação 1.6. mas multiplicando-se por un1 fator de 2 p:ira essa região (no joelho
da CU!'\·a. li 2).
A diferença do 1,5
contnõuição de r g.
Diodos semicondutons
âl';, = 0,725 V - 0,65 \ t = 0.075 V
0.075 \ f - - o
15 mA - ::> ~
com
Se a resi.sréncia CA (r,1) fosse deten:ninada em / 0 :;;;
2 mA_ ~ valor !>.Cna ~upcrior a 5 .O: !>.t: detetmmad.3 em
17 m<\, seria iníeriOT. No meio-termo. :i restStencia C •\
faria a transição do \'alor alto em 2 1nA para o \ alor mais
baixo cm 1- mA. A Equação 1.7 define um \alor que e
considerado a média dos valores CA entre 2 lll/\ e 17 mA.
O fato de um' aJor de ~istência poder ~r usado para u1na
fatxa tão ampla da CUTVa car.ictcristica !>Cra muito tit.il na
definição dos circuitos equivalentes para um díodo em
uma seção pcblerior.
r.,
,~
5
1
O
•
0.1 O.! O,) O,.i O.~
0,6 0,7
ti)(
ti.~
1
' • \ ")
~
nv,
Resistência CA rnéd 'a
Quando o sinal de entrada é grande o suficiente para
produzir umn amplitude como a indicada na Fígurn 1.28,
Fi o~
4"
1.28
Odemlinaç-Jo da resi~Li!nc:la CA media entre
limile'i illd~
24
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
A çsim ,.,..1111n '1<:on1ece con1 os
1·alon:~ de rf'sis1.,;lk'ia
CC e C...f. qua"to menore.c: os valor1."'.<; di! co11en1es ulilí=ada~
para determinar a resi.'ltencia m~Jia. maiur,,eriJ
o 1•alor da
trSi.stênt·ia.
de um diagrama esquemático e o circuilo equivalente
inserido em seu lugar. sem afetar serian1en1e o comportan1ento real do sistema. O resultado costuma ser uma
rede que pode ser resol-. ida com n uulizaçào de tecnicas
tradicionais de análise de cittuito.
Tabela-resumo
Circuito equ·valen+-e linear por partes
,\Tabela 1.6 foi desenvolvida para reforçar as importantes conclu ões discutidas até aqui e enfatizar as
diferenças enrre os vários níveis de resistência. Como
Uma técnica para obter um circuiro equivalente
para uni díodo é aproximar a curva característica do
disposítivo por segmentos de rela. co1no mostrado na
Figura 1.29. O circuito equivalente resultante é chamado
de tire. 11i10 eq111-,·11/e111t? li11ear por pt1rtes. Obsen ando a Figura 1.29. toma-se ób"io que os egmentos de
reta não resuliaJD em uma duplicação exata da curva
caracterisuca real. especialmente na região do Joelho.
No enUlOLO. o~ segmentos resultantes estão próximo:.
o suficiente da Clll'\3 real para estabelecer um crrcwro
cquivalcnlc que proporcionará uma excelente pnmt,"ir.l
aproximação para o comportamento rea.I do dispobitiYo.
Para a rcg1ão inclinada da curva equivalente. a ~L~
tencia CA média. apresentada na Seção 1.8. é o valor
de resistência que aparece no circuito equivalente da
Figura 1.30 ao lado do dispositivo real. Em essénci:L
define o valor de resi,tência do dispositivo quando ele
indicado anteriormente. o conteúdo desta seção servirá de
base par.s vários cálculos de resiStêncía a serem executados
em seções e capitulas posteriores.
1.9 CIRCUITOS EQUIVALENTES
DO DIODO
{, m cim1i1u t.•q11it•ule11te é 11nra cumbitwçiio ,/e e/e-
ITU"11IOC: aJeq11ada111ente e<>colllidos para melhor repre-
{enrar O{ ,.or,u:1,•ri.'>rica.s
reai~
de uni di.'>positi\•o ou
\inema em Jctenmnada região de r1pt.TtU;ÕO.
Em oUiraS palavra~, unta vez defmido o circuito
equivalenre. o slmbolo do disposíth o pode ser removido
Tabela 1.6
l\heas de resistência.
l ipo
EqUA(ttt
---
Características es.pedais
--
Representação grálic:.
/
CC ott e:.tfu.icn
\ 'o
Ro= -
lo
Definida como um ponto na
cwva ca.racteristia
'
'º
_ _ __, rC!
/ v.
l
Definida por uma linha
Wngcnlc no pon10 Q
CA ou dinâmica
CA mcuia
.l ,
JI
l /_
pt.ll pt.
Definidn por UIDll lênha reu
entre os limites de opeDÇâo
Diodos semicondutons
Capitulo 1
25
Normalmente. pode-se detemúnar o valor aproxim:Jdo
der , a partirde um ponto de operação especifico na folha de
dados (a íier' discutida na Seção 1.10). Por exemplo. no caso
de um diodo semicondutor de silício, se lr - 10 mA (uma
corrente de conduç3o direta paro o díodo) para I 'r> = 0.8 \ '.
sabemos que um deslocamenro de O.7 V é necessário paro o
siJíc10. 8llles que a CUJ\.'a caracterisuca aumente. e ob1emo~
10
O. \' - 0.7 V
IOmA o
0.1 V
Om~\
0
- 10 --
IOmA
tal como na Figura 1.29.
0 7 Y 0.8 \ ' V0 (V)
(\ Ã'
& "cun" t''1rac1eristica ou a folha de dudot de uni
tii<>do niio e.~1ii'Cr úi.\f)(1nit·el. a Yf'Si!>·u!nciu r,,. podem rr
F ura : ~J D~finição do circuito c:iqui\ '3fcoh: lineJir por
parte- u:.:tTido-:.c -.cgo11:n10::. de reta para apro'<inr.tr 11 curvn
c:arnac:rb tiçn.
ªJ'roxrmado pela rc.ris/eff,·ia CA
Circui ·o eot.: ..
al~nte
1;1•
simplificado
Na maiona ~aplicações. a resistência r . é pequena
A Oiodo ideal
Figura 1.30
.,
Componen1~
e
do circuito equi\alc:nte linear
por parte:-;
está -ligado.. (011).
o díodo ideal eincluído para estabe-
leceT que existe un1 único sentido de condução através
do dispositi"º· e u1na condição de polarização reversa
resultará no e tado de circuito aberto para o dispositivo.
Uma "ez que um d iodo semicondutor de silicio só atinge
o estado de condução quando J'n atinge 0_7 V co1n wna
polarinçiio direta (como mostrado na Figura 1.29). uma
bateria i ·,;: oposta ao sentído de condução de\'e aparecer
no CtrCwto equ1valenre. conforme mdica a Figur.i 1.30.
A barena ~rmplcsrncntc c:.-ix•c1fica que a tensão através
do dispo:.iu' o deve ser maior do que .i teru.ào limiar da
o suficiente paia ser-deiprezada na comparação COOl ouim.
elemento!> da rt'Ck. Rcmo.. cr r.., do circuito e,quivalentc ~o
mCMno que COtrilderar que a curva camctcmuca do diodo
upresenta a forma mostrada na Figura 1.31. 'ia 'crdadc.
essa apro:'timaç:io é utilizadn com ITcquênci.3 n:i anãli~
de circwtos sem1condutorcs.. co1no será demonstrado no
Capitulo :?. O circuito equivalente redUTido aparece na
mesma figura. Í"-"<> mostra que um diodo de silício com
polariz.açào direta em um sistema eletrõn ico sob condições
CC apresenta uma queda de 0.7 V no estado de condução
para qualquer valor de corrente através do diodo (dentro
dos valores nominais. ontumh11ente).
batcna antes que se µ<>ssa cstabclcccr a condução attavés
do dispositivo no sentido ditado pelo diodo ideal. Uma
ve7 estabelecida a condução. a resistrncia do díodo será
o \';dor especificado de r...-
Dt>ve-se ter em mente. porém. que iK no circuito
equnC1lente niio é uma fonte de tensão independente. Se
um ,-ottimetro for colocado nos lerminais de um diodo
isolado sobre uma bancada de labonuõrio. nfio sem obtida
uma leitura de O.7 V. A bateria representa simplesn1ente o
\'Dlor de tensão no eixo horizontal da CW'\11 característica
que de' e ser excedido para se estabelecer a condução.
yl)
+
o
.
lo
figur . "
~"
-
\, "'U.7 V
1.
+ l!I_ ~I ,
o
Diodoi~
Cm:mto equivalente simplificado IDr:l o
díodo semicondutor de sílic10.
26
DlspositNOi elelr6n1cos e
leona de órc.u>IDS
Circuito equivalente ide•.•
1\gor.s que r .. foi rl!tirado do cin:uito equivaJrnte.
a\'ançaremo, um pouco. eo;tabelecendo que um \-alor de
0.7 \ ' pode ~r muita' veTe!) deo;pre7ado em comparação
com o ni\el de ten ào aplicada NC'o;e caso. o circuito
equi\õ1lente sera redu71do a um diodo ideal. conforme
mo ma a Figura 1-l2. juntamente com .;uas caracterisricas.
l\o Capuulo 2. 'eremo que essa C!>timativa é feia muitas
vezei. ~grande P'--'f'da de precisão.
o
Na 1ndú,tria. é comum a e~press.io -circuito equi,,_
lente do diodo- str sub..1iru1dJ por 1nocle/o do díodo: um
modelo. por definiçio. é a representação de um dispositÍ\ o. objeto ou 'i!>t~ eú_..iente e ~!>i1n por diante. Essa
tenrunolog1a suNiruta será usada quase exclusi\amerue
no:. próxuno:. capítulo:..
Tabela-resumo
Para maior clareza, os modelos do dtodo empregados para a t'ai'<a de paràu1e1ros do círcuno e
aplicaçõe~ ,Jo apre-.entados na rabelo 1.7. com !>uas
respcctivas carac1er1suca> obtidas a partir de c1rcu11os
hnear..:s por p3ne-.. Cada modelo será anali!>ado maa~
detalhadamente no Capitulo 2. Scn1prc há cxccçõe?> as
regras, ma!. podc-!>c alirmar com relativa segurança
que o 1nodclo cqu1\alcn1c s1mphfic::ido sera empregado
mais frcqucntcmcnle na anah.,c de sistcn1as clctrõnico,,.
enquanto o diodo ideal "Crá mais aplicado na aruilíse
de sistema" de alimentação de potência. cm que hã
tensões m111orc...
i ·f)
l .1O CAPACITÂNCIA DE
+
i·
TRANSIÇÃO E DIFUSÃO
~-º---
.
E 1mpona.n1e ~ar que·
T0Jt1\ "' d1 tposi11'v' t 1~·111;n1co'í 011 elétrico t tà o
çc11si,·,~iç
Figura 1.32 D1odo í1leal e ~ua_, caractablicas..
Tabela 1.7
J jn.~u(ncia.
e. ª' caractcnst1ca.-. do terminal de qualquer
dispositivo mudam de acordo com a frequência. Até
l~to
C1rcu111~, cqu1v1.1lc.."ntcs do Jiodo (ioockl0:o).
Tlpo
CondJÇ'àes
Ca racterisdca~
!\loddo
1 Ir
...
..... 1:1:- ~ · · '·
todclo unphlicn<lo
... r>.odo
o
\'
l 'o
º'
~.
,.,.
•
ideal
R"*>> r.,.
. 1.
'·
Díodo
t<kJI
1,.
Disposíth-o í<lcal
R->> r .,
F._.>> I '...;
l>iodo
ideal
º'
,.
"
Capitulo 1
mesmo n resistêncin de um resistor básico. de qualquer
construção. será sensível ã frequência aplicada. Em bai~as e médias frequências. a maioria dos ~istores pode
ser considerada de valor fixo. ~o entanto, a n1edida que
nos apro\.imamos das altas frequ~ncaas.. efeitos parasitas
capacitivos e indutivos começam a aparecer e afelarüo o
\ aJor da unpedãncia tota1 do ele1nento_
Para o diodo, são O!> valores de capaciuinc1a par:u.ita
qlk! c.'<cn::cm o maior efeito. Em baix~ frequências e valo~ relaU\'amcnLc.: buütos de capacttãncia., a n:atància de
wn capacitor. determinada por Xc = 1 '!..-jC:. co~twna ser
tão clC'·nda que pode ser considerada 1nfinilll em magnitude. representada por un1 c1rcuílo abeno. e desprc7.ada.
Fm 31tas frequêncins, porém. o valor de ,~ pode cair até o
ponto em que sígnílicari um caminho de bai'<a reatância.
Se esse caminho atravessa a junção p-n. o diodo não nH1is
desempenhará sua função na rede.
No diodo semicondutor p-n há dois efeitos capaciÜ\'os a considerar. Atnbos os tipos de capacrtãncia estão
presentes nas regiões de polarização direta e re,ersa. n1as
uma e.x.cede tanto a outra em cada região de operação que
le\'atnol. em consideração os efeitos de apc:nas un13 e1n
cada região.
Lembre-se de que a equação básica para a capacitância de um capacitor de plac~ paralelas é definida
por C = tA/d. onde l é 3 pennt~SI\ tdade do dielêtrico
(isolante) entre as placa!. de àtt3 A ~cpamdl!; por uma
dtstãnc1a d. Em um d1odo. a região de drplcção (sem
porutdon.~) comporta-se ba..;icmn~ntc como um isolante
entre 3-!) camada'> de carga oposta. t;ma YC7 que a largura
da camada de depleção (d) aumenta com a elevação
do poWleial de polari7.açào rever.;a. a capaciliincia de
transição resultante diminui, conforme mostra a Figura
1.33. O falo de a capacírãncia depender do potencial de
polarização rever5a empregado 1em aplicação em vários
sistemas elerrônicos_ No Capítulo 16. será apresentado
o diodo varactor, cuja operação depende totalmente
desse fenõmeno.
.,.
-
+-
.....
IS
,.
...
.L
••
Diodos semicondutons
Essa capacitdncia. conhecida como capacitància
de transição (C,). de barreira ou de região de depleção. ê
detenninada por
( 1.9)
onde C(O) e a capacitãncía sob condições <;em polan7.l!Çào
e J'k> o potencial de polruização reversa aplicada. A potência n é l ! ou 1 3. dependendo do processo de fabricação
do diodo.
Embom o efeito descrito anterionnente também esreja
presenie na região de JX>larização direta. ele é ofik"Cado JXlr
um efeito da c&p;lCitância diretamente dependente da ta.'<3 em
que a carga é injetJ<b nas regiões do lado externo da região
de depleção. Conclui-se que os altos valores de corrente
resultarão em ,aJores também n1ais altos de capacit.lncia de
difusão (er>). confoone demonstrado pela seguinte equação:
Co =
(2-)1
0
VK
a capadtànc1a de lrutL'iiÇào é o ejeilo c:apocltilYJ predon1inan1e na região de polari::oçào ll!l'ersa. enquanto
a C'apaci1ú.nciu de cJj{úsão é o efeito c:apacili1v prr!tÍC>9
111inance rw n.>giâo de polari=u('ào direta.
Os efeitos capacitivos descritos são representados
por um capacitor em paralelo com o diodo ideal. como
mostra a Figura l.3-t Para aplicações de baixa ou média
fre<1uênc1a (e,ceto nn área de potência). no entanto. o
cnpacitor ~erahTh!nte não é inclufdo no símbolo do diodo.
lU
CT
+
~
-
+
Figura
+
t-
-15
3~
- 10
-5
Capac1tãncia de uansi.;ão e difusão
polarização aplicada en1 un1 diodo de silicío_
l 'CJ:\ us
( 1.10)
onde T1 é o h.:1npo de ,;da do portador minoritário
o
lempo que le\·ana para um portador minoritário (p. e-<.:
uma lacuna) .;e recombinar con1 um elétron no material
do ripo n. ~o entanto, valores ahos de corrente n:sultam
em \·aJores reduzido de resistência associada (o que será
den10DSO"ado em breve); e a constante de tempo resultante
(t - RC). mui10 impol1ante em aplicações de alta \elocidade. não se 1oma excessiva.
Logo. de modo geral,
t
+
+
27
Figura 1.34 Inclusão do efeito de capacttãncia dr
tnmsiçiio ou difusão no diodo semicondutor.
28
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
1.11 TEMPO DE RECUPERAÇÃO
REVERSA
Dl!ti.:nninadas cspcci ficaçõcs ::.ào normalmente
apre:.entadas na<; folhas de dados do diodo fomttida..~
pelos fabricantes. Um paràmctro ainda não levado em
consideração e o tempo de recuperaçào reversa.. denotado
por ' - No estndo de polarização direta. jíi foi demonstrndo que e:itisle unia grande quantidade de elêtrons do
1naterial do tipo 11 avançando em direção ao material do
tipo p e um grande número de lncuoas no m~terinl do
tipo n - um requisito para a condução. Os eleU"Ons no
tipo p e ~ lacunas que avançam na direção do material
do ripo n estabelecem um grande nú1nero de ponadores
minoritários em cada material. Se a tensão apbcada fosse
in\erüda para criar uma situação de polarização CC\'er:.a. de,en:uno~ \'er o diodo mudar 1nstan1.aneamcnte do
C!.tado de condução pcu-a o de 11ào condução. Entretanto.
por caiba e.lo grande número de portadol'b mmon1áno:.
cm cada matcnal. a corrente no d1odo sera slDlplbmcntc
in' cruda.. como mostra a Figura 1.35, e pcnnancccrá
nl?"St? 01,el mcm.-ur.í\'el pelo pcriodo de Lcrnpo 1, (ll.-mpo
de :Sml37C1lamcnto), necessário pardos ponadores minorilíiriO" voltarem a seu estado de portadores majontirios
no material oposto. Em essência., o díodo permanecerá
no estado de curto-circuito com uma corrente I , ,.,
detenninada pelos parâmetros do circuito. Quando essa
fa-e de annazennmenro tiver passado. a corrente será
reduzida até o vnlor associado ao estado de não condução. Esse sqrundo período de tempo é denotado por t
(intervalo de transição). O te1npo de recuperação reversa
é a soma desses dois inte1-valos: 1... - / t Traca-se de
um fator imponance oas aplicações de cha\eamento de
aJta \elocídade. A maioria dos diodo~ de cha' eamento
~poni,eis no mercado possui um 1., na faixa de algUtb
nanosscgundo:,, ate! 1 µs. No entanto. C.'-1stern elementos
disponi\e~ com um t,,. de apenas algttJrul.!) centel13:. de
pico~gundos ( l O 11
~ lo
1
1~
/
----~.-
s).
.~1odançn de e"'Uldn (lif ado apli~'llda cm 1 = 1,
,
t
I..._....I __
1
~1p001
r . -~- 1,
1
' ,.--..
- --1
Figura 1 .35
Dcfmiçào do tc:1npo de rccupcraçào ~-ersa.
1.12 FOLHAS DE DADOS DO DIODO
O!) dad~ ~ disposiuvos semicondutores csptt1ficos norrnalmcmc ~ fornecidos pelo fabricante de dua"
formas. Com maior frequencia, os dados são apresentados
por meio de uma breve descrição. que não se estende :ilém
de ~1ma página Ou então é feita uma análise completa das
características uriliz:mdo giáficos.. desenhos. mbelas etc.
fn1 ambos os caso<;. ha panes espc:cificns dos dados que
deven1 ser incluidas para a uril ização correta do dispositivo.
Sào elas:
1. A tensão direta lí (em corrente e temperatUra
especificas).
2. A corrente direm mâ."<ima Ir (a u1na temperarura
especifica}.
3. A corren1e de saturação ~versa 1. (a wna tensão
e temperJrura e-::.pecificas).
4. A tensão re'ersa nominal [Prv ou PRV ou V(BR).
em que BR \COl do termo b1T!akdo1""' ("'ruptura-)
a uma temperatura <.."!>-pccílica).
5. O valor m:i'timo d..: dw>ipaçào de poténc1aa uma
temperatura ~ific-.i.
6. Ní\eic;, de rnpacitãncia.
7. Te1npo de recuperação reversa t,,.
8. Fai'a de temperaturo de operação.
nependendo do tipo de diodo utí li7ado. podC'lll>o;e
fornecer dados adicionais., tais como: fai.Jta de frequênc1a.
nível de ruído. tempo de cb:J, erunento, níveis de resistência
tém1ica e valores de pico repetitivos. Dependendo da aplicação desejtlda. geralmente a importância do dado será aparente. Se a potência máxima ou di:..sipação no1ni.mll tnmbém
for fornecida. será considerada 1guaJ ao seguinte produto:
1 P,,.. = V0 10
]
(1 .11)
onde ID e 1'0 são a conente e a L<."Jl$ào no diodo cm um
ponto C:."JlCCifico de <>pl.-"rnçào.
Se utili7.annos o modelo simplificado para uma aplicação específica (o que ocorre com trequência), poderemos
substituir T',, = r' = O. -y para um diodo de silício na f..qll3çào 1. 11 e detennin:ITa di~ de poténcia resultante para
uma con1paraçào com a pocencia mãxin1a nominal. Isto é.
(l . )"7)
Os dados fomecidos para um diodo de alta teru>ão'
ba íxn fuga aparecem n:as figura:. 1.36 e 1.37. I!s.:.e exemplo
represdlta a lbta ampliada de dndos e curvas carac:terl!.ticas. O tern10 m!/icador e aplicado a lu11 díodo quando
usado normalmcnLc cm llD1 processo de rcfljicação. a ~-r
descrito no Capítulo 2
Capitulo 1
Diodos semicondut.OnS
29
01000 l>E ILlCJO POR DIFUSÁO CO\I íEC'\OLOGl \ PL"NAR
• 8\' - 1?5 \ ' t l'ttl~I 6 IGI p. \ 111 \ \ "731
ESPEClt ICAÇÔES .\BJ)()Ll'l~ \LUL\lAS CNoti1 l J
1
'r~mperalurti
f
1.11
f;aj~ll lk l('l'Tlf'l'l"lltllra dc: lll'!mlCNtnenl<I
B - - - - -l\1rt,mw l~ni de opc:1açãod:lij11n.."ão
· rC'm~rmunt doi. lti-•
Di.\Sip11çã o ck potê,...U, 1 ~ l i
"'' 4"'""11111
C _.,_ _ _ _ t.1.iltim:i<l"'';uçiodc- l"ot<"';.. ~ á
umt>icnie di: Z~"C
5Cit mW
f ;U1• hll<'.ttJ. a.1....,<lodc ~••!.: ~Cl
:\,33 m\\r'C
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Com:su mif"K>i• mbla
C.nnnu d~ .:tllllmllll
200111A
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CCM 1c111e dl'!CU Tf'P'tl1tva de piro
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\a - .!!! \. T'°' - 11.~·c
l.ll
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'"'
~-º
\
la = lt01&A
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\,11,_._
l
ÜW' ~ptrr.;..if~M-41t , ..S...
!-
r;.~ ~i.t htnll~ p#a f~ f*l 1
Figura 1.3b
. _ . _. .• ••ib.t.ir Jodll-.).)p."«<rfct) ·•·
-
Qbh~*'c ~ '-'•..W.J1t tht'"'M ...>dc
e
1.ll>.Ul~
1f - 10 mA, \ 'a = 1~ \ '
llt • IP" 1 OUl
IO rL J "-' !31.>
h
*liiliintfllC...cfmpd-.t'•\-~'-~• tr.a......fh1l h&1\i.L
Citraclcrislicas elétricas de um diodo de alta tcn!>ào e bai:i..a.. concn1c-- de fuga.
Algumas áreas da folha de dad0<; foram realçadas e
têm uma letra de identificação correspondente à segui nte
descrição:
A A folha de dados rcalçn o fino de que o díodo de alta
B
"""*
11$~
\a "' 1 DV, TA-~~
~
125
1~
ltJJ ~ . T"
G. '-'•-
..,
i,- l.DmA
05
•
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\
\
11.2
TC'llJD«1,.
modo)
1, = '°~'
lf - •j) mA
\
C),7,
Cc"re:r• tr:"'n"G
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is cp:r índirwlo dr outro
('()'"'Dl(Ó'ES l)f TI~lt,
t "'lõll)\Of:S
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TctAÃHtais R'\~ cam num~
ConcAc ~de ~urto tlc PICO
lapitll die rui .... '"' 1 '
·~ dt J'lll..., 1 "''
CAltA("fERfst1CAS a.tf'RJC \l) Urmpmrtum wnbkntr de 25 "C~ a llll'J•
SiMM>l .0
li'""' 1
tensão de silicio possui uma tensão de polarização
m ersa 111i11in1a de 125 V a uma correnre de polarização reversa especificn
Observe a ampla faixa de temperatura de operação.
Certifique-se de que a:. folhas de dados usem normalmente a escala Celsius. sendo que 200 ''C = 392 ''F
e --65 'C = -85 "F.
o nível nu'tximo de dissipação dê potencia é c.Jado
por P0 = Vr/0 = 500 mW = 0.5 \\ . O efeito do f.ator
D
linear de redução de potência de 3,33 m\V "Cede.
monstrado na Figura l .37(a). Quando a temperatura
excede 25 "C. a potência máxima nominal cai 3..33
m\V para rncb numento de 1 º C na ten1peran1ra.
A 100 "C. o ponto de ebulição dn água. a potência
máxima nominal cai à metade de seu 'alor original.
lima temperorura inícial de 25 ~e é normal em um
gabinete com equipamento eletrónico funcionando
em siruação de baixa po1ência.
A mã'tima corrente direta continua ê 500 mA. O
grafico da Figuro l .J7(b) revela que a oom:ntc dircia
em 0.5 V é de. nproxímadan1en1e. O.O1 mA. mas 5alt.a
p.irn 1 w\ ( 100 vens mais) perto de 0.65 \~ Em O,S
30
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
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1
1.0
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......
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7S 100 12S 150
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-8.0
-•-
1.0
-
10 100 IK IOK
lmpcJJn,1.i J1nllm1ca - Q
Ili
Ccl
Caractcrisncas de um dtodo <k al&:a 1~ão.
\ '. a corrente é superior a 10 m.r\ e. wn pouco acima
de 0.9 \ '.chega perto de 100 mA. ,\ CUT'\'1> d:J Figura
l 3"1(b) cettrunente oão se p::ir~~ cm nada com as
CUl'\nscnrncteristicas das ültin1a' o;eç~ . lssose deve
a utih7:3Çào d<: urna escala logantm1ca p:sra a COI rente
e a wna e.cala linear paru a tensão.
Escala /ogarim11ca<t \ào .fr..q114•111emen1e u~ada,
para permitir uma ampla_faixa dt• \'Olorrs a uma 1vmâvel
cm um M'pll<:'O limitado.
Se um.i escala linear fo se usada para a correme. sena impo<; ivel moC\trar 111n intel'\alo de \3lores entre
0.01 a 1.000 mA Se as div1:-ões \enícais b-cí'tessem
em incrementos de O.O l rnA. 'enam neces:.ário~
100 mil intervalos iguais 1,obre o ei\o \crt1cal paro
atingir 1.000 mA. Por ora. 'amos admitir que o
'.torda tensão em detenn1nado:. ni' eb de cotttnte
po~ ~ encontrado por meio da intõ"Sà,-Jo com
a rena.. Paro .. atores vcrt1ca1s .acun3 ck um m\el
como 1.0 mA. o próximo n1vcl s'"'t'a 2 m..\_ ~-gwdõ
por 3. 4 e 5 mA. Os nÍ\Ct., de 6 a 10 mA podem
ser dct'""TTI11nados apenas d1v1d1ndo a di...üncia em
E
F
intel'\alos i~ (não a real distr1buiçõo. mas próxin1n o suficieme para os graficos íon1ecido:.) Para
o pró\1mo n1,el. tennmos 10 1nA, 20 mA. 30 mA
e assim por diante. O gráfico da 1 1gura 1.37(b) é
chrunado de diagrama sl!1111/og. refenndo-se ao fato
de 4uc apen.c. um eixo uulua t.!scala logariuruca.
Vcn:mo:. muito m.a.is sobre c:.calu::. logn.nlmlc:b no
Capitulo 9.
Q, tbdo, forru.xcm uma faixa de \ alon.~' de i·T
(tcn\Õt.-s de pol3J1.Z3Ção direta) par.! cada n1vcl di::
corrente. Quanto 11131s alta a corrente direta. maior a
polan7ação direta aplicada.. Fm 1 mA, constatamos
que 1'1 pode variaT de 0.6 V 3 0,68 V, mas, em 200
mA. pode chegara "et'de 0,85 V a 1,00 V. Para toda a
ía1xa de valores de corrente desde 0.6 V em 1 m,\até
0,85 \ ' em 200 mA. cenamentc é uma apro,imaçào
razoa' el usar O.7 \ ' como o \ator médio.
O:> dados fornecidos re\elam claramente como a
corrente de satw'aÇ'ào re\er-a aun1enui com a polanzação re' ersa aplicad.l a u1na temperatura fixa.
A 25 C. a corrente ma..'-un:l de polanzação re\etsa
sobe de 02 nA para 0.5 nA devido a u1n aumento
Capitulo 1
na lensiio de polarização te\ ersa pelo mesmo fator
de 2.5 A 125 ºC, ela salta de um falor de 2 para o
nível elevado de 1pA. Note a mudança ex1rema na
corrente de saturação re"ersa em função da te1npcrarura na tnedida em que a corrente maxima salta de
02 nA a 25 ºC para 500 nA a 125 cc (a wna tensão
de polarização re\'crsa fiu de '0 \ '). Lm aumento
stmelhante ocorre a wn poteociaJ de polarilação
reversa de 100 V. O~ diagrnmh ~'11lilog das figuras
l37(c) e (d) fornecem uma indicação de como a
corrente de saturação rc"crsa muda confonnc as
altcrnçõc::. na tensão rc\CJ'.a e na tempcratur.i. A
pnmciro ,;sta, a Figura l.37(c) podrna sugerir que a
comnte de saturação reversa e ba.-.rointe estável para
\'ariações na tensão re,ersa. No entnnto. em alguns
casos. isso pode ser o efeito da utilização de uma
escala logaritn1ica para o ei1'o \ertic::al 'Jn real idade.
a corrente passou de um valor de O.:! nA a uni de
0,7 nA para a faixa de tensões que representa u1na
mudança de cerca de 6 para 1 O efeito drástico da
te1nperarura sobre a corrente de saturação reversa
é claro1nente rnoslrado na Figura l .37(d). En1 wna
tensão de polarizaç-ão re'ersa de 125 \.a corrente
de polarização te\ ersa aumenta de um nível de cerca
de l nA a 25 ºC para cerca de 1 µA a 150 º C, u1n
aumento de fator 1.000 em rel~ào ao \3lor tnic1nl.
Te1npert1tura e polr.tri=<Jr;ào m ~ rsa aplu:vda 5àQ j'1-
1ores n11ri10 in1porton1e.s em proj~os -rrn..çn·ci~ à corrente
de çamrorào reversa.
G
Como mostran1 os dados lista.dos O;l Fi~uro l.37(e),
a capacítância de transição em uma tensão de polarização reversa de OV é igual a 5 pF em uma frequência de ensaio de 1 i\1llz. l\ote a fone mudança
no 'alor da capacitância a medida que a tcn5ão de
polnrtzação reversa aumerua. Como mencionado
.mtenonnente. es~ região sensi\·el pode ser bem
apro\ eitada no projero de um dispfuill\o (Varactor,
Capitulo 16) cuJa capacllãnc1a tCimID3l SCJ3 sensivel
â tensão aplicada.
H
l\otação do diodo smucoodwor.
31
O tempo de recuperação reversa é de 3 µs paro as
condições de ensaio indicadas. Niio é um rempo rá-
pido para muiro dos sisten1as de alto d~empenho
e1n uso nos dias de hoje. No entanto, e aceita' el
para uma \ariedade de aplicações de b.ux.a e media
fre~uênci~.
~
CIJJ'\:b da Figura l.37(f) fornecem u1na indica-
ção da 1nagrutude da resistência CA do dtodo cm relaç-ão
à corrL'nlC direta. A Seção 1.8 demonstrou claraml."ltte
que a ~&téncw dinãm1cu de um diodo tl1m1nui com o
awncnto da corrente. Ao subirmos pelo eixo da conente
na Figura 1.37(1), fica evidente que, se seguirmos a
curva. a r~isténcin dinâmica diminuirá. Em 0.1 mA.
ela é pró~ma de 1 k!l; em 1OmA, 1O Q: e, em 100 mi\,
apenas 1 Q: isso claramente sustenta a discussão anlerior.
A n1enos que se tenha experiéncia e1n leitura de e"Calns
logaritmicas. será desafiador interpretar a CUf\·a para os
vaJores indicados. pois trota-se de um diagra1110 Jilog.
Tanto o eixo venical quanto o horizonk-il empregam uma
escala logarilmica.
Quanto mni!> s.e tem conta to con1 as folhas de dado:..
rnai:. 'i'anúlian.'S- elas se lomain. em CSJ>l."Cial quando se
compreende claramente o efeito de cada parâmetro para
a aplit'açào analisada.
1.1 3 NOTAÇÃO DO DIODO
SEMICONDUTOR
1-\ notação mais comumente utilizada para díodos
semicondutores é mostrada na Figura 1.38. Em grande
pane dos díodos. a marcação de u1n ponto ou oaço, como
mostra essa figura. aparece na extren11dade do catodo. A
tenninologja anodo e c~nodo é proveniente da notação
do mbo de 'ãcuo. O anodo se refere ao potencial mais
aJto ou posíri\ o. e o catodo, ao terminal de potencial
mais baixo oo negativo. Essa combi11ação de ui,eis de
polaruaçào re:.ulta na condição de polanz.aç-ão direta.
que corre:.pondc ao estado ..ligado.. (on) para o diotlo.
Alguns díodo~ semicondu1orcs clisponi,eii:; no mérCado
são mostra.dos na Figura 1.39.
,,ou •~ K
Figura 1.38
Diodos semicondut.OnS
C'l.C..
32
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
.......
D1oJo PL\' dr alu poWiaa
para moougtm cm ~ie
Diodo dr potêocu coom rmcal
Díodo de pol~m:u
( etlm tecnologia plwur)
DioJo chip pill"1 ~m cm ;,uperffi.'i1:
Figura 1.39
Alguns tipos de diodos de junçio.
1.14 TESTE DO 01000
A condição de um diodo semicondutor pode ser
rapidamente determinada utiliznndo e1) um multimet:ro
digital (00\1 - digital display mulrimeter) com uma
função de t~w de diodo, (2) a ji1nçào de ohmímecm de
um muhimetro ou (3) um traçador de c11n'O.
Função de teste de diodo
Um mulnmetro digital com funç.ào de leSle de diociQ
é mostrado na figura 1.40. Observe o pequeno símbolo de
diodo acima e à direiw do sel.etor. Quando colocado nessa
posição e coneclado como mo rrado na Figura l.-tl(a), o
diodo ~e estar no estado ..ligado" (on) e sua tela fornecera U1U3 indlcn~o de tensão de polarização diretn. como
0.67 V (para SiJ. O medidor tem. urna fon1e interna de
corrente consiante(em tomo de 2 cnA) que proporciona um
valor de censão. oonforme mostra a Figura l.4l(b). Uma
indicação OL obtida por ~to das conexões mo;)crada:. na
Figura 1.4 l(a) te\ ela um diodo aberto (defeituoso). s~ o;)
tenninais forem in\ Mido:.. de\ 1!rá ocorrer uma indicação
OL de-,, ido á equnalêoeta dé c1rcui10 aberto para o d1odo.
Porlfillto. de modo geral uma indicação OL cm amha!> ~
dircçõc:. indica um diodo alx'rto ou defeituoso.
rcmun~d rr«' )
T cnntn:I •tn· e lho
(! "tl ~ 1 )
\Q
~I
la>
-
,t----~
()
0.67 V
(b)
1.40 ~tolumet'rO digital (Conesia d:I B&I\.
PrttlSIOD Corpomion.)
fig ·1
figur, 1 ~1
\mfic:aç;Jodeumdiodo no estado de
polarização direta..
Capitulo 1
Diodos semicondua.ons
33
leste com o ohmímetro
Na ~iio 1.8, vimos que a resistência de polarização
direta de um diodo se1nicondutoré bem baiu se comparada
ao ,,tJor encontrado para a polari7;3Ção re\·ersa. Portanto, se
medinnos a resistcncin de um díodo utilizando :is conl!'l:ões
indicadas na Figura l .42(a). poderemos esperar um valor
relativamente baixo. A indicação resultante do oluníme1ro
será uma função da corrente estabelecida atrnvés do díodo
pela bateria interna (gernlmen1e 1.5 \ 1 do circuito do ohmímetro. Quanto maior a corrente. menor o 'alor & resistência. Para a siruação de polarização f'C\.~ o valor lido
de\e ser bem aJto. exig111do uma escala para medida de alta
resistência no 01ed.idor, conforme mosU'3 a Figuro l .42{b).
Um.1 leirura Je resis1ência eJC\ada. obtida com ambas as
polandadcs. indica wn componamen10 de cucwto abeno
(dispos:tlt' o defeituoso), enquanto 11013 kitu:m ele rcststência
muito bai.<ta. obtida 001n ambas as polaridade:.. inilic-.i que o
db-pos1bvo t.""itá provavelmente cm curt0<1TCUJ!O.
Traçador de curva. ( ·~ Agtlent Tedmologies.
Inc. Reproduzido com permissão, cort~in da .>\.gilem
fechoologies. lnc.)
í iglrl • .43
IOm.A
1
1
'
,
1
1
lmA
nmA
1
1
+
l .,
-
ea 1
R relam .imc:atc :Uta
r
(1).\,
-
! ., i
Teta ai
\11
+
(b)
Figura
1 . 4~
Verificação de Wll diodo cem um ohn1lmetro.
..
~
.
.
./
•
O\ Q.l 'ó IU\ CU\ O.~ oSv 0.6V 0.7V
I .~
.
. . ..
1
l
1
'
1 1
.
•
:
1 1
silicio 1N-I007.
·I
""
.... .... ....
resultante ficará em tomo de 625 m\ ' - 0.625 V. Embora o
insuumen10 pareça inicialn1en1e bem complexo, o manual
de insuuçào e un1 bre\'e manuseio mthtrarn que os resultados desejados podem ser muitas \ezes obtid~ sem muito
e:.forço ou tempo. O mesn10 insm.unento aparecera várias
\tzes n0i. capítulos a seguir. à medida que estudarmos as
cmacteristic& dos vários upos de ~lll\O.
'
:
__l ___ I___
Fig...ra
T
••
1
mA. como urilizadn em um mulrimetro digital, a tensão
(Ohmfmetnil
R rclati,·amcntc baiu
:
1
1 1
Tracador
de curva
,
O traçador de CUMI da 1-tgura 1.43 pode mostrar as
cun•B!> car.icteristicas de inúmenb disposiU\OS. mclu1odo
o d.aodo semicondutor. Quando se conecta corrct.amcntc o
díodo no painel de leste. no ocntro da ln.e d.:i unidade, e se
ajustam os controles, pode-se obttr o resullndo demonstrado na tela da Figura 1.44. Obc;er\'e que a ~n vertical é
de 1 m,\ div, resultando nos vnlores de co11e11te indicados.
Para o eixo horizontal, n ~la é de 100 m\' div. resultando
nos valores de tensão indicados. Para uma corrente de 2
!
1
ª°"'·parw•
'
o.8V 0."V 1.IJ\' - - - " '
Resposta do traçador de cuna ao diodo de
1.1 5 010005 ZENER
A região ~r da Figura 1.45 foi estudada em detalhes na Seç.ão 1.6. A curva característica cai de forma
quase \enical em um potencial de polarização re\oersa
denotado ror J' to o falo de a curva cair abaiico do ei~o
horizontal e se distanciar dele, cm vez de subir para a
região J'0 positiva. re\'ela que a corrente na região Zener
ten1 um sentido oposto ao de uni diodo com polaridade
direta. A ligeira inclinação da curva na região Zener re\ela
que existe um ni' el de resistência a ser associado ao díodo
Zener oo modo de condução.
I:~ regrão de caracteristicll$ singular-e:. e! ~pn:­
gada no proJelo dos cl1odos Lener, cujo sunbolo gráfico
~ mostmdi.l na flguta l.46(a). Os díodos SémÍcondutom.
e o::. Zcncr sào aprci.cntados lado a lado na Figurn 1.46
pura garantir a compreensão do sentido de conduç-lo de
cada um e também a polaridade exigida da tensão aplicada. Para o diodo semicondutor, o estado ~ligado.. (on)
34
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
\''E
•
,.
o
D
Figura 1.45 AnaJi')ando novomc:ntc a ~'l.ão 7.enêr.
+
+
+
•
r .•
(•)
Figura 1.4
(b)
(e )
Sentioo de condução: (a)diodo ~ 1b1
diodo semicondutor. lc) elemento rcsi!>tho.
corresponde a uma corre11te no sentido da sela. Para o
diodo Zener. o sentido de condução é oposto ao da seta
no símbolo. confom1e indicado oo tutrodução desta seção. Obsene tnmbém que as polaridades de J' e J', são
as mesmas que obceriarnos se cada elemento fosse um
elemento 1Clol5ti\ o, confonne a Figura 1 46(c).
Podemos controlar a locali7açào da região Zener
variando os n1veis de dopagern. Um aumento na dopag!!m, que produz um aumento no nümL-ro de impurezas
adicionadas. diminuirá o potencial Zener Diooos Zener
C!>1ào chsponiYc1s com potenciai~ Zcncr de J ,8 a 100 V
e potências nominais entre W e 50 \V Em função de
:.wi:. excelentes caroctcri!.ticas de temperatura e corrente.
o silício é o material mais utilizado em sua fabricação.
~"l'i3 ~S3ntt! assu1nir que o diodo Zentt fos:.e
ideal com uma linha re1a vertical no potencial Zener. 'lo en-
+
Tabela 1
-
Teniio
ü a er
n ominal
,,_
(\ ')
•
10
tanto. existe uma ligeira inclinação 011 curva caracteristica
que exige o rnodelo equi\-alente por partes que aparece na
Figuro 1.47 para essa região. Para a maiori3 das aplicações
tncncionadas ne:.te li\ro, pode-se desprezar o elemento
resistivo e1n série e empregar o 1nodelo equivalente reduzido de uma bateria CC de J ~ ~olls. Uma vez que algumas
aplicações de c:irodos Zenc!r o~ilam entre a região Z~r ~
a região de polarizaçào direta. é wportaotc compreender
a opcmçào do diodo lt!ncr t:m todas ~ regi&~. Como
mostrado na Figura 1.47, o modelo equivalente para um
diodo Zcncr na região de polarização rcvcn;a abaixo de J z
é um rcsistor muito grande (tal como par<1 o diodo p:tdrão).
Para a 1naioria das aplicações. essa resistência é tão grande
que podemos ignooi-la e empregar o equivalente de circuito
aberto. Para a região de polarização direta. o equi,11lente
por parte-; é aquele descnto nas <;eções an1eriores.
Na Tabela 1.8. é fornecida a folha de dados para wn
díodo Zener de 10 \ '. 500 m\V. 20%. e um diagrama dos
parã1netros imponantes é dado na Figura 1.48 O tenno
11orninal usado na especificação da tensão Zener simplesn1ente iodjca que ele ~ um valor médio típico. Uma \CZ
que se trata de um díodo de 20010. o potencial Zener da
unidade é selecionado de um lote (termo usado para dC!)crever um pac.ote de d1odos) e pode-se ~pemr que \arie
de 1OV ::: 2~~ ou de 8 a 12 V em sua faixa de apltcação.
Tanto cLiodo:. de 1O" o quanto de 50~'1) também C!itAO prontan1cntl! dtsponíveb. A corrente de teste 10 é defiruda ~lo
nivcl de Y. dapotênoa. Trata-scdacorrcntcqucdcfimr.ia
rcsis1ênc1a dinâmici Z0 c aparece na equação geral para a
L'Spccificação de potência do dispositivo. Isto é,
(J .13)
A subsútuição de ln na equação pela tensiio Zener
no1ninal resulta em
Pz.- =4/zrJz = 4(12.5 mA)(IOV) = 500 m\V
que corresponde it indicação de 500 1n\\I ap~entada
antcrionncnlc (figur.i l.48). Para cssedisposiuvo, a n.."Sc.·
lência dinàm1ca é igual a 8.5 O. um valor tão pequeno que
costuma i.cr dcspn:zndo na maioria das aplicaçÕl.-i.. O valor
máximo de impedância do joelho é definido no centro do
Catacre:rlsticas elétricas (tempt'tlllill1l ambt~nie do? 25 "C).
Cofftnte
de teste
l n(mA)
12.5
1\-t áxima
in1pedãnd a
dinâmica
Z7T no l n (fi)
~.5
~táxima impedância
~1 áxhru1
de joelho
correnl'
Zn. (il) DO
700
'ª
( mA)
0.25
re,·ersa
IMDO
•' 11 {µA)
10
- ·rl'nsio
..
de lestl'
(\ )
7.2
Corrente
múima d o
ttguJador
1,"(mA)
Coeficil'oie d e
32
+o,072
te m ~rallln
tlpjco
(•/.rc)
Capitulo 1
Diodos semicondut.OnS
35
' lz
+ <;>
% _ ,,
-!
--
I
I
+
0.7 v:.
-
/
1
I
VR
\ 'z
-
rz
lo.-,
-+
,.....01 v
----~IU,aA=/•
1
+l_
Vz
~
' ----------------------~'imA =lu
+
-
?
+J_
vi' ~
-
rz
=
--
+
\ 'z -
-~
6
_______________________Jl,
0
rz= 85fi=Zzr
,
-
z-
.l \ '
= l:!.S mi\
L.
--------------------1
'1 tz
/DJ= \?mA
Caracterisncas ~ diodo Zmer com o modelo equ1valeote para nwb região.
figura 1.47
1mpedináa clíniimlca (r.tl
f'l'n10 (Of'ttfltt Zeoer
CooftrientC' dC' mnpennum (T<>
rt'tiat ~ rttlle ~·
--
1 l.Q
a soo
N'
-.,,=
""
i:::
...
+ tt.- +
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..·-,..
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~ -0.04
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0,0511, I
100
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')
O.S 1
S 10
50100
'Q.IL.. .O.!
. :._:..0.5
.:. . :. _-'1---'-2. . :.11-=-----"L.l
. : S 10 20 5U 100
C~te Z.:ntt /.1 -
C:ooo:nllt Ütia I z 1mi\ l
(mA t
(b)
(ol)
Figura l .48 Caractensncas elétrica,,, de um díodo leoer de 10 V e 500 m\\'.
joelho a un1a corrente de/1.A' : 0.25 mA. . ote que. até aqui.
a letra T é utilizada nos subscri1os para indicar \'Biores de
teste e K paro valores de Joelho. Para qualquer nível de
corrente abaixo de 0,25 ni.I\, a resi:.tência só se ampliará
na região de po!arilllçào re\ersa.. Logo. o \11lordo JOelho
n:vela quando o diodo comcçllni a mostrar elemL'tltos de
re:.1~tl!nc1a cm série muito elcvad0:.... que não podenlo ser
ignorados em uma aplicação. Certamente. 500 O - 0.5Ul
pode ser um \1llor a pan:ir do qual esta resistência deva
st>r considerada. Em uma tensão de polarização re~ersa.
a aplicação de uma 1en:.ão de ensaio de 7.2 V re.ult.t em
uma corrente de sa1uraçüo reversa de 10 µA. ru\el que
pode c.am;ru- alguma preocupação ein certas aplicaçõo.
A corrente máxima do regulador é a máxima corn."Dtc
~!Nos el~õnicos e teorí.l de citruitos
36
continua que ~ po<lc querer su tentar no IL'O do diodo
Zener em uma configuração de regulador. Por fim. temos
o coeficiente de tc1npcraturn cr ) em poreeotagem por
grau centigrado.
O potencial Zent•r de
11111
dimlo 7L11i?r é mnuo sro-
.,;,'e/ à tnnperoturo Je O/l<'rar;iio
O coeficiente de cem pera rum pode ser utilizado paro
encontrar aheraçiio no pocencaal Zener de' ido a uma
1nudança de temperatura por nle10 da ~u1nte equação:
A mudança na re--• 1ência dinâ1nica em função da
corrente para o diodo z~er em sua região de a\alancbe ê
fornecida pela Figura 1 4. '(b). l'\'o\atnente. tenlOS um diagran1a dilo~. que de\-C ~lido com atenção. ln1ciailnerne..
parece C\J:>llr uma ~IJ\l.l inear re\'ersa entre a resistênu.3
dinâmica e a corrente Zener por caw.a da linha rel.3. Isso
unphcana que. !>é a c011et1te for duplicada. a re..i:.1ênrn
cairá pela mt'Ude. Ln~tnnto. e! apenu:. o diagrama dtlog
que dá c .....a tmpre-....:ao. po1!>. -.e trnçannO!> a rc~t!>tencía
dinâinica parJ o diodo L~-ncr de 24 V i·ersu:r a com:ntc
uti lizando t....,c.ila... hncare... obtcn.'mos w11 gráfico qua:.c
cxponcnc1al na aparência. Ob~crvc que. cm ambo~ os
gr.ificos. u rcs1'-tencia djnãm1ca em correntes muito balu.'>
que entra no joelho da curva é bem elevada. com cen:a
de 200 n. Por outro lado. em correntes Zener mais altlS.
longe do joelho. por e~emplo. em 1O n1A. a re!'istência
dinã1nica cai para ttrea de" n
A identificaçiio ~terminais e o encapsulamento de
alguns d1odo-. Zener são mo<>trndos na Figura 1.49 Sob
muitos ª"J>'..~º'· 'ua aparência e --emelhante à do díodo
padrlo. Algwn~ áreas de apllcuçào para o diodo Zener
serão e\amimda> no Capítulo 2
~
onde T. é o novo \alor da temperatura
T0é a tcmper.ituro ambiente em um gabinete fechado
(25 ºC)
Te é o coeficiente de te1npern1ura
l'.t é o potencial Zener nominal a 25 ~e
Para demon~trar o efeito do coeficiente de temperatuni sobre o potencial 7ener. 'eJa o e'\emplo a seguir.
EXEl\1PLO 1
Analise o diodo 7encr de 10 V descrito na Tabela 1.7.
se a temperarura for ele\ ada para 100 ~e (ponto de
ebulição da água).
Solução:
Aplicando a Equação 1.14, obten10~
Tc'tt
IOO<l cr,
To)
~ Vz ::
e
100%
(1
-
"""'C
~
}
0,54 V
AVZ
0.54V
O potencial Zener resultante pasl>:l a ser
\ '/ - 1 + 0.54 \ - 10..54 \
o que não é uma oheraçào de!>preZi' el.
É importante compreender que, nKc;e ca)(). o coeficiente de temperatura foi positi' o Para díodos Zener
com potencia Zener inferiore!> a 5 \ . ê muilo comwn
obsenar coeficiente::. de tenlpenuuro negalÍ\OS onde a
ten:.ão Zener cai mediante unl nwnento da 1emperarura.
A í1gwa 1 48(a) fornece unl grafico de T '-eniu corrente
Le-ner para três ni\ei~ de díodo. No1e que o d1odo de 3.6
V tem um coefic1en1c de 1cn1pcro1uro n~uU\ o. enquanto
o:. ou.Iro!> apn.-..cntwn valore!> pos1li' O!>
.\rido -
-CllnJo-1
Figur:a 1.49
C0.072"í f C)( 1O V) OO C
= -
-
ldcntificaç4o e: ' imooJo, de tenni11<1•' Zc:ner.
1. 16 OIODOS EMISSORES DE LUZ
O uso crC>c.:Cntc de: disp/01·~ digitais em calculadoras, rclogios c tod:b a:> fomms de instrumeniaç-Jo tem
contribuldo para um 1ntc:n.,,c cada vez mnior l"lll dil.po!-.illvo!> que cmitrnl IUL qU31lJo t.lc\•1damcntc polariados.
AtunJmcnlc. o-. doi' tipo.., d.: u.<,o comum que rcaJizam
essa função são o d1<1do cm1...sor de lw (LED
/íght-emíttlng d1ode) e o dt\pla_r de cristal hquido (LCD
liquid-<r)'(tal Ji(p/ll_l'), Como o LFO fa7 parte da família
doe; díspo'>itÍ\'0' de junção p-11 e aparece em alguns dos
circui1os nos pro,illlO'.\ capirulos. ele seni apresentado neste capitulo. O di(/>la\' LCD 'era descrito no Capitulo 16.
Como o nome indica. o dí<ldo en1issor de IU7 (lED)
é aquele que cnutc hu: 'i..i,cl ou'º' 1si\ cl (infra\omdha)
quando energtzado. Em qualquer JUnção p-n polarizada
diretamente. exi-.1e. dentro da estruturo e principalmente
próximo da junção. UJ113 recombinação de lacunas e elétrons. Essa ~-combinação cx1gc que a cncrg1a do clêtron
livre não ligado «j3 lr31bfenda panl outro cstndo. Lm iodas
37
Diodos semicondutons
Capitulo 1
as jllllÇÕeS[>-n semicondutoras.. wna pane dessa cnetgia será
liberad:J na forma de calor e outra pane, na wnna de fótons.
Em díodo.!> cle Si e Ge. a niaíor pon:rntagen1 tle
e1u!rgia corn·erriclu cJura111e a ll!Combi1u1t;iio najun~âo
i di~ 'i/Jf.ula 1u.1.forn10 ,fe calor no inreriur da e~1n1n1r<1,
e a lic err111idu é insig11ificantt•.
~--<>(-)
Por essa razão, o silicíoc o gennãn1o não são a tlli7..ados na construção de dispositivos de LED. Por outro lado:
~
DioJru de GaAs e111item lu:: {iniisn.:/) nu :.01u1 de
<+ >o--~
infn11 enn ..:lho d11r<J11te o prvce.,w dt• rn-cJmbin.1çiiu ntl
jun~ào
p-n
C••il
Amda que a hu não SCJª 'Í!>i\.el Ll:J>.. infravem1~
I~ pos.:>uem inúmeras aplicações nas quai::. a luz visivel
não é um efeito desejável. Incluem-se ai "'istemas de segurança. processamento industrial, acoplamento ôptico, controlê. de segurança como abrido~ Je porta d~ gnntgém é
eru.reteninleruo domestico. nos qua.ê, a luz m.fravennellia
do controle remoto é o elen1en10 controlador.
Por meio de outras combina~ de elementos, uma
luz' ~::.1vel coerente pode !.er gerada. ...\ Tabela l .9 fornece
uma lbta de senucondu1ores compo::.l<b comuns e a luz
que eles emi1e1n. Além disso. é listada a faixa típica de
potenciai-; de polarização direta em cada caso.
A construção básica de umd1odocmi,-;orde luz aparece o.a Figura 1.50 com o símbolo padrão utiluado para
o dispositivo. A superflcie de condução melá.lica externa
conectada ao materiol do ripo p é menor para permitir a
emer;ào do numero máximo de fótons de energia de luz
quando o dispositi\•o é polarizado diretamente. Observe
q~. na figura. a recombinação Jo::. pormJo~ injemdos
dC\ido o junção de polarização direta resulta em luz emitida no tocai Jn recornb1nação.
Pode haver. evidentemente. alguma ab!>orçâo dos
pacotes de energia do fó1on na própna estrutura.. 1nas
uma porcenragem muito grande pode Stt enuuda. como
mostra a figura.
T~hel
1.9
Díodos emissores de luz.
Cor
Cons1ruç»o
Ambar
AllnGar
1.1
Azul
Ga."I
5.0
\Crdc
Ttn~o
dima comum (\')
i.o
\ "crnelho
OaA'P
1••
Br.tnco
Ga.'J
~.1
Amarelo
..\llnGaP
2.l
"'º mrolico
+
.
...,&
o>------llh911l
... 1 - ---oo
lo
Vo
(b)
f" q ra 1.50 (.tl Proces.'l-0 de elet.rolun1inescência no LED.
(b) simbolo grifn."'O.
Assim como diferc1rtcs sons têm difcrcrites espectros
de frequencia (geralmente, sons agudo têm componentes
de alta frequência e son~ baixos, uma variedade de componentes de baiu frequência), o mesmo e d3 com as
diferentes emissões de luz.
O opeclrO de frequé11c:íu pltrà o /.u:; inf'rul'i..7111elha
ellende-Je de< en:a de /()() Tf/:;: IT ,. tera ... J0'1) u ./00
TH:. co1" o e.sp«tro da 111: 1·; ,·íi't•/ esr.:11de11,fo-se d.?
cun;a de ~00 a 150 TH=.
É interessante notar que a luz invisi\.el tem um
espectro de frequência inferior ao da luz visi,el.
De modo geral. quando se era ta da resposta de dis~
sitivos eleuoluminescentes, falo-se el.ll seu compnmento
de onda em 'ez de sua frequência.
As dua::. quanudades são relaciona~ JXfa segwnte
equação:
_.....,
Laranja
/
(.i)
C'
À= -
')
GaP
GnAsP
Í_+
!
onde
C'
(m )
(1.15)
= 3 x 10' m s (a velocidade dn lu7 oo \-âcuO)
f = frequência em Hert7
À= con1primento de onda
en1 n1etro«
38
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
E.XL.. 'ºLO 1 6
Usando a Equação J . 15, determine a faixa de comprimento de onda para a faixa de freqUL~cia de lw ,;si,·el
(-tOO TH7 750 THz).
So1ução.
C
~
=3
X
3 x 1017 nm/s
r
=f
X=
e
9
·111'
f
10 nm]
10'~ m
=3
=
-
400 TH z
llJll,! S
3 x 10 17 nmi<>
- 400 x t01:?H7
3 x 10 17 nm/~
750 TH7
J
400 nm a 750 nm
101;
X
-
3 x 1017 mnl:.
750
X
..
101• HL
= J50nm
= -tOO nm
Observe. nesse exemplo. a inversão resulwue da
frequência m.us alcn paro o c-01nprimento de onda menor.
Is.to é. a frequência mais alta resuJ1a no comprimento de
onda menor. Além disso, a 1naiona dos gráficos usn unidade:.. de nanõmetro (run) ou ang:.trom (A). Uma urudade
de a.ng,strom é igual a l O 10 m.
A
teSfJC\fa
do olho
l1t1111ano 1ni!clio.
comu
res da curvn de sino. A cun-a re'\'el.1 que un1 LED \ ennelho ou
azul precisa ter wna eficiêocUt muito nl3ior do que um ,.enfe
p3ra ser visi" el na mesma intensidade. Em oullllS pala\1'aS. o
olho emais sensível a COr\erde do que ãs de1nrus. Tenha em
inente que os comprimentos de onda nlOStrados represenmm
o pico de resposta de cada cor. Todas as cores indicadas no
gráfico terão uma ron-a deres-posta em forma de SlllO. de tal
modo que o verde. porcxtmplo. continuará visivel a 600 mn.
mas com um ru\cl de inh!'rlhldadc m:Us baixo.
Na Scçào 1.4. foi dito brt."YC!Jilcntc que o CraAs. com
seu elevado gap de energia de 1.43 e V, tomava-se adequado a umn radmçào cletrom:igm.~ca de luz visível. enquanto
fl Si de 1. J cV resulb:\11 principalmente em dissipação de
cwlor na recombinação. O efeito dessa diferença nos gaps
de energia pode sere~plicado. até certo ponto. pela compreensão de que IDO\-Cf um elétron de 1un nível de energia
distinto para outro Tequer uma quantidade especifica de
energia. A quantidade de eneTgin envolvida é dada por
lu-
E ~ -- -À
,rj:}fO 111.1
(1 16)
Figuro 1.51. e11u.>nde-se de cm·a dt. 350 a 00 nm, cnni
um piro pro:rrmo de 55'1 nm.
É inmtes.~te notar que o pico de re:!ilOSt:l do olho ê na
cor'-erde. com o vennelho e o aro! nas ~he111idacfes infurio-
com E,= joules (J){ 1 eV = 1.6 x 1O 1" J]
h = constante de Planck = 6.626 X lo ·3 • J . s.
e = 3 x 10' m s
À - comprimento de onda e111 1ne1ros
700
1410
"'
LILTRA\'IOLET,\
L'IFJV\~IBLHO
"'
.
Ambar
100
100
Fiqu;.-: 1.51
CUJ'\-a de resposta-padrão do olho bunWlO. mo,.cmndo que a resposía do olho à enel'!!ta lurninosa annge um pico
em 1.erde e cai pa.ro o o.zul e o vennelho.
Capitulo 1
Se aplicam1os o valor do g"p de energia de l .43
eV para GaAs na equação. obteremos o seguinte comprimenlo de onda:
l.43oV[
1,6
X
10-
I~
19
JJ = 2.288
X
J • s)()
X
e
À=
lu:
--Ei
(6.626
X )Q U
IOR m/!.)
) "l88 X J0- 1"' J
= 869 n m
Para o silício, corn é, = 1.1 eV
k"" 11 30nm
que está bem alén1 da faixa \ish el da Figura 1.51.
O comprimento de on<b de 869 nm coloca o GaAs na
zona de comprimento de onda nonnalmente utilizada ern
dispositi\o~ infravennelhos. Para um material composto
como o GnAsP. com wn gup de energia eocre bandas de
1,9 eV. o comprimento de onda resultante~ igual n 654
nm. que e:.tá no centro da zo~ \emtelhL e faz dele u1n
exceleo1e composto sem1condutor para a produção de
1 hD. De modo geral. portanto:
O cnmprin1e1110 de onda e a freq11btcio da lu= de
uma cor t'"Pecijica estão direlamente re/aciot1ados ao
gap de Elll!TglO tfo 111aJerial
\ s..c;im. um primeiro passo na produção de um semicondutor composto que possa ser usado para emitir luz
e obter uma con1binaçào de elemento<; que gere o gaJJ de
energia desejado.
O aspecto e as carncteristicas de um LED miniatura
\ennelbo de aha eficiência. fabricado pela He'"lett-Pnclard. são mostrados na Figura 1.52 Obsen·e., na Figura
l .52(b). que a corrente direta olá.\Jma é de60 mAe o valor
úpico de operação. 20 mA. No entan10. nas condições de
Leste indicadas na figura l .52(c). a corrente direta é de 1O
mA. O valor de Vn sob condiçõe:. de polamação direta
apattce como l'r e estende-se de 2..2 a 3 \. Em ou1ras
p.1b\ ras. pode-se esperar uma conente de operação tipica
dc Cera! de 1OmA cm 23 V para wna boa embsão de luz.
como 1lustr:t a Figura 1.52(c). l\otc. l."'11l parttcular. a curva
c:iractcristica lipica de díodo par.1 um LED, o que permitirá
que técnicas de análise semelhantes se1am dcscriws no
pró:<imo capitulo.
Duas quantidades ainda não definidas surgem no
tópico -Características elétricas 'ópticas em T = 25 ªC".
São elns a intensidade luminoça axial (/1 ) e a eficiencia
l11mi11oso (171 ). A intensidade da luz é medida em c:a11de/aç.
Uma candeia (cd} corresponde a um fluxo de luz de 4 Jt
lúmens (lm) e equivale a uma iluminação de/ vela-pé e1n
Diodos semicondutons
39
uma área de 1 pé.: a l pé de distãnci a da fonte de luz. Ainda
que essa definição não forneça u1n claro en1endimento da
candeia como unidade de medida. já é suficiente para que
seu ni\el SCJ3 compamdo entre dispositivos semelhantes.
A figura l .52(f) é um gráfico nonnalizado da íntensid3de
luminosa relati' a ,·erl11s corrente direta. O tem.a normoli::ado e frequeruemenLe usado e1n grãfiros para fomtter
comparaçõc. de re..-posta a wn oivel t-specifico.
l:m gr"fi«o 11or111afi;{.1di> é aquele en1 q111· a \Vriá,'('f
de ;n1ere~~c é representada co11111111 t1ive/ e.(pecífiro. dejiniclo con10 o ralar de rcferêt1cia com 111agn1tudc de um.
l\a [ 1gura l .52( J), Onível llOl'malii.ado é lOlll3JO em
l ; = 1O mA. Pcn:eb.t que a intcn!>'idadc lumino~ relati' -a
(: igual a l em l = 10 mA. O gráfico re\cla rapidamente
que a intcru.idadc da !UL quase duplicou a UJD3 c0t1cntc
de 15 mA e e praticamente o triplo cm uma corrente de
20 1nA. E 1mportnnte. portanto, notar que:
•.f i11ten,iJuJc Je /11:: de tlin LED uun1entarJ con1
a cor~nte Ji~t" até atingir u1t1 po1iro de ~u111raçiio nu
qual qualquer a111ne11to adício11t1/ nu corrt'nle não torll"rá e{eJi''"meutc.• rnuior o ní,·el de iluminação.
Por exemplo. note, na Figura l .52(g), que o aumeoLo
rui eficiêncta relati" a começa a se nivelar ã medida que a
com.-ntc é.xcede 50 mA.
O l<..'TTDO eficiinc:ia é. por dcfmição. uma mt.'dlda da
capacidade de wn ~i?:.'lcma de produzir um efeito d~jado.
Para o LED. e:-...<>a é a razão do nÍlmcro de lúmen:. gerados
porwan aplicado de energia elétrica.
O gr:ífico da Figura l .52(d) sustenta a info1111ação
que aparece na curva de resposta do olho na Figura 1.51.
Como dito anierionnenLe. note a cuna e1n form:i de .;ino
para a fai'a de comprimentos de onda que resultam em
cada COL O valor de pico desse dispositivo apro~-se de
630 nm. muito peno do valor de pico do LED "enne(ho
de GaA:.P k. cun ns do verde e do an1arelo são fornecidas
apenas para fins de referência.
A Figura l.52(h) é um gráfico da intensidade de luz
1•er:.-w o ângulo medido a partir de 0° (visão frorual do
di~positJ\O na po:.u;âo vertical) até 90° (v1~1a da lateral).
~ote que a 400 a intensidade já caiu para 50" • da mtensidade mtcial
i:ma da.'i pril1~i/)(1~ preocupaçii<.·s quando se utiliza
11m l.F.Dea lffl<iiiade n1pt11ra revt'r<;ll. quC" normalm1.'1llt•
Jica rntrf! J e 5 J' (octJsiona/111et1te, um disposra''O apn:senta um ni,~J Je 10 J').
&.sa faiu de valores é sig;nificativamen1e menor do
que a de um chodo-padrão comercial, no quaJ ela pode e:.~
tender-se até ~ de volb. Por con.i.eguinLc. e pn:ctSO
40
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
\ u-Jho J,. alta ejiciê11cia
.# / 61)
l.JnuJ<iJt!J
r:?O
m\V
1n,\
mA
!d 11
de pico dln:-tu
C1A1C1111t
00
-ss~c-
F:uu de tcmpcratuB de opcrnção e 11JT11Urnamm10
T~r.1 de -old:.t do~ 1"rniinai•
(l.6 mmctl.06} po~p-Jda) 00 COIJ>OJ
m IOtlºC'
~~C 1-'<lf ~ ~eogundô'
ObscnliiÇio: 11) RcJUL a partir de 50 &
e CID 02 m\'rc .
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3.0
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1 O : é o o:.igvlo f('Q do ei'o "'~ qwl a inll'n~id.1dc lumill\wi ~a metalk da int.m,ilJudc lumino.-.:i a~i:il.
2. O cu~ iSc •.ada di•miu;tnte. ).,,. lkri va do Jiagr.ama de cn• ai.:idaJe CíE e repn.'!.Cntil o
compn111Ct1lo de ond:a muro que define a cor d.! lw. rnubd.t pelo dapnotnu
3 A ln~t'l'i.,J.:wte ndi=ire. I •• em \l.3lWcsterradlpno. pode -ae~ por mei11 da equnção J = I '!,·
oo<le L. é 11 m~id:Mlc knn111~'"" cm candeias e 11, é., eflCilncw lumi.oo..a nn IUDK-ns!wau.
11
(e)
F'~11ra
1. 52 ~Liruatura de lâmpada \cnnelha de alta efic1ência en1 estado s.ótido da Hc?1Alett-Padaird: (a) aparência: (b)
especificações m:3Jumas absotuias: (e) caraC'lmsticns elémcas1ópucas; (d) intensicbde rellllh"'ll 1rr.rus comprimento de onda; (e)
OOtTCllle direta ··~rru.f tensão d1re1a. (f) 1ntensicbde luminosa rebnva 1·ers1JS corrente d~ (g) eíic1ência relaova 1>t>rs11.' co1Tmte
de pico: (b) UllelbldnJe lununoi.a relrul\ s 11cnw d~1ção a~lnr. (C:()flti11ua)
estar bem ciente dessa &rrave limitação na fase de projeto. No
pró\imocapítulo, uma abordagem de proteção m discurida
'Ja análise e no projeto de circuitos com LEDs.. é
útil ter uma noção dos níveis de tensão e corrente a serem
esperados.
Por 111uítn< ano,., a<: únicas t·nres dispnnil·ri~ eram
verr/2, amll1'f'lo, !arunja e 1·ermelhn. perrnitindo a urili=ação dos , ·aloTYJo médios Je 1'r = 2 V e 1r = 20 fflÀ para
obter u1n ní1~/ de operacüu C1prú.\i11rcuio.
Diodos semicondul.On!S
Capitulo 1
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Figura 1.52
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('1..,,,ntc: J..- pl<XI
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411
Continuação.
No entanto, co1n a introdução do a.Lul no tnício
da década de 90. e do branco. no fim dela. a magnitude
d~ dotS paràmctros mudou.. ?\o ca.<;0 do azul. a Lcnsão
méJi.a de polarização direta pode chegar a 5 V e. para o
branco, cerca de 4.1 V, embora ambo'.) lC11ham uma corrente de operação comum de :!O mA ou mais. De modo
geral. portanto:
Del·e-:;e acln1itir uma lrn~iio 1nédio de poluri::uçiio
Jit't'la ele 5 J'pura LEDl a:11i.\ e de 4 1' purú ~ broncos
t>m corre11U!~ de 20 111.-1 para i11iciar u111a urrúli'\e de
c1rr.ui1oç ,-01n
mA
e.~.\"e~
tipos de LED.
Periodicamente, é lançado um dispositivo que parece abrir um novo leque de poi;sibilidades. Esse é o
caw d:i introdução de LEDs bran~. cujo inicio lento
deve-se priocipali11ente ao fa1o de que essa não é uma
cor primária como verde, azul e vennetho. Qualquer
outra cor que se faça necessária. como em 1Jma tela de
n : pode ser gerada a partir dessai. três core:. 1como em
pra1icamente todos os monirores disponíveis hoje em
dia). Sim. a con1bioação cena dessas três cores pode
produzir o branco - diflcil de acreditar. mas é assim
que funciona. A 1n cU1or prova dJsso é o olho humano.
que só poi.i.ui cones sensfve1i. a' ennelbo. verde e azul.
O cérebro ê rb'J>OlbÓ'wcl pelo p rocessamento da entrada
e da percepçào da lu7 e da cor "branca" que enxergamos
em nosso cocidíano O mesn10 raciocinio foi usado para
gerar algtilb dos pnmCJTO!> LEDs brancos. combinando
em um único encapsulamento as proporções corretas de
um LED \ennelho. um verde e um azul Atualmente.
porém. a maiona dos LE Os brancos e de!oeD\Ol\ida a
partir de um LED de nirreco de gálio a7UI sob um filme
de fó~foro de YAG tl'llriun1-a/11111irrum garnet - cristal
de ítno e aJumín10). Quando a hu. azul aunge o fói.foro.
umil luz amarela ê gerada. A mistu ra dessa emissão amarela com a do LED azul central forma uma luz bronca
- 1nacred1tá\el. porem real.
\'isto que a maior parte da ilun1in0ção de residências e escritórios é a luz branca. agora temos outro opção
em n:lação à 1lwrunação incundcscentc e à fluo~C\."lllé.
As c{lrac1eris1icas robustas da luz branca de LED, associadas a uma durabilidade que excede 25 míl horas.
sugerem claramtnle que ei.sc será um concom.-nte ~-ai
no futuro pTÓ'l:irno. \ 'árias empresas passaram a oferecer
lâmpadas LED de reposição para quase todas a.s aplicaçõ.:<. po~1vci!.. Algumas têm valore!> de cticiêoc 1a que
chegam a 135.7 lúmeno; por watt. ultrapa."sando em muito
os 25 lúmens
de alguns anos atrás. Pre' ê-sc que.
por"ª"
42
DlspositNOi elelr6n1cos e leona de órc.u>IDS
em brC\e. 7 \\' de rotência serão capazes de gerar l.000
lm de luz. o que excede a iluminação de uma lâmpada
de 60 \\' e pode funcionar corn bateria de quatro célul~
D. Imagine a me!>tna lu1ninosidade com menC>!> de 1 S de
demanda de polência \tualmente. e:.critórios. :lhopping
centers, iluminação publica. 1nstalaç~ dbponi' ~etc.
estão -.enJo projetados utihLando apenas iJum1nacào
LtDs pas:.3.r.lln a~ a c:.eolha
LED. Rc'-'élltémcnte.
comum p;ira Llntcm.c. e muitos JuLomÓ\Cts d~ luxo por
causa da fonc 1ntcn!t1dudc com mcno.. n:qws1t~ de
ahmcntaçào cc:. O tubo de lu7 da Figura l.53(a) substitui a lâmpada tluorc-;ccntc comumcnle cncontrrub nas
luminiiría" de teto, tnnto rcsidcnc1a1s quanto indwtnais.
Não so elas consomem 20°10 menoo; energia enquanto
propon:íonam 25°cJ mnis luminosidade como também
duram o dobro do fempo de uma lâmpada fluorescente
da í1gura 1 Sllbl consome
J>3driio. ,\lâmpada upo
1.7 \\'30" para cada l40 lúmens de luz. re<'Ultando em uma
enorme economia de energan de 90~é em comparação
com o tipo 1ncandec-.cen1e. A lâmpadas de candelabro
da Figura 1 53(c) 1êm uma 'id3 útil de 50 mil horas e
consomem apenJ::o J \\31lS de potência enquanto geram
200 lúmens de luz.
Ante!> de p.lS!>3.r para outro 3!.sunto. \1lll10::. analisar um dupltl)' dignai de cte egmento:. aJoJado em
um encap,ulamcn10 comu1n de c1rcu1to mtegrado em
lmha dupla (Dual 1n hnc Puck.tgc - DIP ~ como DlO!:o·
Irado na Figura 1.5.t Ao cncrg1Lar º"'pano:. ccrtO!> com
um ni,cl padriio de 5 V CC. \áno::. 1.ED!> podem ser
cncrgíTaJo, e o numeral desejado. e~ibido. 'ia Figur.i
1.5.i(a). º' P'"°" são definidos olhando-se p:ua o di.'fpla.r e contando-se cm scn1ido anti-honirio a partir do
pino uperíor eo;querdo. A 1.naioria dos di.,plaJ s de sele
..egmento~ é de anodo con1111n ou catodo comum. sendo
que o 1ermo a11odo refere-se ao lado posit~\·o definido de
c;icb diodo. e o catodo, ao lado negari,o. Para a opção
de ca1odo comum. o pinos tétn as funções li 1adas na
Figura 1.5.J(bJ e nparecen1 como na íi~ra 1 54(c) Na
configuração de catodo co1nu1n. todos o::. catodo::. ::.ão
• 1
-
l ••
·--~
\
º'
(a )
(. atodo comam
' "' :ro J..• ríoolfun~ii.>
1. ADOdo 1·
:!. ADOdo 1
3. ~'m J'Ukl
~ . Catodo comum
'i,
f\
''P"'
..
w
il•1
Figura 1.53
lluminaçJo t.ED reMdenc\.lJ e co-nercial.
)
Sem J'IDO
AnoJo e
7. AoodoJ
Aixidoc
AocJoJ
q
10. XCI~
11. Scmpmo
11. C'llJOOo conwm
13 ADOdob
14 •.Anl>doa
(b)
.J • ..J
CoritnAc por ~r
,,I • ,,I I''
.
\
1
. t--'
li
Figura 1.54 /Jivik.r,· de '41! .....i;n10110,: (a)\ i,ra fn)tlral a'lltl
idenrítiOIÇ&.' do.; ~ (b ~ fUnçllc.'s W.. pillP': (e) e.''~ do
numc:nl S,
conectados entre ,j ~ fomw um ponto comum para
o lado negati\o de catb LlD Qualquer LCD com uma
tenltào pos11J\3 de 5 \ ' <1pli1:ada ao anodo ou a um :.ado
do pano cnumt.'T8do ..e ht:oara e pro<luL.1rá IUL para ~
!>Cg1ncnto "'I'* f-igunl l .5~(c.). 5 v foram aplicado!> 30::.
tcnn1na1::. que gcrnrn o numero 5. Para esse ilispchili' o
cm particular. a tcn~ média direta de ligação e de 2.1
V a uma corrente de 10 mA.
Várias configurações de LEO scrJo c~aminacbs no
próximo capitulo.
Diodos semicondutotts
Capitulo 1
1.l 7 RESUMO
1.
.~'> caractcri~ticas de wn diodo ideal são semelhantes
16.
ãs de uma cha,re simpl~. exceto pelo fato importante de que um diodo ideal pode cond02ir em um
único sentido.
17.
.,
O diodo ideal é um curto na região de condução e
18.
3.
um circuito aberto na região de niio condução.
Semicondutor é o n1aterial que possui nf\ el de conduti\-idade entre o de um bom condutor e o de urn
19.
4.
5.
6.
isolante.
Uma ligação de átomos reforçada pelo oompartilhamcnto de elétroos entre átomos vizinhos é chamada
de ligação covalente.
O aumento de tempera~ causa um aumento
significativo do número de elelrôns h"res em um
material semicondutor.
.~ maíona dos materuus ~miconduton."S utilWidos
na indfu.tria L:letrõnica po"su1 coeficientes de tem. ... ..
pénltura negau~·os, ou .....:Ja.. a rcs1:.t~1a cai co1n o
aumento de temperatura.
~1alcriais intrínsecos são º"semicondutores que
possuem um nível bastante baixo de impure-I. as, ao
passo que os materiais extrínsecos são o~ que foram
e~ostos a um processo de dopagem.
O material do tipo n é formado pela adição de átomos
doadores que possuem cinco elêtrons de valência
para estabelecer um alto ni' el de eletrons relnrivamente livres. Em um material do tipo n. o elétron
é o portador majoritário e a lacuna é o portador
minoritário.
O material do tipo p é fonnadn pela adição de átomos reuptores com três eléO"Ons de 'alência que
õ-iabelecem um alto ni' el de lac:unas no 1nater1at No
matenal do trpo p. a lacuna to pottador ma1ori1ário
e o elétron é o minoriláno.
int~
e não é sensí,•cl ao formato d.1 CUJ'\'n. A
resistência CC diminui com o aumento da coerente ou
da tensão no diodo.
A resistência CA de wn díodo é sensi\iel ao formato
d3 cut\ a na região de interesse e din1inui para \'alóre:.
mais alto:. de corrente ou tensão no diodo.
A tens.io hm1ar é de aproximadamente O.7 \ para os
diodos de silício e 0,J V para os diodos de germânio.
O valor da má.'<.ima dissipação de potência de um diodo
é igual ao produto da tensão e, da co11cntc no dtodo.
A capacitância de um diodo aumenta txpooencialmente com o aumento da tensão de polarização
direta Seu.-. níveis mais baixos estão na retriào de
polarill!Çào rcveNL
O sentido de condução de um diodo Zener é oposto oo
da ..etano ~mboto, e a tensão Zener JXK"1Ú polaridade
oposta ã de um diodo c-001 polarização direu.
de
Conclusões e conceitos ·mportartes
43
-
20.
2 1. Diodos Emis5ores de Luz (LEDs) emitem luz sob
condições de polarização direta. 1nas requeren1 de
2 a .i \ ' paro uma boa emissão.
~
7.
8.
9.
10. .~região pr6xuna da junção de um diodo que possui
poucos portadorc..-. é chamada região tk depleçio.
11 . Na ausência de qualquer polanzaçiio c:ucrna aplicada. a corrente no díodo é Tgual a 7-1.'TO.
12. Na região de polaríziçào direta. a corrente no diodo
aumenta eX'ponencialmente com o aumento da
tensão no diodo.
1J. Na região de polarização m-"eJSa. a corrente no díodo é
a corn:nte de saturação 1T' ersa. muito pequena. até
que ocorra a ruptura por efeito Zcmer e a corrente flua
no sentido oposto ao indicado pelo simbolo do diodo.
14. A corrente de saturação reveisa I praticamente dobra
de \ alor para cada awnento de lo e Da remperarura.
15. A resistência CC de um diodo é determinada pela
relação entre a tensão e a corrente no diodo oo ponto
Equações
lo=
/ l(el plnVr -
1)
t.T
''r = -q
= Te +
= 1.38 X
TK
273º
A.
1 0-~ J / K
\ 'K ~ 0,7 V (Si)
\.'A·
i:'
1.2 V (GaA~)
VA· ::: 0.3 V (Ge)
Vv
Ro= lo
.i\'ú
26 mV
AfJ
lo
~ Vt1
tl l,1 pi. J
Po
"'
• = Volo
1.18 ANÁLISE COMPUTACIONAL
Ooi:. p.;K.'Olei. de so_ft11·011! desen\'Oh i<b. para amli:.ar
cu-cu1to!> elctrõn1cos !>l.-rào apresentado!> e aplicado!> em
todo o bvro. EJ~ mclut;m o Cadente OrCAD. \ ersio
16.3 (figura 1.55} e o 1\lultisim, versão 11 .0.1 (Figura
1.56). O contcudo 101 escrito com dctalht.-s suficu:ntes para
nsscgurar que o leitor não prcci~c conl\ultar nenhuma outra
literatura de computação par.t usar ambos os progi:unas.
44
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
Selecione Dmlo lnstaDntion e a caixn de diálogo P~
paring Setup se abri.rã.. seguida pela mensagem \\1ekome to
thc lnstaUation \\àard forOrCAD 16.3 Demo. Selecione
l\cxt e a caixa de diâlogo Littnse Agiwn1ent será aberta.
Escolha l aettpt e seloc}()QC ~ext para abrir a cai\8 de diálogo Choose Destination.. mostrando ln:stall OrCAD 16.3
Demo Accep1 C:\OrCA010rCAD_ 16.3 Demo.
Selecione :\el.t e a cai.'"ª de diálogo ~ lart Copying Files se abrirá. ~colha Select novamcnrc e
figura 1 ~... Pacote Cade11ce OrC\D Design. \ersâo
16.3. 4Fom: Dan Trudden/Peatson)
Figura 1.56
~luhislrn 11.0.1.
(Foto; Dan Trudden Pears.on)
ulilizatatn qualquer wn de!.so programas no pas....,do vão achar que as mudança!. são pequena:.
e apartt<.-m principalmente na parte frontal e na g~'nlção
de da~.: gráficos ei.pccílicos.
A razão para a inclusão de dois programas dm~-a
do fato de que ambos são utili7~dos por toda a comunidade educacional. O softu•al'(' OrC1\D tem Ul1l3 área de
Aquel~ que
in,-estig.açào maio; ampla, mas o Multisim gera telas que
se adaptam melhor à experiência laboratorial real.
1\ \'ersâo demo do OrC AD é tomecida gratuitamente
pela Cadence Design Systems. l nc. e pode ser bai'<nda
diretarnen1edo '"ebsit~da empresa: <http.
cadence.
com products:orcad!pages/do\\'nloads.aspx>. O ~l ultisim
deYe ser adquirido da ~ntional lns.trommts Corporatioo
pelo 1•eruire <hnp:. twww.ni.com·1nulttsim '>.
Em edições anteriores. o pacote do OrCAD era considerado um programa PSpice principalmente por ser um
subcOnJunto de ttmn versão 1nais sofisucada. amplamente
u:.ada na 1ndlhtna. chan1ada SPICE. Dai o '-"lllprego do
t.enno PSp1ce Jl3S descnções a scguu· ao inicl3JlllOS uma
anáh~ utilizando o sofe1•are OrCAD.
O p~'iO de do~1·11load de cada pacote d.: sojn1·are
será apresentado agora, assim como o ~ pecto geral dn
°""""
mia
~11ltan1~
OrCl\O
lnstalaçào:
Insira o D\ 'D OrCAD Rele.is e 16..J na unidade de
disco parn abrir a tela do .~ofh~·are Cadentt OrCAD 16..J.
a caixa ele diálogo Read } 10 lrutall Program scni aberta..
Clique Lm lnstall e a caixa lnstalling Crystal Report )L1i
aparecerá.A caixa de diãlogo Setup se abrirá com a mm·
sagem: Setup statu~ in'italls progran1. Agora, o Instai]
Wizard está instalando o OrCJ\O 16.3 Demo.
Ao final, aparecerá uma mens:Lgem: Senrching for
ond addin~ prognm~ to the \\'indo\\ºS firewull excep-
tion list. Genentiog indeles for Cadence ffelp. This
may take S-Ome ttme
Quando o processo for concluido, selecione Fioisb
e a teln do Cadeoce OrCAD 16.3 aparecerá. O tofru·"re
foi instalado.
fcone de tela: o ícone de tela pode seI estabelecido (se não aparecer automnucamente) aplicando-se a
sequência a seguir. ST,\RT-1\U Programs-Cadenc-e-OrCAD 16.J Demo-OrCAO Capture CIS Demo.
seguido de um cliqu.: no botão d1reiLo do 111ouse parn
obLcr tuna listagem. na qual voce deverá ~lhcr end
to e depois Dé ktop (cr iar atalho). O ícone do OrC.>\Il
surgirá cm scgwda na tt!la e potlcr.i s.cr movido para o
local apropriado.
Criação de pastt: começando com a tela de abertura
do OrCJ\D, clique com o botão direito do mouse na opção
Start, no canto inferior esquerdo. Em seguida, escolha Explore e depois Bani OriYe (C:). Entiio, coloque o mow;e
sobre a lic;rogem de pastas e dê um clique no botão direito
para obter uma listagem com ,-nrias opções. Esc-0lha x~.
seguido por Folder edigite OrCAD 11.3 nnárea fornecida
na leia. depois dê um clique no botiio direito do mouse.
ün1 local para tod<b lb arqui\ a:> ge.rodos usando OtCAD
foi estabelecido.
Multisim
Tnstalaçio:
lnsim o disco f\.iuhisim na unidade de disco de DVD
para obter a caixa de diálogo Autoplny. Em seguida. selecione .t\J''1l)"S do lhls for sofh,are aDd games e depois
Auto-roo para abrir a caiii.a de diálogo NI Circuit Design
Suite 11.0.
DigiLe o nomt: completo a ser usado e fom~ça o
número de série. (E!.sc numero aparece no Ceruficado
de Propncdade que acompanha o pacoLc do N1 Circwt
Design Suite.)
Capitulo 1
A seleção de cxt resultará na cnixa de diálogo
Destinatioo Dircctory. na qual \:OCê deve escolher
Accept para o seguinte: C:\Program Files{X86) NadonaJ lnstrun1cnts\. Selecione ~ext para abrir a caixa
de diálogo Features e depois l\J Circuit Design Suite
11 .0 . l Educaâon.
A ~eleçào de Next resulcará na C31Xfl de diálogo
Product NollCicaUon e oUlro l\e.>.t ~uharà na catxa
de diáJogo License Agreement. Um clique ao botão
esquerdo do 1nouse sobre 1 accept pode. cnlão. !>Cr seguido pela escolha de NeAt para obter a cai.'la de diálogo
tart lns tallation. Outro clique no botão e querdo do
mou-.e e o procc!'so de instalação começara, com seu
progresso sendo exibido. O processo demora entre 15
e 20 minutos.
Na conclusão da instalação. você <:era solicitado a
instalar o il Elvisot-c: driver D\'D Desta "ª·selecione
Cancel. e a caixa de diálogo 1\l Circuir Design Suite
11.0.1 aparecerá co1n a seguinte mensagem: 'li Circuit
Drngn uite 11.0. t bas beco iostalkd Clique em Fioisb.
e a resposta ~erá a de reiniciar o computador para con1-
Diodos semicondut.OnS
45
pletar a operação. Selecione Restart. e o computador será
desligado para iniciar de novo, seguido pelo surgimento
da caixa de diâlooo :\1ultisim Scrccn.
Selecione cti~ate e em seguida Acti' are througb
secure lnrernet connection para que a caiu de diilogo
Activalion \\"izard sejn aberta. Digite o o úmero de série.
segwdo por ~ ui Jl3Cll inserir todas as informacões na
caixa de diálogo ~l ActJvatioo Wlzard. ~lecionar tl. t
l'C!>ultará ru opçào de Send me au emaiJ confinnation
-
of thís activa:tion.. Seh..-cionc L"Ssa opção. e a mensagem
Product ~ u ccnsfull~ activated aparcccrâ. Selecione
Fini~b para concluir o processo.
•
lcone ~ tela: o processo descrito para o programa
OrCAD produrirâ os mesmos resultados para o \fultis-im.
Criação de pasta: seguindo o procedimento já
apresentulo para o programa OrCAD, uma Jl3Sla cham:ufa
OrCAD 16.3 foi criruia para os arquivos ~1ulri-;im.
A seção de informãúca do próximo capítulo abordará
os detalhes da abenura de an1bos os pacotes de :mális.e.
OrCAD e ~lultísim. criando u1n circuito especifico e
gerando UJll3 varied3de de resultados.
PROBLEMAS
• \ 'ow · il.'lenscoi. indícarn
º' problemas m.'lh d1ficei;;.
Seção 13 ligações covalentes e materiais intríruec:os
1. E.:.boce a estrutura a1Õm1ca do cobre e dbcUia por que ele
e um bo1n condu({)r e como l>ll!l ~é dtíerente dn do
ge1md.nio, do <;ilicio e do~ de l:•dto.
l . Defin:t. co1n suas pr6pna~ pab\ 1'3$ o que '1gnifica1n ma·
renal 1ncrinseco, coeftc1enlt! de temperarum negauvo e
ltg;M,'ào covale1ue.
J. Pesquke e lisre três m:uenais que tenham um coelic1e1ue
de ~mpemturo negativo e ~que Cc!nlwn un1 coeficiente
de cemperntura postU\ o.
Seção 1.4 Níveis de energia
4.. a) Qual ê a energia ein joules n~ para ruo\cr uma
carga de 1] i1C ntrn\ és de wm diferença de potencial
de 6 V'!
b) Dei.cubro a energia em eletron-\olts para o item (a).
5.. Se .is e V de cn erg.ia c;.ão o~"3rios para lt\O\'cr uma carga
atm\'~ de uma diferença de po1i.".llCU.l de 3..1 V, determine
a carga envolvida.
6. Ptsqu~ edetennine n nl\-el de E.: P31'3 GaP. LnSeGaAsP,
lfês matenalo; sen1icondutores US3~ na pr.illca. Detenrune
wnbém o norne de cada n'tllt:n.3l
Seção 1.5 Materiais dos tipos n e p
7. E.'tpliqllc a di ícrcnça entre os ll13lcriah semicondutores do
trp1.1 n e do LtJlO p.
8. E'plique a diferença entre
:is
impurezas doadoras e
acci1adura~.
9. Explique n diferença en(fe portador ID3joritâno e mmo-
mano.
1O. t'boce :t ~ ntõmicn do ~ilicio e 1n..tr3 wn átomo
de ar.ãiio romo unpure7a. confonne delnOnl>-uado para o
'iili.:10 na Figura 1.7.
11. Repna o Problema l O, nias insira agora um á1ornode índio
como 1mpurer.i.
12. Pe:.qw...e e encontre ourra explicação para llu."<o de 13cuna.,
1'en'U.' t1 u'liO de el~iron.o;. Uu 1i7ando runbJ.' 3" e'phcaçõe..
descreva com -.uas pr6p1'ias palavra.' o f'l'OCCS.'<> da condução 4k lacunas.
Dtodo semicondutor
13. ~'ª com ,ua..<; próprias palavra.~ª' rondu,-õe<; ~­
belec1d:b pel.u ~itll3ções de polari7.ação direta e ~en.a
em um dtodo de JUnção p-t1 e con10 elas afewn a coc 1m1e
resultanre.
14. E.~plique como você s.e lentbrará d~ e~ de polarimçio
direta e re\er>a do d1odo de Jllrtção p-n. Ou -.e;a.. como ,.e
lembrará de qual [IOtencial (p<1~1tivo OU negati\O) é aplicado a um determinado tcnninal'!
15. a) DetermU'le a tensão 1ém11ca de urn dioJo a uma iempe-
Seção 1.6
ratur.1
de !O ºC.
b) Pam o~ diodo dQ itern (e). d..--tem11ne a corttnte
do dJodo usando a EqU3çdO 1.2, i.e I
.JO nA. n :!
(\alor baL~o de i " ) e a tensllo de pol.irização .:placad3
éde0.5 \ .
16. Rep1m o rroblem.a 15 para
100 'C (flOlllO de ebuhção
~ áyU:t). C00-'1tlere que/, au1n.m1ou Jmll. 5.0 µA.
17. a) Uula:andoa Equação L2. detennuieacomntededtodo
a :!O ·e pam um diodo de siliclo com n • :!. J 0.1 pA
en1 um potenc1al de rotarlzaçào re\ ersa de - 1o V.
b) O t"e>ulrNlo é o o.perodo? Por quê?
r
46
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
18. Dada uma com:nte de d iodo de 8 mA e n = 1. dctcnninc /,.
se a 1C1bào aplicada é igunl a 0.5 V e tctlhC tcmpaatura
ambiente 125 "C)
• 19. I>ad3 uma corrente de diodo de 6 mA. l'r= 26 m\'.11 = 1
e I = 1 n.-\. dc:tcnninc u tensão aplicada 1·,,.
20. 1) Tnicca fi.mçào dey = !"'de Oa 10. Porqucêdificiltraçar
C'S..<;ç C1 áfico?
b) Qusl é o '1--alor de y = e' para x = Q?
c} Com base nos resul tados do item (b). por-que o fator - 1
e imponante na Equação 1.2'7
21. '-:a região de polarização r<."Vc:rsa, a conente de ~ção
dc um cüodo de silício é de cerca de 0.1 '1A (T = 20 ºC).
Dctc:nntnC seu '1-1llor aprox.ilTllldo. !o.e a tcmrcratum for
aummtad.-1 40 ,,e.
21. Compare as características de um diodo de silício e de
gt.1 niãuio e determine qual você prcf~ para a maioria das
aplicações práticas. Dê aiguru. detalhes Coosultc a lista de
diodos de um fabricante c compare as c:D'3àcristicas de um
diodo de go:t 1o:ioio e de silicio de cspccifie3ÇÕcs m.í.1'ima:.
scmc:lh:mt~
23. Dctmninc a queda de tensão dircia atr.r'-CS do diodo cujas
caractcn5ticas llp3rCCcm na Figuro 1 19• .11c.mpc1aturas de:
-75 º C. 25 ºC e 125 "C e com uma cona1tc de 10 mA.
Para cada trmpcraturn. determine o valor da conente de
saturaçiio. Compare os extremos de cada uma e c:omcnlc:
a Dzâo entre as duas.
1.7 O ideal versus o prático
24. E:q>liquc com suas próprial> palavras o significado da
pala\Ta i<ka/ aplicada u um di~posih\'O ou ~istc:ma..
25. E"(pliquc: rom suas pró1Jrias palavras as ~~ do
diodo idraf e como elas determinam ~ ~ ligado e
daligado do disposilivo. Ou seja. JXIT que O!< cqui\-Ulrntcs
de curto-circuito e de cirçuito aberto são~·
?-6. Qual é a prinçipal diferença entre as camcri,.1icas dc urn:i
chr.-c !>imph:s e as de um díodo ideal?
Se~o
Seçao 1.8 Níveis de resistência
27. Dctc:nninca rc!>istêncill est1í1JC11 ou CC do diodo d3 Figura
1.15 p.tra uma com:nlc: direta de: 4 mA
23. Rcpiti o Problema 27 para uma com:nte dirna de 15 mA
e çomparc os rc:;ultados.
?9. Dctmninc o m.istencia estática ou CC do diodo co11JCfcilllmcnte disponivcl da Figuro 1.15 para uma tabào TI:\ersa
de - 10 \ .Como isso se co1npan1 com O'\'lllocdctc.:nnínado
para urna tc:ns.io rcverstt de - 30 V7
30. Cakute as rcçistinc;ias CC e CA do diodo da Figum 1.15 par.!
UDl3 t'Olta11e din:t1de 1O111~ e compare sua.-. imgru":Udc:s.
31. •> Determine a n:sistênciu dinâmica (CA> do díodo da
Figura 1 15 paro u1na corrcnte diJ"C'la de 10 mA. usando
a EqU3Çào 1.5.
b) Dc:tennine a re.,istência diniimica (C.~l do díodo da
Figura 1.15 para U11U1 corrente din:ta de 1OmA. 11:>illldo
a Equação 1.6.
c) Coi~ as soluções do!> itC'll!t (ai e (b)
31. U!>.indo a Equoçào 1.5. determine a ~1,ti:nci.a CA paru
a... cociente::. de 1 mA e 15 mA no díodo cb Figw.a 1 15.
Coaupouc lb soluções e deSçrl\Oh'll uma concll.!5ào gtTitl
qpe COlbidcrc a n:sislência CA e oi> uiveis ~te:. de
cona1te ro díodo.
33. l'!>3Ddo a Equ<JÇào 1.6. determine ll n:si!.téocia C A para as
coca ente. de 1 e 15 mA no diodo da Figura 1. 15. :\todifique
o equação. conforme nccc:..sirio. pura oivei~ bai.1'os de
corrente no diodo. Compan: com os resultados obtidO!> no
Problc:ma 32.
34. Dc1cnnine a ~i!'têu~ia CA média parJ o díodo d.1 Figuna
1.15. para a n:gjào cotn: 0.6 e 0.9 V
35. Determine: a JCSislência CA para o diodo dn Figwa 1 15 cm
0. 75 V e COlltpiUC t()ftl a resistência C1\ média obrida no
Problema J.a
Seção 1.9 Orcuitos equivalentes do d íodo
36. Dctenninc o cin:uito cqun-a.lcntc lincur por partes para o
díodo da Figura 15. U:.c: um segmento de reta que cruze
com o eixo borizonbl cm 0.7 V e que melhor aproilinc a
cun11 ptml a rcgiio aci111a de 0.7 V.
37. Repita o Problema 36 para o diodo da Figura 1 2.,.
38. Encoom o circuito c:quiv.ilcnlc linear por partes para os
diod~ de gmnirüoe ck arscncto de gálio da Figurt l .IS.
1.10 úpacitância de transição e difusão
•J 9. :i) Tornando como ba.:.ca FigurJ l.33. dc:lerminc: a capacitãnci11 de tr.lnsiçào para potenciais de polnriznç.lo i'C'Cl':.a de - 25 e - 10 \ '. Dctc:rminc o mziio c:nll"C a variação
do valor de capacitãncia e a vuriaçiio na tensiio.
b) Repita o item (a) para potc:nci.iis de polarização f'C'\.~
de -10 e-1 \'. Ocimniuc a r.aào entre a \.ariaçàc> do
vaJor da QPacitãncia e a variação no valor d3 tensão.
e) Cornpare a-, razões dctcnnin:uJas nos iten~ (a) e (b>.
Conclua qual faixa de opcr.içào possui mai!> ircas de
apl icaçào pritica.
40. Com base na Figura 1.33. d~crminc a capucitãncia de
difusão para Oe 0.25 V
..&I . Eitpliquc com suo.:. próprins rnlt1vrn:. a di ferença C'tlll'C a:.
capacitincillS de difusão e 1rnosit;.ào.
42. Dc1crmine a rcatmc1a apresentada por um diodo dci.crito
pela cun1l CJ1111Clcri,1icn dJ Figurn 1.33, para um polcucial
dirc1o de 0.2 V e pa.ra um pocaicial rcver.;o de -20 V. se a
froquénci;i ap!icuda '°"de 6 MHL.
43. A capacitãncia de tramiç-.lo sem polarização de um diodo
de silicío é 8 pf com J'4 = 0.7 \ "e: 11 = 112. Qual a capacitância de l.Tani.iç3o. :.e o polC'llcial de polariuiç.ào n:\CN
aplicDda fttr 5 \'?
44. Dc1cnninc: o potcuci.i de polarizayão rcvers;a aplicad.1. se
n capacit.incia de ~ào de um diodo de i.ilicio ê de 4
pF. ma:. o valOt" :.em polarização é 1OpF com n = 1 3 e 1·,
= 0,7 V
Seção 1.11 Tempo de recuperação reversa
45. Esboce a fonna de onda para o corrente / do circuito da
Figure 1.57. :.e 11 = :!t,. ~o o 1en1po de recuperação
I\!\ Cl"Sól lotal de C) lb .
---
1o
"
~---1IJllMI--=+
11 a
.5m
o
!i
-
Figura 1.SJ'
Pn'lblema ~5.
..'
Capitulo 1
Seção 1.12 Folhas de dados do óiodo
*-16. Trace 11 t·1.-rSIL'> f'1 usando~ lineares paro o d1odo da
Figuro 1.37. Observe que o gráfico arr~do emp1ega
esca.13 lognrlanica !)ara o eixo \ertical (esca.b.<i logaritn1icas
são nbordadns nas seç~ 92 e 9.3).
_.,_ a) Comente a variação no 'alor da capacitãnc1a con1 o
aument0 do potencial de pobrizltção re\en;a para o
diodo da Figura 1..37.
b) Qual é o nível de c·1oi!
e) U;i(llldo VA 0,7 V. determmeonnd denro Equação 1.9.
-'&. A corrente de !.aturaçào re\et:.a do diodo d.a Figura 1.37
\aria sígníficativan11?nle em amphnicie para porencr.us de
pobriznção reversa na Caiu de - 25 a 100 V!
*49. P3ta o diodo da Figura 1.37. detennir.e o \ator de l ;, à
temperorura an1bien1e (25 C) e pana o ponto de ebulição
d.:a ôgwi 1.100 º Ç). A mudança e Stgníficanva·.1 O\alor qua&e
tJobra pam cada 1O Ç de numemo na temperarura?
SO. Pnra o dJodo da Figura 1.37. de1e11Dine a res1stência ("/\
(din.imrca) rnax irna para uau conente daretn de 0, I, 1.5
e 20 mA. Co1npare ~valores e comente'><!· o.. resultndos
continruun as conclusões obtidas das seções anieriores
desre cap11ulo.
51. l..:'klndo as carac1crisucas ap~rad!~ n:i f1gurn 1.37,
detemune o.~ valores de di:-Sip.1ç00 de potência nlixi1na
paro o d1odo à temperatura amb~ (25 C) e a 100 C.
Al>..çumindo-~e que 1'1 pe~ fu.o em O. 7 V, conlO o
,aJor m3..'l:in10de11 variou enue oç dots OÍ\'etS de ten1perarur.t"!
apresen•:id:is na Figuro
1J7. de"tenn1ne a 1entp.!ratllra na qwiJ a correnre no d1odo
ttti 500 o de io.eu \ alor ã lemper:uura :unbiente (25 ...C).
52. l',"élndo as curvas
~teri:.ucas
Seção 1.15 Díodos Zener
53. ,.\.-; ~UJ ntcs caracterü.ucas são es,pecific:ida,, para uin
detenn1nadodiodo Zener: VL ""9 V. l '.t• 16.8 V. la 10
mA. /
20 µA e I L" .W m.\.. b.boce a cuna camcterisnca do modo exibido oa figura 1.4"7.
*S-1. l::m que 1en1perarurn o dJodo ánt:r de 10 V da figura
1..;1 apresentara wnn tensão nonuna.t llc 10.75 'v·t (Dicu:
olh.tt\e °"dados na Tabel3 1.~.)
55. IX1ennine o coeficiente de~ de um díodo L.ener
de 5 V (esti1nado em 25 ºC). se a lalSão nominal cair para
4JI V a uma te1npcrarura de 100 ..C.
Diodos semicondul.On!S
47
56. L!>M!do as curYas da Figuro l .48(a). que ,-.Jor para o
coeficieme de t~tura se espera para um diodo de
'.!O \ '"! Rep~t.a i......o paro wn diodo de 5 V Suponha um:i
oaJa 'i~ tntrc o:. níveil> de tensoo nomirial e um ní\cl
de conmte de 0.1 mA
S7. Di!temune a imp.."Cllncía dinâmica para o d1odo de 1~ \'
com l
10 mAcb figura l.4R(bi. Obí.~eque Q:-.ié.:ms
~ Jogaritmica
Compare os \"afores de impedância dininuca do dtodo de
24 \ 1 da Figura 1.48(b) para valores de corrente de O..!. 1
e 10 mA. QuaJ a rel3Çào entre os resultad°' e o R!'-pectO d1l
cun.·a canictcnstica nessa região?
Seção 1.16 Diodos emissores de luz
59. Com bibe na Figura J..52(e), qual :-.enn um \'alor apropriado
de I'~ para~ di'>J)C,))ilivo'! Compare C()m o \Blor obl1dó
de f '. pani o silício e o gi:nnânio.
60. Dado que Er = 0.67 eV para o genruiruo. detennüie o
compnmenro de onda da respo~ta ..olar má.111ma paro o
material. Os fõtoru; 11C8Sc comprimento de ood3 1êm um
níYcl de energia inferior ou superior?
61. Lttlizancto as infomlllÇÕes oferecidas piela figura. I~
~i~ a ten~ direta n1mv~ dt.1 díodo. <;ta inlbl~
lwninosl JCbtn-a for de 1.5.
*62. a) Qu:ll e o aun1enlo percet1rual na efic1éncia ~lari\"'ll do
dispositiYo cb figura 1.52. se a coITC11tc de pico foc
aun~ dr! S p:.1t3 1O1nA"
b) Rcpíta o item (a) aumentando de 30 mA para 35 mA (o
~aumento na corrente).
e) Compare o aumento percentu:i.I doi. nens (ai e (b).
E.-n que pon10 da i:urva você diria que há um ganho
muito pequeno para aumentos 11dic1onali rut correm.e
de pico?
63. a} Se a i:ntetL>idade luminosa c1n uma dtspn.ição angular
de O" for de J .O mcd pan1 o dispositrYo da Figun 1 52.
em que ãngul,l ela será de O, 75 n1cd !
b) Em que ângulo a n:dução da intensidade luminosa é
lllll·13r oo que ·oo ~'!
*64. Es.hoce a CUl'\':l de redução de corrente para a corrente
direta media do L[D "ermelho de nh.a eficwênc."13 da Figuro
1.52 roofonne detemunado pela temperarura. (Obser. e os
\akxc:. mhÜl:Mb ah..olutos.)
Aplicações do diodo
Objetivos
•
•
Comprttndcr o conceito de análise por n:ta de au:ga e como ele se aplica a c11t'Wto:. com diodo.
Famili.:uúar-!>C com o uso de circuitos cqw\-alrotes p.ua analli.tlr Cll'Cwtoi. com diollo cm !.~ric. c:m paralelo e cm sáic-paraltkl.
Compreender o proc~..o de re1ilicação P3fa esabefecer um nh el CC a p.111ir de~ ...'fltr.id.1 ( \ ...cno1dal.
Ser C'lp:tZ de pre\cr a resposta de saida de wm configuração de d1odo ccifador e P'311lpcador
fauulwiar-~ com n anáhsc e a gama dc aphctçõcs de diodos Zencr.
-
2.1 INTRODUÇAO
A C"U\Uuta. a características e os modcl~ de díodo.....em1condutorn forarn apre...entados no Capírulo l .
Este CJpitulo del>envol,crà un1 conhecimento funcional
do d1odo cm d1\ersai. configuraç&.~ utilil..ando modelo.:.
apropnatlo:. a c-.ida tipo c.Jc aplicação. Ao final do capirulo.
o padrão fund.lmcntal du con1portamento dm dJodos em
ci.rcwto C(' e (A deverá estar clar'dJJlcnlc compreendido.
O- concc1t<b aprcnd1dus neste capitulo -.cr-Jo ~gruficau­
vos no ... --cguintcs. Por exemplo, dto<l~ ...ão empregados
com frcqucncia na dc..,criçiio da fabncaçào básica de
tran'i<>torc-- e na analise do: circuito.., ~i"1orindos nos
domínio CC e CA.
E te capítulo revelará um ac;pecto interes;;ante e
muito útil do e-.tudo de áreas como a 005 di"P05itiYos e
"istemas eletrônicCI':
Uma
\"<':'
C'on1preendido o .Juncionumenio básico
de um áivpositi1·0. é f'"~\i1·e/ L'.r:umi11ar 5UO fun iio e
rc posta en1 uniu 1~1rietlude i11{initu de ron]i!.'TJTOÇÔC
Em ou1ra.s p:ilavras, agora que temos um conhecimerito bi ico dil5 caractcristica'> de um díodo jwu.amen1e
com 'ua resJ>O''ª a rcn ões e corrente<\ aplicada'>, podemos Ul>Ar e-.:.c coohec1mc1110 rara exan1inar uma grande
variedade de circuito:.. ~ào h,j n..'Cc~s1dadc de rccumiOM
a rcsposl3 do di,po,it1\o para cacb aplicação.
De modo geral:
A u11cili~c! Jecin'llllOS clt•trrinfro.1 pocle .1eguir 11m dos
doi\ ca1111nho\: usar ar ct1ru, rerÍ\fic'11
reai.~ 011 aplicar
1111r 111()(/elo 11pn>Ti111aJo pari1 n tli\/>O'iitii·n
Para o d1odo. a Ji,cussào inicinl incluirá as caracterí~1 1ca-. reais p:ira demonstrar clan:uncnte como 3.!>
caractcríst1ca" de um di,po-.ill\O e os parâmetro5 de circuito interogem. 1\ sim que O'\ rcsuluidos ob1idos .;e tornarc1n confiá\e1-.. o modelo aproximado por partes .;er.i
empregado para \Crifie<ir o-. rc ultado-. encontrados por
meio das caracteri,tica completas É in1ponante que o
papel e a re~ro,1a de vário elemento e1n um :-istema
eletrônico sejam compn.'eT!Ji<los 'em que seja necessario
recorrer continuamente a C'í:tensos procedimentos ma.temáticos. Comwneruc. i,so é obudo por n1eio do p~
de apro>-nlla\lÂO. que pode 'iC:T ~•.uue comple,o. Embora
o.:. resultado ob1ido~ utilizando as caracteristtca!. re.ais
possam ~ um pouco diferento dos aJcançados por meio
de di\~ aproxilll3 &.-.... dc\ê-sc! ter em mente que~
caractcrisucas ob~ de uma loUta de dadoi. podem l>O"
ligeírumcnlc dJfcn.-nt~ daquelas de um d1spos1tJ\O usado
na pr.itica. Em outras pWa\TDS, por cxcmp lo, a.s caractc:ri.'itica.-.
Aplicações do diodo
Capítulo l
de um díodo semicondutor l \J.iOO 1 podem variar de tun
elemento para outro en1 wn mesmo lote A \ariaçào pode
ser pequena. mas coslwna ser :.uficieote para \ alidar as
aproximações en1pregadas na análise. De\ e-se colbidcrar
tambêm os outros elementos do cin."'Uilo: o resistor com
,"3Jor nominal de 100 n é de exara.mente l 00 Q? A 1ensão
aphcnda ~de. exatamente. 10 V ou. quem sabe de 10,08
\ '? Tod3S essas possibilidade:. contribuem para a crença
geral ~ que uma resposta dc1cmnnada por meio de um
COllJunlo apropriado de apro~ podc !>l.'T ºtão prcci:.a~ quanto a.... que empregam t.od.l:. ai. caractcrística!5.
"\esrc lnTO. a ênlàsc está no conhccnneruo fimcional de um
dL"J>Oqti,·o por meio do uso de apro"<nmçõcs apropriadas,
evitmdo. assim, um nfvel desnecessário de comple11.iclade
matemática. No entanto. seriio nonnalmente fornecidas
7
infonnações suficientes p:ira pennirir uma anâlise n1atemática detalhada. caso desejemos fazê-la.
•
2 .2 ANALISE POR RETA DE CARGA
O circuito da Figura 2.1 e a m.J.b ~1mpll'!> das configurações com diodo e sera utJhmdo para dcscrcvcr a
an:ili..c de um circuito com d1odo:. porltK'lo de !'.-ua.s carnctcri.sti~ reais. \Ja próxima seção. substituiremos a curva
carnctenstica por um modelo aproxim3do para o díodo e
compararemos as soluções. Resoli.crr o cin:uito da Figura
49
2.1 significa determinar os valores de corrente e tensão que
vão satisfazer ao mesmo ten1po tru110 as características do
diodo quanco o:. p:iràmeU'Os de circui10 escolhidos..
Na figuro 2.1. a curva característica do diodo é colocad3 sobre o mesmo conjunto de eix~os de uma linha reta
definida pelos parlmecros do circuico. A linha reu é <koorrunada n-ta de carga porque a inter..a,.'ào no eixo \ erucal
ê defin1tb pcla carga aplicada R. A anâ.l1!>4! a seguir é.. por
com.<.-guinlé. ch3mad.l de auálise por reta de carga. A íntcrSl.'Çào das dna!> cuna:. vai dcfinir a solução par.i o CITCUllO
e dc:tcrmiJllJT seus "1llnrc~ de corrcnLc e tensão.
Antes de analisanno.:. os dct:ilhcs do de~ da reta
de carg.i sobre a curva caractcristica, prcciS3Jll(.lS detl?mli·
nar a resposta esperada do circuito simples da Flgura 2.1.
~ela. note que a --pressão" determinada pela fonte de alin1ent.açào CC deve estabelecer un1a corrente con,·eocional
no sentido horário. O fato de o sentido dessa corrente ser
o mesmo da seta no símbolo do diodo revela que o díodo
está no estado -ügado.. (011) e conduzirá um valor elevado
de corrente. A polaridnde da tensão aplicada rcsullou em
uma situação de polariz.nção direUl. Uma 'ez estabelecido
o sentido da corrente. as polaridades para a tensão atra\ és
do diodo e do re:.bior podem ser sobrepostas. ,..\ polaridade
de 1'0 e o seruido de 10 revelam claramente que o diodo
está. na realidade. no ei.tado de polanz..ação direta.. rc.ultaodo cm uma lé'nsão através do diodo 1l8.!. proxunulades
de O.7 V e cm uma corrcnh! da ordem de 1OmA ou ma1,.,
As antcrscç<>cs da reta de carga sobre a OU> a CJrJCtc·
rlsuca da F1gum 7 J podem ser Jctcnninadas aphcando-sc
a Lei das Tensões de Kirchhoff par.i tcnsõ.:s no sentido
horário, que resulta em
+
+
R
'•-
t
ou
E - 1'0
-
V/(
=O
(2. 1>
.
(lllAl
,,.
r:
R
o
ºI
'ii..•
[
,.
(b l
í gu a 2 l
Configuração com diodo cm s...;nc: (a) circuito;
(b) eun-a c:aractcris1ica.
'lg ra 2.2
Oc'>Cn11'1ndo u reta de carga e dcierminando o
ponto de op:raçio
D
50
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
As duas variáveis da Equação 2 1. J' e /,.. sào as
1nesmas que as do eixo do diodo da Figura 2.2. Essa semelhança perrni1e uaçar grnficameate a Equação 2.1 sobre
as mesmas camcteristicns da Figura 2.2.
As interseções da reta de carga com a CW'\ a caracteri~tica do díodo podem ser determinad& facilmente
~considerando-se o falo de que. em qualquer pon10
do euo boruontal. J0 = OA e. cm qualquer ponto do eixo
\crticaL l'c- = O V.
s~ assuminr1os que ~'o= o V na Equação 2. 1 e St>luciOllllrn1(b lo- teremos a magnitude de /0 o;obrr o eixo
vcrticaL Portanto. com V0 = O V. a Eqll!!Ç'Jo J. I toma-se
E - V1, t /,Jl
= O V + fifi
(2.2)
e
E
Vn
R
R
(deri\'ada da
Equação '.!. I )
lo= - - -
Visto que a cu"'·ª para um díodo tem caracrerísticas não lineares. a matemática envolvida exigiria o uso
de técnicas não lineares que estão bem além da necessidade e do alcance deste li\ro. A análise por reia de
carga descrita anterionnente oferece urna solução com
um nliniruo de esforço e uma descrição "p1ctonJJ- do
motivo pelo quaJ os \alore~ da solução para i DQ e '°'~
foram obtidos_ O exemplo a seguir dcmoll5tra as 1écoicas Já introduz.ida.:. e re\.eln. n rclaL1 va faciltdadé com
que a reta de carga pode i.cr determinada utilizando-se
as equações '1 .1 e '1 3 .
•
como mostra a Figura 2.2. Se a:.suminno~ que 10 = O A
na Equação 2.1 e soluc1ooaro1os V,., terem<>:. a magrutu<le
de 1'0 no eM horiLontaL Logo. com/~ = OA. a Equação
21 lOmtl-!>C
E.XEMPLO 2. t
Para a configuração em série do díodo da Figura1.3(a).
empregando a CUJ"\a Cllrtléterisúca do dJodO da Figura
2.3(b), detcrmtn.e:
a) 11Dtlc /'V
b)
E = V1i + IJ}l
I'•
- 1',, + (0 A)R
e
1 Vo = El11J = O A 1
("' .3)
como mosundo na figura 2.2. Uma linha reta traçada enrre
os dois pontos definirá a reta de carga. corno indicado na
Figura 2.2. ~ludando-se o valor de R (a carga). a interseção
com o eixo \Cttical se 1nodificará. O resultado será uma
mudança o.a tnchoaçào da rela de carga e um ponco de
inter..eção diferen1e entre essa rela e a CUl'\"3 caractl!ristica
-
+
S1
+
+
L ..=.. 10\'
R
-
do cfu~Jll\.O.
Agora. lêmos uma reta de carga definida pc:lo si:.tc·
(;l)
ma e orna cun a caractcristica definida pelo dtspõ!>ili\ o.
O ponto de interseção cntn.: as duas curvru. r~"J>rl.'!>Cllta o
ponto de~ para esse circuito. ~do-se wna
linha vcrricaJ até o eixo horizontal. pode- e determinar
a tensão do diodo J'l\>· enquanto uma linha hori7ontal
do ponto de interseção até o eixo \'ertical fornecera o
valor de /"V 1\ corrente ln é, na realidade. a corrente
que carcula em toda a configuração en1 <:érie na Figura
2. l(a). O ponlo de operação é nonnahnente chamado de
ponto q11ies,e111e (abre·viado por "'ponto Qi para refletir
suas qualidades de '•imobilidade, inércia~ defmidas por
um circuito CC
A solução obtida da interseção das duas c~a:. é n
mesma que seria ob1ida por meio de unia solução matemiúca simultânea Jc
1
1
1
1
1
1
1
ºI
Figura 2..3
•
05 0.8
lb
V11 (Vl
(a) Cimiito; (b) cuna camclcristica.
Aplicações do diodo
Capítulo l
com J' P =0.78 V e l 1'Q= 18.5 n1A. No Capitulo 1. uma
resistência CC foi definida e111 qualquer ponto sobre a
curva característica por R 0 ~ I'rfln.
Usando os' alores do ponto Q. n 1\..~istência CC para
o Exemplo 2.1 é
Solução·
a) Equação 2.2:
E
10 \ 1
=
lo = R V11•0 v
0.5kfl
=
~OmA
0.78 V
18.5 mA = 42.16 {}
Equnção 2.3:
Vo
=
E l1n-O A
= 10 \ '
\reta de carga resultanm é mostrada rui Figura 2.4.
\ interseção entre a reta de carga e a curva ca:racteristic3 define o ponto Q como·
VD0 -
10 Q
-
Um circuito equrvalente (somente para e--s.a" condições de opernçào) pode. então, ser desenhado como
mosua a Figura 2.5.
Acorrente
E
0,78 \ '
18,S mA
10 V
lo = - - R0 ' R
42.1 6 O
+ 500 fi
10 \t'
- 542.16 n =:: 18,S mA
O v:ilor de V0 cerw111ente é uma estimativa. e a precisão
de 10 é limitada pela escala escolhida. Um grau de precisão mais elevado exigiria um diagiama muito mnior
e isso tah ez fosse imprnricãvel.
b) i·1 -E- f' 0 - 10V 0.78 \'~ 9.22 \'
+')
Ru
Como visto no exemplo anterior.
42.lb {l
o ntlu de ,·urg" é d11termi11acle1 unicamente pelo c:irc11ilo
eniprt·ga<lo. enqut11110 a c11n a rorac1t>ris1ü.a é áe{i11íút(
+
~
E -=.. 10\'
pelo di.~po..,iti\.·o eçcolhido.
f\.fudar o modelo usado para o díodo não altera o
circuito, de modo que a reta de carga a ser troçada será
eitat.amente a mesn1a obtida no exemplo anterior.
Uma ve1 q ue o circuito do Fitemplo 2 1 é uma
rede CC. o ponto Q da Figura 2.-t permmecerá fixo
-Figur:a 2.5 Cin:uito equi"aleate à Figura !.4.
E
R'\..
20
'""
1 !:i
18 - --16
14
12
10
•
6
2
1
o O.SI 1
•
Figura 2 ...
51
Soluçào do E.xenlplo !.I.
2
3
4
5
1
1
6
7
8
10 1.0 (V)
(E)
52
e
DlspositNOi elelr6n1cos e leona de órc.u>IDS
'
\ /l =
R0
RE
-
+
(500il)(10 V)
= 9.22 \ '
=
..i2.16 n ,.. 500 n
R
de opro\imação quando comparados com as ourras
tensões do circuito.
Para essa !>ituação. a rcsi h?ncia CC do ponto Q é
ªº"
n.-...ult.ados do Exemplo 2.1 .
cqui~'C
F.m c,,.:nc1a, portanto. uma \e7 determinado o
ponto Q de CC. o diodo pode c;er .;ubstituido por ua
~i~ência equivalente CC. Fs'ie conceito de c;ubstituir
uma cuf\-a caractenstica por um modelo equivalenre é
importante e --era us:ido quando anali'lllltlO' as enu:ubs
CA e o=- modelo.. equ1volentes para tr:ins1srores nos capitulo' 'eguin1e... Agora. 'cremo.., qual efeito o· diferentQ
n1odelo:. CQUI\ alentes paro o diodo exerceriio sobre n
re:.pos1a no E:\emplo 2.1.
E".- .1Pl~
..,
Repita o E1templo 2 1 usando o modelo equivalente
apro:\im:ldo paro o diodo "en1icondu1or de "ilicio.
Solução:
A reta de caJl!ª ê n."\liN!nhoda. como mostrado oa Figura
2.6. com as me:.mn!> interscçõe!> do E:\emplo 2. 1 A
CW'\'3 caracterisucJ e.lo c1rcwto eqwvaleme aproW:nado
J>.l13 o diodo laJn~1n foi e:.boçada no mesmo gr'.ifico.
O ponto Q re:.uhantc e!
que ainda e rclati\amcnlc prõ'tima à obtidn para tod3s
ª"
caracteristica.\.
No proximo c'templo. <bremos um pa.sso adiante e
substiruíremo o modelo ideal. Os result.-idos revelarão as
condições a ...erem satic;feita-. para aplicar adeqU<1damente
o equivalente id~I.
EXE 1PL"' 2.3
Repita o F'tcmplo 1.1 utili7.ando o modelo ideal do
díodo.
Soluço J :
Como mostrado na Figura 2.7. a retn de carga continua
sendo a memia. mas agora a cuf\a caracteristiC3 ideaJ
cruza com a reta de carga no eixo venical. O ponto Q
é. ponnnto. definido por.
,.,,!? = o\
0,7 \
18.S m,\
lo!] = 20 ntA
Os re:.ultados obudos no Exemplo 2.2 ~o bastante interessante O 'alur de Ir'<! é exatamente o mesmo
que o obtido no l::xen1plo 2. 1, uuhzando-se uma curva
caractcn..uc:.a muito matl> fáctl de d~h.tt Jo que a
da Figura 2.4. O valor de Vn = 0,7 \ nc!>tC CáSO e o de
0.78 \ ' do E"<cmplu 2.1 difcrc1n entre s1 na e.isa do!>
Os resultado são diferentes o bastante do.., encontrados no E'\cmplo 2 .1 para cnu~r desconfiança quanto
n sua precisão Ele· cenamen1e fornecem algun1a indicação dos 'afore de tensão e corrente esperados com
relação aos outro:. \alore:. de tensão do circuito. mas
o esforço ad1c1onal de simplesmente inclU1r a queda
de O, 7 V !>ugere que a abordagem do Exe1nplo 2.2 ~eJa
ccntc-.imo • ma... amboo; certamente t\:m o m~mo gr.tu
n1ais adéquaJa.
111..S rnj\
Capítulo l
I 11 = :!O mA :?!"
o
Aplicações do diodo
53
PontoQ
l ll
16
lIJl \
10
V0 :0 \/
- .i--=> .,....
__
l\
-
6
ln
o ~·
'
Figura 2 •.,
)
;;Q\
Soluçuo do E"<cmplo 2. l uülizando o modelo idcnl do diodo.
Ponanto. a utilização do n1odelo ide-01 do diodo
de' e ser reser,ada para os casos em que a função de
um diodo é mai ímponante do que oi\eis de tensõo
que diferem em décimos de \Oh e para as sitllilções em
que as tensões aplicadas são con:.1dera,elmente n1aiores do qu~ a tensão de limiar 1<· :-..ib próllin1a..- seções,
sera empregado exclus1vamen1e o modelo aproximado,
po1!> O!> 'aiores de tensão obudo!> !Ilerão !>ensívei!. a
\ariaçõe!. próximas d e V,.. Altin di~~. o modelo ideal
erá empregado con1 mais frcquéncia. pois as tensões
aplicadas !>Crào, muitas veLcs, maiore!> que 1·1., e os
autores dt--scjam as~egurar que a função do diodo seja
clara e corretame nte entendida.
NC$te caso.
Ro =
\'o"
100
=
o
\f
- - = on
20 tnA
too um equivalente
de curto-circuito)
2.3 CONFIGURAÇÕES COM
01000 EM SERIE
Na seção anterior, mostramos que os resultados obtidos por meio do n1odelo equivalente aprorjnrado linear por
panes eram be1n próximos. se não iguai;;.. aos resuhados
ob1idos utilizando-se todas as caracteristicas. Na verdade.
se le'\"ilnnos em cont.1 todas as possheis variações devido
a tolerincins. temperatura e assim por diante. podemos
considerar urna sol uçõo ·'tão precisa- quanto n outra. Visto
que a urilização do modelo aproximado nonnal1nente
resuha em uma redução de esforço e tempo para obter
os rõldtados desejados. essa será a abonlagem empregada n~--ie hvro, a menos que &e especifique o concrário.
Lembre-:.e do seguinte:
O propii1iTo principal dc>~te 1i1·1l> é de1e1n"Of,er 11m
co11lu:cimcn10 gert1/ cio cun1por1nmt'lllo. tltJs t1p1ülôe.,
e du~ pO\'iireit área~ de aplicação dt~ u111 tlispo:.iri1v u
.fin1 tle mi11imi=ur a nec:e~~iclade tle et:tenso.\ J~en,'0/1·ín1e111u.\ mu1emá1ico.\.
Paro lod:ls as nnálises a seguir, neste capiwlo. su-
ponhamos que
u re~i'ílincia direta''º diodo seja gera/menti! tão pequeem comparação (.' Om os outros elemento.~ em 'ime
do drc:ui10. qur po.'>sa <;er desprC!=ada.
"ª·
Essa é uma ei.tunatíva válida para a maioria da5
aplicaçõe!. que ~mpregam díodos. Usar esse fiuo resuJliirá no:. equivalentes aproximados para o d1odo de
silício e o dJodo ideal que aparecem na Tabda 2.1 . Para
u região de condução. a única diferença entn: o diodo
de si1icio e o diodo ideal é o dcslocamcnlo 'erucal na
curva caractcrist1ca. que é representado no modelo
equivalente por uma fon te CC de O, 7 V oposta ao sentido da corrente direta que passa pelo dispositivo. Para
tensõe-s inferiores a O.7 V (e1n um diodo de silício real)
e O V (em um díodo ideal). a resistência é tão ele\'ada
em comparação com outros elementos da rede que seu
equi,·alente é o circuito aberto.
Para um díodo de Ge. a tensão de offsel é de 0.3
V: para um diodo de Ga.As. l .2 V. Fora isso. os circuitos
equivalente:. são o- mesmos. Para cada díodo. a legenda
Si.Geou GaAs aparecerá junto com o súnbolo do díodo.
Para circuito:. com díodos ídeais. o símbolo aparccerá
como mostrado na Tabela 2. 1. sem quai&quer legendas.
Agora. o modelo aproximado sera usado para in\'estignr d.l\c:r.:.:lS con!igurações em série de dJodo!. com
uhmt.-ntação cc_ ~ ~tabclcceni uma b3se na an31ii.c do
diodo. que~ cstcndccl 08!> scçõt.~ e aos capitulas scgui:ntJ:s.
54
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
Tabela 2.1
~Iodeto-. de d1odo semicondutor aproximado e 1de:il.
'iilfc i~Y
..
•
+ 0.7 v '"
o
+ 0.1 V -
=> ~ 1111-0
111
Si
\'a
.
lo = OA
St
O procedimento descrito pode ser, THl verdade. aplicado n
cúcuitos com qu:ilquer quantidade de diodos e em 'irias
configurações.
Para cada configuração. deve-se determinar primeiramente o estado de cada diodo. Quais diodos estão
..ligados- e quais estão ·•desligados"''> Uma , ·ez que ísso
seja determinndo. o equivalente apropriado pode ser
substi1uido e os parãn1etros restante:. do c1rcw10 podem
Stt deftnidos.
lk modo ,<:t~ral. uni di()dn esuí no c•taJo "liJ?adn ··
ve a ro11t'Jl1t• e.vtahe/ecidll /~<'la.v jn"tc."i.for 1al que- .~eu
sentido coinLida com o tia seta do símbolo áo Jioclo. e
f'0 ~ 0,7 1' p'1TtJ o silicio, V,, ~ 0,3 1 f"'Tª o gt!mrânio
e 1'0 ~ 1.1 J' púrtl o arse11e10 tle gálio
definido nn Tabela 2. 1. Com o Lempo. a preferência deverã
ser sin1plesmente incluir a queda de O,7 \/ atra,·és de cada
díodo "'ligado- e desenhar uma linha diagonal nrra'és de
cada diodo no estado ..desligado'' ou aberto. lnjcialmente.
porém. o n1étodo de subscituição sera utilizado para 3.ssegurar que as tensões e os valores de corrente apropriados
sejan1 dctenninados.
O cin."Uito em sêric da Figura 2.8, descrito em detalhes na Seção :!.2. sttã utilizado para demon!>trar a
abordagem descnta lllb panigrnfo:. Mteriores. O estado do
diodo é pn1nciramcn1c determinado substituindo-~ rneotaf1ncntc o díodo por um clémento rc:!Jstivo. ~orno mostra
a Figura 2.9(a). O sawdo n:sultantc uc 1 é o mc!>mo da
seta do símbolo do díodo. e. uma vez que E > l'A· o diodo
está no estado ..ligado'·. O circuito e, cnliio. redesenhado
Para cada configuração, substitua 1nentaln1en1e os
díodos por elementos resistivos e observe o sen1ido resultrune da corrente como algo estabelecido pelas tc!nSÕeS apHcada:. (~o..). Se o sentido resultarue for o mesmo que
o da seta do símbolo do diodo, a condução será esrabetc:cida
atra\ es do dtodo e o dispositivo estará no estado "'hgador.
A docnção anterior depende. é claro. de a fonte ter wna
tClb.Jo maior do qlll' a tensão de limiar ( I Í;) de cad.1 díodo.
Se um diodo ci.tivcr no cstado ..heado~. tanto é
+
e
-E
'o S!
I
+
R
1
-
~
~i\el
atnbuir uma queda de 0,7 V atra\6. do elemento
quanto ~enhar a rede com o circuito cqu1valcnte J».
Figura 2 .8
Configuração com díodo cn1 série
Aphaçóes do cjjodo
úpttulo 2
SS
1
S1
+
F -
-
-
Ca>
Figura 2.10 ln\CJSlu do d1odo da Figura!.. .
+' .-r---c>--41
;::-- jli + 1,,,
0 ,7 \ '
-oo-ll ,
-
R~
,.
r. -
1
+
-
I
.
r I •
R
E.:=-..
_T
-
figura 2.9 (.i) Deténn1nnçilo oo N3do do J1udo tLl
Figura 2 .• : (bJ -.ub,111u1çio dt' nl\ldclo cqun alcntt" p:lo d11'1Jo
-1rp00- Ja Íli?Unl 2 9(11).
+
' • f.
0------11,
conforme a Figura 2.9(b), com o modelo cqut\·alcntc
apropriado P3f3 o d1odo de ...1hcio dirrtamcntc polaruado. Para rclcrenc1as futuras, ob~c que a polaridade de
10 e a mõm3 que resultaria ca...;o mn díodo fos e de fato
um elemen10 rc"1sttvo. 0'.'I \'nlores resuh:mtes de tensão e
correnle -.ão º' 'icgu1nte-.:
(2.4)
1 \lR = F. -
\'A'
1
(2.5)
(2.6)
~a
Figuro 2. l O. o díodo da Figura 2.7 foi invenido.
;\substituição n1cntnl do diodo por um elemeruo resisti\ o.
como mostra a Figura 2. 11. re,·ela que o sairido da corrente não é o n1c~mo que o do ,jmbolo do diodo. E te e tá
no c:.tado ..de-;ligado", resultando no cin:wto equt\alente
da Figura 2.12. Devido ao fato d.e o circuito estar abeno,
u corrente do t.hodo é O .\ e a ten~ atra\ ~ do res1stor R
'
ea~uune:
ira 2. 1
2 1Opor ..eu mo.lei<! cqu1\ alc:nh:
O falo é que 1'1 - O V cslJlbclecc E 'olts alJ"avc:.
do circuilo ~-rto. con10 definido pela Lei ~ Tl~""
de K1rchhoO'. Lcmbrc-:.c scn1prc de que., sob quatsqUt:r
c1rcun'>t.ànc1as - CC. valore-. C A 1n-'>tantãn~. pul:'O'i
etc • a Lei da.-. Tcn~-s de K i rchholfde\e .r;er sari-.feita!
EXEL~ n:.." 2.4
Para a configura~;ào do d1o<lo cm !>énc da Figura 2.13.
dctcrnun\.'.
Solução:
•& 1'1 e I ..
Como a tl-n..;ào aplicada c'tabclccc um.a co11c11Lc no
~nodo hor:irio. coinc1d1ndo com o sentido da seta do
"imholo do diodo. c-.tc esta no estado -Jigndo~:
\'o= 0,7 \ '
\.'R = F. -
11' = IR =
\.'o - 8 \ f - 0,7 V - 7.3 \
\ 'R
R-
7 ~-,, V
2.2 kO == J.3?m.A
56
DispoSllivos ~~ónic:os e teona d~ arcuttos
-
f
11,,
S1
I
--
R
~J
,
o - "• \ '
1\ o
•
~
-·
--
F
LU
+
·~
-
Figura 2.1S
Figura 2.13 Cil't't.lito do Exemplo ~ .4 .
EXEMPLO
•
+
+
t. ~ 8\'
+1 \
- s \'
l:. -=-
+•--
~ 10\'
~ocaç:âr> de
0 -5 \ '
funte .
industnaJ cotnWDê11.le utili1;ula. com a qual
\OCê ~era
!>e làm1 llanar. l: ~,._, DOLlÇ.io e outro:. 'alore:. de tm.,ão
di.:fin1do-. -.crào abonl1«1o!> no Capitulo 4 .
5
Repita o E'emplo 2.4 co1n o diodo ín,arido.
s-ll ção:
Remo,endo o díodo, dcscobrimo-. que o sentido de
1 é oposto ao da seta do sín1bolo do diodo e que o
equi' alente deste é o circuito ab<no. não importa
qual modelo :oeja empregado O re,uhado é o circuito da Figura 2. 14. onde I n O A de\ ido ao erre uno
aberto Como i·,, =I,R. ternos que I' - (O)R - O\ ·. A
apliC3~ão da Lei dai. Tensõe::. de K1rchhofT na malha
rt:!>uhará em:
EXE\llPLO 2 r..
Pnra a conlig~ do d1odo em série da Figurn !.16.
detenn1ne 1 ~ J e 1,.,..
Soluc o:
Embora a ""pre:>:.ào- c:.tabclcçJ uma corrente com o
mesmo ~--ntido da seu do s1mbolo. o valor de tcru.ão
aplicada é in.,uficicntc para ··1igar" o d1odo de ilício.
O ponto de operação na curv:i caructcri ... tica e mostrado
na Figura !.1 -. determinando o cquivulcnte de crrcmto
aberto como ~do a apro:'(1mação adequada, conforme
a Figura 2.1 ~- \<>sim.º' valores de tcn..Uo e conente
resultantes são os seguintes.
Em panicular. observe no E\e1nplo 2 5 o elC\ado
\alor da tensão aplicada no diodo. ape::..l! de ele estar
no l!"tado -desligado.. A corrente e nula. ID!l> a tensão é
ignilicati\ a. Para efeito de revisão. nas an:ili~ a 8q,Y\Jir.
tenha em mente que:
Si
Um nrc1111n oh<-rtn pnJ<• tc•r qualq11c•r iulor de tenão a1ru1·é~ J~ feU.'f tern1111a1.~. n1u.~ a cnrn:11te é 'fCT11pre
O,.f. ll m c.·11no-cirr.ui10 tem un1u q11L·da Je O I' em R'lll
1trnrinoi.J. mas a
t7n
c.urrente é limihula apt"'IW' ~o circuito
que tão.
Figura 2.16 Circuiso com díodo em 'lérie do Exemplo 2.6.
Figura ~. 15 ~ró
empregada para 3 tensão aplicada Tnua-se de um;i notação
~o e:\:emplo a seguir. a notação da
I
n .\
tt
1.
~o"
+
-
R
~1 lQ
l
-
1
Rgura 2.1
Detenn1naçilo da' 1ncogn11.1.' do E:tempto 2-5.
o
,.D
0.7V
=C>.5 V
/
Figura 2. 17 Poa10 ~ opa-a\"lio com 1:: O.S \ '.
Aplicações do diodo
C.ipíwlo l
57
e
\'1t
R
ln = 1R =
'
R
Agur- 2 lu
R=
=
:O\'
Dctcnninaçãodc: I',,. l'..c/0 p;iraoc-in;uito
11, - OA
i-_= l11 R = lnR= (OA) 1.2 kQ= O\ '
V0 =E= 0,5 \
Cl(.í . IPLO 2.7
Determine V.. e /t> para o cirouito em série da Figura
2.19.
Solução:
Uma abordagem similar àquela do E:\emplo 2.4 revela
-68_0_n_
13.97 mA
E:.XL tlPLO 2.8
Determine 1,,. J'o-• e i·. para o circuito da Figura 2.21 .
Solução:
A remoção dos díodos e a detenninaçâo do sentido da
corrente resuhanre I produzem o circuito da Figura
2.22 O sentido da corrente en1 um d1odo de silício
estâ de acon:lo com -eu sentido de condução. mas isso
não ocorre com o outro diodo de silicio. A combinação
de um cuno-circuuo em série com urn ctteruto aberto
sempre resulta em um circuito aben.o e em / 0 ~ O,'\.
conforme m~tro a figura 2.23.
A questão que pennanece é: pelo que substiruiremos
o díodo de silicio'> Paro a anillise que será feita neste e nos
~
que a corrente resul1nnte tem o mesmo sentido que as
setas dos sin1bolos de ambos os diodos e que os resullados do circuito da Fi2ura 2.20 se ck-.. em a E - 12 V
> (0. 7 V + 1,8 V (Tabela 1.8]) = 1.5 \ . Observe n fonte
~ada de 12 V e a polaridade de i , através do
re:.-btor de 680 !l. A teru.ilo resultante é
= E - VK, - \' K. = 12 \ ' -1_5V = 9.5V
l
S1
Si
-
+'.!(I \' o---,
~
Figura 2.21
Circuito do Exemplo 2.8.
--
--
· i Jra 2.22 Detennitução do estado dos diodos d.:i Fi:;urn
FiguTa 2. 1Q
V
& 05 \ '
da Figura 2. 16.
\!
9~1
\ ',.
2.21.
Circuiro do E.~emplo !.I.
(
?
... ,,
-
v~,
-
+
+
11..=o!i ljlt- - "it-
0,7 V
E..:..l?V
-1
~
Figura 2 .2i
- o-o
-oo
111
~ 6WQ
--
DecennlJlllção d:is mcóg:mtas do Exemplo :!.7.
Si
+
~\'
-
-T
figura 2.2
dtodoabmo.
+
5.6 ill '
-
Sub-.utui~ão do e~tado equivaleute par.i
58
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
próximos capitulo.s. lembre-se sim plesinerue de que. para o
djodo real quando /0 = OA, Vn • OV (e ,·ice-~ersa). como
indicado no Capírulo 1 para a situação :.em polarização. As
condições descrilas por I D - OA. 1·01 - O\' estão inrucadas
oa í1g.ura 2.24. Temos
i~=
l,R = lrfi = (O A)R = O,.
\'o, = V.-11~11110 ~bmo = E
e
= 20 \
A aplicação da Lei das Tensões de Kirchhoff no
~tido horário resuhn cm
E - Vn 1 - Vo.• - V" =
e
o
ve que o esmdo -ligado.. é anotado apenas pelo indicaçiio
adicional de 1'1,"' 0.7 \ inserida na figura. Isso elimina a
necessidade de redesenhar o circuito e ainda e\-iW qualquer confusão que pos.!>3 :.urgir co111 o aparecimeruo de
oui.ro fonte. Conforme mencionado na introdução dõ'ta
seção. tah ez ~ seja o !Th!codo uti 1izado por quem já
tem cen.a ~ co1n a análise de c-0nfiguraçõo
de modo. ~tais l3Idc.. toda. a análise será feita oom re.
ferência apt.'1la.~ ao circuito original LcmbTL-..sc ck que
um díodo rc,·Cn.3Dl0ltc pohlrizatlo pode ser mclicado
simplesmente por uma linhu atr.svês do dis-positi' o.
A corrente resultante através do circuito é
I = E1 - E~ - \.o = 10 \o + 5 V - 0.7 V = _14_3_\>_
R1 • Rz
-t.7kfl + 22k!2
6,9kíl
:::: 2h7 mA
\ '0: - E - Vo, - Vu - 20 \ T - O - O
- -
= 20V
e as lensoes sao
com
V1 = IR 1 = (2.07 mA)(4.7 k.n) = 9,73 \ :
V:= lR: = (2,07 m.1\)(2.2 k!l) = 4,55 \ '
O\
!-
+
-
A aplicação da Lei das Tensões de Kirchhoff à n1alha
de saída no sentido horário resulta c1n
+
S.6 t.O
ra 2 .24
E"emplo ::!..8_
I=' O'
-
Dete.m1inação da<> incó,gni~ do cirauw do
- E?- i'1
e
~~ =
1: =O
f'_ - E! = 4.55 V 5 V = - 0,45 V
o srnal de menos indica que i: tem uma polaridade
-..f- na f 1gura
º
')-·-.,5.
oposta a. mo"uilU<I
- J.:..1 lO
fXE" ~PLO 2.9
Delennine J. 1' 1• i 12 e
'. daF1gum "2"
sene
-· ) .
r
+
E1 ...=.. JOV
V., para a configuração CC em
-
1
Solução
As font~ são desenhadas e o se'.nltdo da corrente é
indicado conforme mostrado na Figura 216. O daodo
encontra-se no c-stado "ligado"' e a notação que apaR.-Cc
na Figura"? , 7 é mscrida para mdícar l">,.,.. t~ado. OITucr-
+ 1,
r
-
R,
E 1 ==10 \
-1.7 ~D
+
Si
-..
R,
2.2),,Q
E == -5 \
Figura 2.2!
Figt.;"d 2 26 Octmninaçào do estado do diodo para o
circuito da Figura 'l "li.
Circuito do Exemplo 2.9
'+
'-
.
R,
+
.-
0.7 V -
4.7t0
1
E, ...=.. IOV
-
...
2.2
kQ
R, ' 1
.S V-;-
~
-E1
+
R
'·
l
Fi] U"'l 1 7 Dctamimçào das incógnita& para o cin'uito
da Figura2.25. KVL (rmlbadc trosào de Kirchhoffou
Kirrllhoff i V>ftage lo 'JJ)
Aplicações do diodo
Capítulo l
2.4 CONFIÇURAÇOES EM PARALELO
E EM SERIE-PARALELO
O método!. usados na Seção 1.3 podem ~cr estendidos à análise de configurações em parJ!clo e em
c;éric-paralclo. Par.i cada área de aplicação. simplesmente
adaptam-se as etapas sequenciais aplicadJS às configurações de diodo em serie.
LJ.E· IPLO 2. 1O
Dctcnn1nc
V.,, / 1, JDt e I f>2 para a configurnção de d1odo
.:m paralelo da Figura 2.28.
Solução:
Para n tensão aplicada, a ··pressão- da fonte deverá
estabelecer un1a corrente atra\és de cada diodo con1 o
mesmo sentido. como mostro a Figura 2.29. Uma vez
que o sentido da corrente resultante está de acordo com
o da seta do símbolo de cada diodo e a tensào aplicada
é maior do que 0,7 V, ambos os diodos estão no estado
"ligado". A tensão atru\és de elementos em paralelo é
sempre a roei.ma lo!
V,, = 0.7 \ '
A corrente é
VR
'• = -R =
PresSllpondo-se diodos com carac1eristicas semelbantes, ten1os
11
28,18n1A
An- •
10 1 = 10 - = -, =
=
I
4'17 l l l A
4
,,
-
-
Esse exemplo indica uma das razões para que díodos
sejam colocados em paralelo. Se a corren1e nominal
dos díodos da Figura 2.28 foi.se de apenas 20 mA. uma
correo1e de 28.18 mA danificaria o dispositi\'O. caso
aparecesse sozinha na rigura 2.28. Colocando os doi!.
em pamlelo. limiuunos a corren1e num \-alor seguro de
14.09 1nA com a mesma tensão nos temunab.
E <E~1 r:>t O 2 ' 1
este e...:emplo. existem dois LEDs que podem ser
usados como um delector de polaridade. A aplicação
de uma tensão de fonte positiva resulta em uma luz
verde. FOllles negativas resultam em uma luz \ennelha.
Pacotes dt- tai!> combinações estão comen:'tabnente
disporu' eJ.S..
Dtcontn: o ~tor R para garantir uma conente de
20 mA atra\ 6. do díodo "'hgacto•· para a configuraç-Jo
da Fiewa 2.30. Ambos os diodo~ têm uma tensão d.:
~
E - Vo
R -
ruptura rc'o·crsa de 3 \ r e uma tensão média de 2 V,
quando hgado:...
-
10 V - 0.7 V = lS,lS mA
0.33 lO
R
+
E -=- 10 V
01
-
S1
D: Y
s
'
Solução:
A aplicação de uma tensão de fonte positiva resulta em
uma corrente convencional que coincide com a sem do
díodo verde e liga-o.
A polaridade da tensão atTavés do diodo \·erde é tal
que polariza re\ersamente o diodo vermelho na mesma quantidade. O resultado é a rede equivalente da
Figura '.!.3 l.
1
Figura 228
Circuito du Exemplo 2.10.
i, -
+
- •
J
0.13 1.0
~
E...=_ 10 V
-
J!'
l
h
J!'ºi
o+
-=- o:·\
-
0,7 V-=.
.......---- -
+---------4~-
Figura 21.5· Oe1enninação d:l5 tnro~•IAS p:ira o ctreuilo
do Exemplo'.!. I O.
59
-Figura 2.30 Cin:-wto parn o Exemplo 2.11.
60
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
+
--- -~
\'
Figura 2.31
Condições operacionais para o cin:uito d:i
figtmi :!..30.
Aphrando a lei de Ohm. obtemos
/ = 20mA=
R =
E - VLED
R
6V
20 nlA
de rupntra re' ersa do diodo é de apenas 3 V. O resultado
é que a tensão atravé<; do LED vennelho se travaria 1.'111
3 V. corno indicado na F1gurn i .33. A tensão alr.l\ L':. de
R seria de 5 V e a corrente se limitaria a 20 mA com um
resistor de 250 n. mas nenhum LED estnria ligado.
Uma solução simple!\ para isso é adicionar uma
resistência de '.llor adt.-quado cm série com t.~ díodo
para estabelecer os 20 mA desejados e inchur outro
diodo para aumentar a especificação de tensão de ruptura rever'\a totaJ. conforme mostrado na Figura 2.3~ .
Quando o LED azul C.U\cr ligado. o díodo L"m séne
com o LED azul uunbón estará, causando u111a queda na
tensão 1ocal de 5.7 \ ' atra\és dos dois díodos em série e
u1na tensão de 2..3 \' atra~ do re.,istor R1• estabelecendo
uma corrente de alta emissão de 19, I 7 mA Ao mc:illlo
tempo. o d1odo LED \ermelho e seu diodo em serie
tan1bén1 serão polarizados reversamente. mas agora o
8V - 2\
R
= 300{}
R
-3 V
"\lote que a tensào de r\lpturn reversa atra\ C:S do díodo
vennelho é de 2 V. o que é udequado para um LED com
tensão de rupwra reversa de 3 V.
)-"-=-
~o
entanto. se o diodo verde f<>:.:.c suibtnuido por
outro ll7UI. problemas surgirian1, como ilustr.l a Figuro
2.32 Lembre-se de que a polarização direta necessãria
para ligar um diodo aLul é de cerca de 5 V. O rê.ultado
p:rrccena ~ig1r um rcsistor R menor para estabelecer a
corrente de 20 mA. Entretanto. oore que a tensão de polari~ção re\.cr:sa do LEO vermelho é de 5 \.~a tensão
Fiq1.. l 2 ~ De1non"traçàU do-. danos ao LFD v~lhl.l
Cll'lO ll ten..ão de rurtura l'e\C't'M 'l:jil excc:diclu.
+!I \'
1\ \"
.
T
~
" •>
>
'
-
~'•.= sv,iJ' = 1911 ~
R,
120 o (\J!UT padriio)
+
s;
+
57 \
Vcnnelho ;:,....
2.32
LEOazul.
Circuito da Figura2.31 comumdiodod~
Fi91.< r '.' ~-t
Figura 2.33.
~tc.-did3
protetora para o LED vcnnclbo da
Aplicações do diodo
Capítulo l
12 V
diodo p3drào com un1a tensão de roprora re' ersa de 20
\' impedirá que a tensão de p0Jari7açào reversa total de
8 \ ~UIJª at.ravl·s do LED \ 'Cnnt"lbo. Quando polarizado
diretamente. o resistor R1 estabelecerá uma corrente de
19.63 mA para garantir um ele' ado ni,el de intensidade
para o LED vermelho.
auavc" de cada díodo que pudc..si: sugcnr o estado
-ligado". Entretanto. se ambos csti\cs.sem ~ligados··,
haveria mais de uma tensão alrn\ és dos díodos em
paralelo. violando mna das regras básiais da análise
de circuito: a tensão deve ser a mesma através de
elementos paralelos.
A açào resullante poderin ser melhor explicada lembrando-se que existe um período de subida da tensão
de alimentação de O V a 12 V. ainda que isso possa
le\ar milissegundos ou micro segundos. No instante
em que a 1ensão de alimenração crescente anngir O,7 V,
o diodo de silicio ficará "li23do- e manlerá o nivel de
0.7 V. visto que a curva caractensucn é \enteai nessa
tensão - a corrente do diodo de stl1c10 símplesmen1e
:.uh1rú a1é o nlvel definido. O rbuhado é que a tensão
atmvõ do LED verde nunca se eJe\ ará acima de O. 7 V
e pcnnaneccrá no estado equi''alc:ntc de circuito aberto,
como mostrado na Figuro '>J6_
-
O resultado é
0.7 V
, , \'
-._..,o\
2~
kO
Dctcrmina~ão
Fig Ir 2 36
Figurn ~35.
Fl: '.,PL'):->
de V, para o cin:uiro da
~
Detennine as correntes l. 12 e /1>! para o circuito da
Figuro 237.
Solução:
A tensão aplicada (pressão) é suficiente para ligar
ambo:. os di~. como percebemos pelos 5'."nlid<n das
correrues no circuito da figura 2.38. Obsene que hã o
uso de uma nol.3Ção abre,iada para os díodos -Jigado:...
e que a :.0lução é obtida por meio de 1~c~ aphcada!.
~ c1rcwtoi. em série-paralelo. Temo~
\', ;.
0.7 V
11 =
- =
= 0.212 mr\
R1
33 kfl
A aplicação da lei das Tensões de Kirchhoffna malha
indicada no ~tido horário produ7
V=l2V
- 07V
= ll.3V
"
,
v..A~ :::; o
v.."I - v.
0.7 V = 18.6 , .
- \'., + E - VK -
'
\,• = E. -
e
o 12 V
à. l F.D •mk
-
EXU 1PLO 2.12
Determine a tc1lSão V,, para o cirewlO da Figura 2.35.
Soluçao:
ln1cialmt.'llLC, podena parecer que a teru.ão aplicada ligan:t os dois Uiodos, pois a Lt!n....ào apli~ (..pressão")
está tentando estabelecer uma corrca1c con,cncional
= 20 \
1 -
0.7 V -
A~
Si
Si
+.......
!-2 L.O
-
E.=.. 20\'
1
-Figura
2. ~ .ç
Circuito do Exemplo !.I'.!.
61
--Figura 2.37 Circuito do E!Aernplo 2.13.
62
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
I'
K1
+ 0.7 v -
R
0.7 \
-
1. '
kí>
_ ____.,,,o
._________
-----------.
-•
\',,
com
18.b V
5,6k 0
U1na porta OR é tal que o n1,el de tensão de s;iida o;erã 1
·e u1na <Ju ambas as entradas forem 1. A saída será O se
an1ba:. as entradas esti\ erem no nível O.
A aru:ih~ de pona:.A'\.O OR é facilitada pelo uso do
c1rcui10 equ1\alen1e apro~1nuuo de un1 dioJo em \CZ do
rnodclo ideal. pob é po:..si\el olipular que a 1elbão atra'és
do dioJo de' a!>~ de o.-\ positi'a para que o d.todo de
~lliCIO CSlCJ3 -bgado-.
De modo gc..-ral a m~lhor tc..-cn1ca é simplcsmdlk
cstabclcccr 111113 ""tntuiçào- sobre o cs1ado do!> diodo~
ob...cn.ando o '>Ctllldo e a ..pre,sJo·· c-.tnbcll.-ctdos ~ICh
potenciais aphc:sdos. A análise, então, confirmarã ou
negará as hipó~ aplicada~ .
= 3.32 mA
EXE 1PLO 2.14
ÜClCrm.JllC
~o
nó inferior o.
,(,., + '·
/~
e
= 1::.
= /'1 - ,,
= 3.32 mA
= 3)1 tnA
0.212 mA
2.5 PORTAS AND/ OR (" E/ OU" )
As ferramentas de análise estão agora à nossa dis-
JX>!>Íçào e a oportunidade de 1tnàhs.ir wn.:l conliguroçào
u1ili1ada em computadores iluo;trarâ um:s d:s possibi·
tidade:. de aplicação desse dtSJlOsiti\o relati\·amente
...imple' '\o......-a anàl1!>c está l1m1tad.i :i determinação do:.
ni\eis de tensão e não incluirá uma di.,cu-.são detalh:td.n
sobre álgebra booleana ou lógicas posllÍ\3 e negativa.
O c1rcwto que será nnalis.udo no E.~cmplo 2.14 é
uma poru OR para lógica positi\a. lsttl ê. o \<:llor de 1O
\ ' da Figura 2.39 corresponde a ·· t ". 'iegundo a álgebra
booleana. àlqt1an10 a entrada de O\ corn....,ponde a "1>-.
r: p313. o circuito w Figura 2.39.
So luc" o:
Inicialmente. obsene que :.ó ha um po1enciaJ aplica·
do. o de 1O \ ' no terminal 1 O h:rminal 2. com uma
entrada de O \ '. está atc11ado. con10 rnostra o c~1cuito
rcde-.cnhado da Figura 2.40. E-;ta ··,ugcre.. que D
talvi:.t. õlCJ3 ..ligado- de\ ido ao!'> 1O V aplicados e que
Di. com ..eu lado -pos;ti\'o.. a OV. provavchnente esteja
"desti11ado". O uso destes e:.tndo<> prcsun1idos resulta
na configuração da figura 2 .-l I.
{) próximo pa....s.o consiste cm ' 1mplcsmcnte vcnfic:sr
~e não h.i coolradicão cm no!>sas supos1ÇÕC!>. l!>to e.
obser\'ar que a polaridade através de 0 1 e suficiente
para hgã-lo e a polaridade através de D é suficiente
para dcslig:i-lo. Para D 1• o c,tado -1igado"' estabelece
lp cm i := E-1 0 =10 \ - 0.7V 9,JV. Com9.3
\ f no cacooo (- ) de D. e O \ no anodo ( · ). D~ está
dcfin1ti\'t1mente no estado "desligado". O 'enudo da
corrcnh~ e o caminho rt?'Sultante de condução confir·
mam nossa suposição de que D 1 cstcJtl conduzindo.
As :.upos1çõe5 patteem conJinnada:. pelas t~ e
corren1c re-.ulWltes e é po "'' el tomar no:.sa análise
S1
( 1) F.=
lll\' -~
+
M----i
o,
l
'º'
O\' -
2
-
Si
..___
..__ <> \
D,•
+
r. -==... to,.
º'•
R
1 \Q
--
J \
Figura 2.39 Pom OR para lógica Jl0'1tiva
Figura 2.40
Cin:uilo ~do dll l'igura 2..39.
Aplicações do diodo
Capítulo l
saída 1 é obtida so1nente quando uma entrada 1
aparece em ambas as entradas.
VK
Ulll3
..-----o+ ---111~
- - -o.1v- -....
Solução:
I
1\ = E \ l = 9 ~ \
nfvrl 11
+
E.~tOV
1
---
J
--
e =; ··- 2.4 ·
f
Obsef'\e que. nesse caso, u1na fonte independente aparece no ramo a1errado do circuito. Por moU\OS que
log<> serão conhecido!>. é escolhido o mesmo valor que
o ni"el l~co da entrada. O circ111to é redesenhado na
Figura 2.43. com ilS ~uposições iniciais sobre o estado
d<h dtodos.. Com 1O V no catodo de D1• presume-!>C
que D 1 L~CJª no estado "desligado"'_ apt-....ar de ba..-cr
uma fonte de 1O V conectada ao anodo <k D_alrd\ o
do rc!'i~tor. ~fas lembre-se de que meneio~ na
introdução desta seção que o uso do 1nodclo apro'<imado ajudará na análise. Para D 1, de onde virá o \1llor
de O.7 \ ' se as entradas e as fontes de ten.<;ào estiio no
1nesmo nível. criando '"'pressões" opostas'> Supõe-"e
que D. esteja no estado "I igado" devido à baiu tensão
no ca1odo e à disponibilidade da tensão de l O\' através
do resistor ~ 1 kn.
Para o circui10 da Figura 2.43. a tensão J~ é 0.7 \ 'por
causa da polarimção direta do djodo D,. Com O. 7 V no
anodo de 0 1 e 10 V no catodo. 0 1 está definiti,amerue
no estado ··desheado... A corren1e /terá o senudo mdJcado 113 figura 2.-13 e un1 valor igual a
~
R~ l lil
J_
--
Estados presumidos para os diodos da
tgura 2..;()_
inicial como correta. O valor da ten,,,.io de ~da não é
10 V_ como delin1<lo para uma entrada de 1. ma~ !>i1n
9.J V. ~uficicnt cmcntc grande para !>eT considerado
como nível 1. Portanto, a smda C!>tá no ni\·el 1. com
apenas uma entrada ati .. ada., o que ·ugerc que a porta
l!>eja do ôpo OR. Uma análise do mesmo circuito com
duas entradas de 1O V resultará em ambQ5 os díodos
no estado ··ligado'' e uma -;aída de 9.3 V_ Uma tensão
de O \ 1 en1 ambas as enrradas não fornecerá os 0,7
\ 'necessários para ligar os diodos. e a saída será
de nível Ojá que a tensão de saída é de O V. Para o
circui:10 da Figura 2.41, o \.alor da corrente é de1erminado por
E- Vo
10 V - 0.7\'
/ =---=
= 9.JmA
1
~{}
I<
t.A... IPLO 2.15
Determine o nível de saída da porta \ "lD de lógica
positiva da Figura 2.42. A portll A'ID é aquela em que
~
10 V - 0,7 V
-
/::;::
1 kn
= 9.3mA
Ponanto. o estado dos díodos está confirmado e a
análise anterior esta\ a correm. E1nbora não seja de O V.
dt:finida antttiormente como sendo o ni\el O. a tensão
de saida ~ ~ufieteolcrncntc pequena para ser considerada
como um ru\cl O. Logo. para a porta A!\0, Ulll3 única
entrada n.-sultarà cm um nível O na sa1da. Os outros t""·
t.adOl> do' diodos para a.e; possibilidades de duas cntratbs
e nenhuma entr.sda serão examinados no~ probfcma!' do
final do capitulo.
Si
f 1)
E1 = 10 vo
1
14
º•
•
\
2
D,•
\'IC
il)
Si
\0)
E:.• =0 V
63
R ~ I kQ
+
e, ..=.. 10 , .
- lt
-
0.7V
101
--
F~IOV
--
'T
- .7 \
\
e~
-I
-
.. \
+
I
+
!-<+()---+----<>
10 V
T
Su})..1ituição dos estados p~os dos
diodo:. ~ Figma 2.42.
rig .• J
~ -·
64
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
2.6 ENTRADAS SENOIDAIS:
RETIFICAÇÃO DE MEIA-ONDA
.\gora. a anâh!)C do djodo 'crá ampliad.l para incluir
funçõc' ~ari:mtc<. no tempo, tais como :i fonn:i de onda
scnoubl e a ondn quadrada. Nào há du,·ida de Qlli? o grau
de dificuldade :iumentará., mas uma \C7 compreendi~
alt?Uma, récnica._, a analii1e erá complcta1111.~te direta e
seguirá uma linha comum.
O circuito m3is simples de e\aminar com um sinal
variante no tempo é mostrado na Figura 2.~. Nomomen10. u1·ltz1remos O modelo ideal (OMet'\"C a ausencia da
legend3 Si. Gc ou GaAs) para as-.egurar que a abordagem
não apre:.cnte complexidade maten1ática
Ao longo de um ciclo co1nple10. defuudo pelo
período Td:i Figura :?.44. o \alor n1eJ10 (a ~ma algé-
-
T
()
-.,
11
1
1
-
i ·1
,..
= V'" -cn '"'
-
+
+
cm outl'b aphc..içõc:.. como computadorc::. e !>1::.ton.u
de comunicação.
Durante o intervalo / = O - T '2 na Figura 2.44. a
polaridade d3 tt.-n.'iào aplicada 1 e tal que c::.tabelecc "prcsMio" no sentido índic:ido e liga o díodo co1n a polaridade
que aparece acima dele. 1\ substituição pelo curto-circuito
equivalente pa~ o diodo ideal n.-sulta no circuito equivalente do Figura 2.45. CM que é bao;lan1c ób\'IO que o ..:inal
de s.11da é uma réplica e~1l3 do sinal aplicado Os dois
1enninois que definem a 1enc;ào de ..aida "tio conecta~
diretamente ao sinal de eoll'ad3 por meio do cuno-ciKuito
equ1valen1c ao díodo.
Para o periodo T1. - T. a polaridnde da entrada ,., é
n1ostrnda na figura :?.46. e a polaridade resultante atra\es
do d1odo ideal produz um e!>ta<lo ··desligado" com um
circuito abeno eqw\alente. O resultndo ~ a a~ncia de
um caminho para a:. C3rg;b flu1n:m e ' " - iR "" (O)R =O
V para o pcnodo 1"2 - T. A entrada 1, e a !.31da 1· tbram
traçacb!. JUnt:h ru F1gurn 2.4- para efeito de comp.traÇOO.
O -.1nal de "3idll ' a,...aora rrm uma área rc!>uJtantc mt.'ilra
ac1mJ do Cl'<O 'obre um p.:riodo completo e um ,aJor
médio dctcnnín..do por
...
1 cicl(l
brica das áreas acim11 e abai'l;o do ei'\O) é igual a zero
O circuito da Figura 2.44. chamado de re1i{tC'ador dt.c
n1eiu-c111da. originará uma fonna de onda 1 , que po:.i.ui rá un1 "alor 1nédio de u~o panicular no processo de
conversão CA-CC Quando empregado no processo
de retificação. o díodo é denominado retificador. Sua
potência e ::.eu 'alor má~imo de corrente !>àO normalmente muito maiore:. do que o!> do~ d1odo!-. empregaJo:.
+
-
R
Figura 2.M
[V{"(" =0.3 18 i
1
,,.
1
l)•~IJ
l'll\la
Retilicndor de 1nc1J onda.
+
+
+
+
...
•
R
+
''
P'""
••
R
~~r
=
Figura 2.45
Região de condução <O
+
+
ºI
•I
..-
11 21.
o
+
• ...
R
\
figura 2 .46
-
-+
\~
-
Região de niio conduçào ( n"1
-
+
n.
o
l ,_
+
R
"'
-
..
,. =o\'
\
/,
o
.,
T
-
T
..
1
Aplicações do diodo
Capítulo l
,.
(2.8)
J
o
Na vcrWdc. se v. ê suficientemente ma1or do que
J'.... a Equação 2 7 é frequcnLemcntc utilizada como wna
primeira apro'<imaçào para V<.c-
-1 \
t
•
1 '~
EXEi 1PLO 2., 6
aJ B.boéc a 1~0 de saída 1·., e dctLTITlinc o \'alor CC
dl! !.3ida para o circuito da Figurd 2.49.
b) Rcpit1 o item (a} se o diod(1 ideal for substituido por
wn díodo de silicio.
c) Repita os itens (a) e (b) se v.. for aumentada p:ira
200 V e compare as soluções urili7atldo as equações
2.7 e 2.8.
•
Ir\.
--t---
_,,
1
r----i
ll
\.
I
Figura 247 Sinal reutiC3do de meia-cmda.
O p~so de remoção da metade do !>anal de entrada
para estabelecer um nivel CC é apropriadamente denominado ~1ificaçào de n1eia-011da.
O efe110 dn utili.t.ação de wn dtodo de !>ilicio com
J~ = 0,7 V estí demonstrado nn Figura 2..i8 para a região
de polarização direta. O sinal aplicado de\ e ser agora. no
minimo. O.7 V para que o d1odo ~ enttnt oo estado
4igado~. Para valores de 1•, menores do que 0.7 \'. odiodo
ainda é um circuito aberto e 1 =O ' '· como mostrado na
mesma figura. Quaado em condução. a dif~rença entre
,. e i é um valor fixo de f',. = 0.1 \ ' e r = "'• - l'.1.· co1no
mosua a figura. \la prática. o efeiro é a reduçOO da ârea
acima do ei.'<O, o que reduz o ni' d de 1ens;1o CC resultante.
Para '>ituações em que J ·.. >> J A.. n seguinlc equação pode
ser aplicada p:ira determinar o valor !Th!dio com un1 grau
n:lati,amentt: aJto de precisão.
.
So uc;ão.
a) 'Jessa situação, o díodo conduzirá durante a pane
negari\a da tensão de entrada. c-0mo mostrado na
Fi{!UICl 2.50. e 1 surgirá confonne indicado nes-:.a
mesma figura . Para o perlodo completo. o nível
CCé:
l ~=- 0.3181 ·.
= -0,3 18(20 V)= - 6.36 , .
' ,.,
+
V;
ºI
o
-
Figura 2 .49
___
0.7 \"
'i
Figura 2 .48
~ !kQ
-
Cucwl.l) do Exernplo 2.16.
o
••
o
+
- ,4 +
o
1
o
••
•
+
2\.0
/'- V
•
I'
IV:
~
' "•
..
~ , _+
R
o
T t
.,l
:!f.)
,
,
14
o
' .,
'
~
65
+
o
1
2
I t
Efeito de
T
J~
no smal retificado de me1a--0nda.
figu · 3 --5C
i:...,emplo 2.16.
-
~
-
'
10\
íc!RSâo ' 0 resultaDte fl'lrJ o curuito do
o
+
1
66
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
O inal neptiYo indica que a polaridade d3 tensão
de ..aid3 é oposta àquela definida na Figura 2.-i9.
b> U1ilizando-se um diodo de ílício. a ~ida 1em a
forma de onda mostrada na figura 2.5 t e
-
o
l • ll
1..
-
A queda resultante no nh el CC e 0.:22 \ ' ou. apro:Umadamente. 3.5° o.
e) Equação 2.7.
l'oc• - 0.318 V,. =
+
Figura 2.52 ~ Ja PIV .:\igida para o
reu licador de 1nei:l-Ondlt.
2.7 RETIFICAÇÃO DE ONDA COMPLETA
ConfigLr cão eM pcntt
l'a-.,. - 0.318( i'.. V1.>
O. 3 \, (200 \ ' - O. 7 \ ')
.. - (0.318)( 199,3 V) = - 63.38 \
E.'1.a é wna diferença que c~le pode :.tt dôpruad.t n.1 mnona d:b aphcj<,'«s Para o 1tt."ID (e). a
dili.'lcoça e a queda oa ru:nphtudc ocomdas dê\ido a V1.
não .;aiam ~,,ti,ci~ ~'ln um 0:-.(.'Jlol>CóptO 1."0lllwn.
c<bO ..e utilize uma figura ocupando a tela COiuplcta.
1
1
1
1\}T \}
\
Figura 2.S 1
R~
V. : /R - (O)N : O\
0.318(200 \ ' ) =- 63.6 \ '
EqUãçilo 2.8:
o
t
--<>o
+o
0.318( I'.,. = 0.7 \ ' )
=- 0.3 18(19.3 \) ::: - 6.14 \ '
l 'cc i!!
+
lt'i\
o
oo-·- •-
1
O ní,el CC obtido a partir de u1nn entrada senoidal
pode 'er melhorado 100º• utilizando-se um processo
chamado de l'"l!ti fica(ào de ottdu c·r,,11plt•1a. O circuito mais
co1numente emprepdo para realizar wl função e mOSlrado
na Figura 2.53 com~ quatro diodo~ cn1 uma configuração e1n pv111e. Durante o período que vai de / = Oare T 1.
a polandade da t~ de enlr3da e n1ostrada na Figura
2.54. k. polarici3do rc:.1dtante:. atra\é!> do~ d1odo~ tdeab
tambe1n 1>ão m<ht.mda!> na figuro 2.54, revelando que D:
e D, c:-.tào cond111indo c-on/. enquJnlo D 1 e D~ e:.tão no
e:.tucJo ''dc!>hgado- t- oO-). O re~ullado é a configuração
ili F1gurJ 2.55 com a i:ndiroç.lo ili corrente e da polarid:kk
atrJ\'C:. de R \ ·L,to que 05 díodo-, '>ào 1dca1-.. a tcn...00 na
carga é 1 - 1 • como mostra n mc~ma figura .
,
•
I'1
!li\
+
0 .1 \ • 19\\
Efeito de f',.- na tensão de ~;i d:a Figu.ra 2.50.
T
li
-
PIV (PRV)
A tm...ão de pico inversa do d1oJo (PI\' ou PR\' Pcak RC".ro.e \bit.age) e de grande 1mponãnci;i no projeto
de 'ilSl~ de retificação. Lc1nbre-<;c de que é a rens.ào
mã,im:i nominal do diodo que não de\ e se-- ultrapassada
na região de polarização re\'cr;o ou o diodo entrará na
região de <J\alanche Zener. A PIV pennitida para o retificador de meia-onda pode ser dctcnninw o partir da
Figura 2.52. que n1ostm o diodo re,eNUTiente polarizado
da Figura 2.+t core uma tensào aplicada máxima. Quando
..e aplica a lei das Tensões de KirchhofT. toma-se õb' io
que a PI\' mâ.'Üma do díodo de' e :.<r igual ou maior do
que o valor de pico da ten!>iio aplicada. Logo.
(2.9)
,
Figura 2 .53 Reúficador de onda con1plc1a em pnme
'•
Figura 2.S4 Ci.tcuíto da figura :!.53 paro o pcriodo O111 da tcn.~o de entrada 1·.
Aplicações do diodo
Capítulo l
! t'
67
1 , ...
+
,.......,.-'---- R'l
I...
ll
Figura 2.5!>
-
1.,
t
-
-
Ca1ninho de condução para a região positiva Je ,.,.
Para a região ncgauva da
entrada.~
diodos D 1 e D.
~ condwindo. resultando na configuração da Fii;,•1ira
2.56. O resultado importante é que a polaridade através do
resisror de carga R é a mesmn que aparece na figura 2.54,
estabeleçendo um se1>rundo pulso potjti,v. como mostrado
na Figura 2.56. Ao longo de um ciclo completo, as tensões
de entrada e saída aparecerão confunne ilustra a Figura 2.57.
Uma vez que a área acima do ei"o para um ciclo
completo agora é o dobro da área obtida para un1 reti ficador de n1eia-ondn, o valor CC tambc!m foi dobrado e
1 Vçc = 0 ,636 V"' 1
Se fossem empregados diodos de silício em ' ez de
diõ<los ide-clis. como n1ostra a figura 258. a aplicação da
Lei ~ Tensões de KirchhofT ao longo do caminho de
condução resultaria em
2v,.
Para siruações em que V,.>> 21'11 • pode-se aplicar
a seguinte equação paro o valor tnédio co1n un1 grau relativamente alto de preci:.ão:
2V1d
1
(2.11)
se v.. é suficiente1nente maior do que
2 J'1..· a Equação 2. 1Oé frequente1nente aplicada oomo uma
pri:Jneira estim:Ui\·a para V(<"
~ovamente.
PIV A PI\' o~ria para cada díodo (ideal) pode ser
detenninnda a panir da Figura 2.59, obrida no pico da
.
\'.,
-
,'
,-,
I
\
I
\
\'j
o
VA. = O
O valor de pico da tensão de saidn f é. portanto.
1
I
,.IJ = v1 -
e
,..
I
1·11 -
1 Vcc a 0,636(V,,,
(2.10)
tab .:ompw
V,. -
l', -
l'cc = :!(Equação l7) = 2(0318 J'.)
ou
I
T
.,
-
o
I
\
\
.,
T
T
1
+
Rgura 2.5<> ( 'a1ni11ho de condução p;tm a polaridade negnuva de 1· _
,.,,
+
o
-0.tüôl
ºI
.,
T
-
Figura 2...57
T
1
o
T
'
~
T'
Formasdeondada, ~deentradae
salda para u1n rerilicador de onda compkta..
T
"-
T r
o
Fi-;;·a 2..58 Do!ienninaçiio de
na configur.w;ão em ponte.
i:._. para diodo:. de silício
68
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
12
,.,
r
')
+
"
1
-
v.. +
r
()
~=1
R
CT
+
1'
-
Figu_... 2 5q Determ.inação da rtV necessãm p:ll'3 :i.
configuração em ponte_
Flgt
] .60 Rc:rifi<:ador de ondt1 co1nplcm com
transformador com derivação ccnmil.
região positiva do sinal de entrada. Para a malha indicada. a tensão mi.'\ima através de Ré 1' e a PI\' má.'timn
é definida por
detenninado pelas tensões no secundário e pelos sentidos
das correntes resnlwues A tensão de salda aparece como
ilustrado na r 1gura 1.61 .
Durante a porção negativa da entrada, o circuito
aparece como moIDn a Figura 2.62, invertendo as funções <los d1odo~ mai com a mt"Strul polaridade de tcru.ão
através do restslor de carga R. O efeito é a mesma fonna
(.,_12)
1 PIV ii: V,..
Transformador con1 derivação certrr.1
Um segundo retificador de onda complela bastante
conhec1do é mostrado na f igura 2.60. querem somente
dois diodos. mas requer un1 transfom1ador c-0m derivação
central CCT- t:e11rer-rappelf) para cstabelecer o sinal de
em:rada em cada seção do secundário do uansfonnador.
Duranre a porção posítiva de v, aplicada ao primáno do
t:ransfonnador. o circuiro se componará como mostra a
Figura 2.61. com um pLllso positivoatra\6.de cada seção
do e1uolamento secundário. D 1 as~ume o cuno-circuito
eqw\ '3lente e D;- o circuito abeno equivaJtnte. conforme
de onda de saída que a cx.ibida nn Figura 2.57. com<>:.
1TICST110·S UÍ\'Cb CC.
PIV O circuito da Figura 263 no.1> ajudará à determinar u
PIV para cada dJodo o~ retificador de onda completa..
Aplicar tensão má."tíma no secundário (V..). conforme
estabelecido pela malha adjacente, resultará em
Pf\' =J'"'"""..IMk> + VN
= r·• - rr•
\•.
& "•
I
,
r2
{)
-
Condtçõe.~
-
'-
'
o
-
T
.,
....
+
,-
i:.
\
\
\
1
r
2
T
, :~
I
R
CT
-
+
{
•
V'"
Figura 2.62 Condições do círcwto para a r~ão neganva de ~·r
'
-
+
do circuno p.:ua a ~ião positiva de 1·,.
i·,
1
o
R
Figura 2.61
T
~
ºI
\
~
.,T
-
1r ..
i
Capítulo l
-
....
~
:! lQ
v. +
1•
1
o
:! tD
1
1
1
T
f
2
•
~
'·
1
Figura 2.61 Detenninação dó 'alorda PI\' para o~ diodos
do ~ificador de onda completa com tnlll<iformador CT.
fi1>~.:~:~·
1
1 PIV ~ 2V,,, 1 Tn11
Rei .......... .., . .... ..-nmp
e
-
~i lC
,.•
R
+
~~
+
o
V,.
•
•
o
69
Aplicações do diodo
olt~
figura 2 .66 CJrCufk' rctlel.enhodo d3 Figun 2.65.
(2..13)
T
T
r
2
t),[~IPLO
2 .1 7
Dcterminl? a fonna dl? onda de 'i3Ída do circuito da Figura 2.64 e calcule o nível CC na ..aida e :i PJ\' requerida
p:ira cada diodo.
Solução.
O circuito será co1no o da Figura 2.65 para a região
positiva da tensão de entrad.,. Redesenhar o circuito
resulta na configurnçiio da figura 2.66. onde , .., = ~~·,
ou V,._, = ~\';,,,,.., = }<IOV) = 5 \ '. como mostra a
Figura 2.66. Para a pane negativa do sinal de enlnldn.
as funçôe!. dos diodos serão crocadas e ~. será como
moscrado oa Figuro 2.67.
figura 2 .6_,
iid.l mulluntc do
Cx~mplo
.:?.17.
O efeito da retirada de dois diooos da configuração em
ponte foi. ponan10. a redução do valor CC disponi\ el
ao seguinte valor.
J'cc = 0.636(5 \/ ) = 3.l8 V
ou o me:.mo \alor d~pon i vel de um reuficador de
meia-onda com o mesmo sinal de entrada.'º entanto.
a PJ\t. como foi determinada na Figura 2.59. é igual a
max.ima tensão atrav6. de R, que é de 5 \ '.ou mctaJe
daqutla rcqucnda para um retificador de meia-onda
oom a m~ entrada.
l •.
+
2.8 CEIFADORES
10 \'
ºI
T
T
'-
A seção anterior sobre retificação dá uma clara e\ idência de que os díodos pode1n ser usados para alterar a
ap.vência de uma forma de onda aplicada. Esta seção sobre
ceifadores e a prõAima, sobre gran1peadores.. \âo se aproftmdatnas capacid3des de modelagem de onda <kb di~
t
-
FigUTa 2.6
Circuito cm pont~ du banplo 2.1 7.
eeif'1dor~s "ªº i:irr11itó.\ que 11rili::an1 diodo..) pciru
"reijâr .. uma porção dí! uni 'ii11nl de e1urada çem d1s-
á
1
+
º' [
.,-
•
+
,
\' .
1
-
Figura 2.6.. Circuilo da figura 2.64 JW:lª regil o positiva
de,..
to1t:u o n.•!Jtante dá jorma de onâu aplicada
O retificador de meia-onda da Seção 2.6 é um ex~­
plo da fomu mab simples de ceifador a díodo: um resiscor
e um diodo. Dependendo da orientação do diodo. a região
positiva ou negati\a do 3inal de en1tatla ~ "ccifada-.
l i duas. categonru. gerais. de a-ifudor: em.Jh-ie e em
paralelo. A configur.ição cm série é definida como aquela
cm que o diodo l'l>tá em .>~ric com a car-ga. cnqwmto a t.'fll
paralelo tem o dtodo cm um !".uno par.Uclo 3 carga.
70
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
Em série
••
A respo!>la do configuração em sene da Figura
2.68(al para várias fonnas de ondas alternada:. é mostrada na Figura 2 6~(b). En1born inicialmente inlJOduzido
como um reuficador de meia-onda (para fonnas de ondas
senotdab). não há lllllite quanto aos llpos de hlnal que
podetn ser aplicados a un1 ceif-ador.
A inclusão de uma fonte CC. como mosun a figuro
269. pode ll!r um efeito pronunciado na aruill...c da conti·
gura-,-ão do ccifador em série. A rc:.J>O!>ta nào é Lãa óbvia
porque a fonte CC pode trabaD1or a fa,·or ou contra a tens.ia
da fonte. e a fonte CC pode estar no ramo en~ a entrada
e a <;aida ou no ramo paralelo à saída.
Não bi nenhum procedimento gemi para a análise
de circuitos do tipo 01ostmdo na Figura 2.69. mas alguns
a'J)ee(os ajudam na busca de un10 solução.
+
Figu ra 2.69
Determine 2 remio aplleruht (rensão de t:raosiçio)
que resulta.ri em uma aJteração de esUldo do
diodo de "'deY&gado'' para "ligado'".
Este pa.'>...o a1udar.i a dcfmir uma região da tensão
aplicada quando o diodo t.-stivcr Ligado e qunndo C.~\cr
desligado. Sobre a cun-a característica de urn diodo ideal
essa definição oconC'là quando J' 0 = O V e / 0 = O m i\ .
3.
Para o equivalente apro~imado. isso é determinado pela
identificação da tensão aplicada quando o diodo sofre uma
queda de 0.7 V através dele (p;ira o silício) e 1,, - O mA.
Esse exercício foi aplicado ao circuilo da Figura
2.69, coa10 indica a Figura 2.70. Note a substituição do
equivalente de cuno-circuito pelo diodo e o fato de que a
teDsào atra\ és do resistor ê de O \ 1 porque a corrente do
díodo é de O mA. O resutiado é ' ' - J' - O. logo
Tente desen\·ol,•cr uma noção geral d• resposta
apenas observando a ..pressão.. estabd~ida por
cad,a fonte e o efeito que ela terá sobre o sentido
da cornnte cOD\>'Cncional atra' k do d.iodo.
~a Figura 1.69, por exemplo, qualqucr tcn.sào positiva da fonte tentará ligar o diodo por meio de uma
corrente con\iencionaJ atravé:. dele que coincida com a
!.Clll no símbolo <lo diodo. Entretanto. a fonte CC adicional
r· iní se opor :i tensão aplicnd.1 e tentará m:mter o diodo
no estado -desligado... O resultado é que qualquer tensão
de ahm\.'lltação maior do que V volts hgara o daodo e a
condução podení ser estabelecida através da resi~cia de
carga Tenha em meore que estamos lidando com um dtodo
id~ de modo que a tcn~o d.: ligação é. sonple:.mcntc.
O \'. Em geral. ponanto, para o circuito da Figura 2.69.
poden>0s concluir que o diodo será ligado por qualquer
ti.•n>'ío ,., maior <lo que V volts e dc:.lig:ado por qu.tlqu~r
+
+
R
''j
-
1
-
Ccifador cm série com un1a fonte CC.
tensão menor que~- Para n condição de "desligado-. a
salda sena O V devido à falta de corrente, e para a condição de -ligado- !>ena !>impl~rnente "" = l', - I'. conforme
<lctcnninado pela Le1 das Tc:ris&s de K.irchhoff.
2.
(.2.14)
é a tensão de tranc;i~.
Isso pennite d~nhnr uma linha sobre a tensão de
alimentação scno1dal como mostrado na Figural.71. para
definir as regiões onde o diodo está ligado e desligado.
Para a região de -1igado ~. confonue a Figura ! .72. o
díodo é sulhtituido por um cqui,aJcntc de curt0<ín:uito
e a iensào de saida é definida por
,.
l 1(,
•
"
V
\'
V
..
ü
-V
'ª'
Figura 2.68 Ce1fadorem série.
LJ
I
-
-
Preste atenção ao local em que a tensão de saída
é definida.
~a Figura 2.69, é diretan1ente atraYés do resistor R.
Em alguns casos. pode ser alrclvés de uma cornbinação de
elenientos em série
Em seguida:
J
R
-
1.
,.
r
T
..
1
'
- 1'
<b>
vi
I
V
L"
71
Aplicações do diodo
Capítulo l
..
~
•I \
.:. +:11t-_--o+--->---.-+---o:
Ir\
R
1 •
T r
ºVi
' 'i
figura 2 70
Detcnninação do nn cl de lr.IJlSição parn o
cin:uito d:i Fi~ra 2.69.
,.
'
= \' tdio.lo~ n1udam Je e"1.adn1
Fi ura 2.13
Desenho da forma de onda de'• usando
os resul~ obtJ~ para ~·. 11c1n1a e aha1xo do ni\el de
t.ran,1ç00.
\m
'
V
f lip!n
E<Ef'llPLO 2.18
Detemline a fonna da onda de saída para o circuito da
.~li~
o
T
I
Figura 2 .74.
Solução:
figura 2 . -1 Uso da tensão de trmb-ição para definir as
~ M •ligado" e "d~ligado".
\'
~ l j i - -- - 0 - - - 0 - - - 0
+
+
I'
Figura 2
7
~
c:.1.ado ... ligado~ para toda a faüc.a de tcn.sõc-. po!>itJvru.
para,._Uma \C2quc a fonte se tome negativa.. tera que
exceder a tro:;ào de aliment.nção CC de 5 \ 1 ames que
ro<-"1!1 desligar o diodo.
Etap2 3: o modelo de transição é substituído na Figura
2.75 e conq:iramos que a transição de um esudo p;i.ra
outro ocorrmi qu;indo
R
'
Etapa l: mai~ uma vez. a salda passa diretamente
através do resistor R.
Etapa 2: a região positiva de ~·, e a fonte CC btão
aplicando-pn."l>São·· para ligar o díodo. Porcon:.egumte.
podemo_., pres:.upor com segurança que o dtodo c.-stá Dó
K\L
Determinação de ,. para o díodo no
estado •tigodo".
, ,." =
1'í -
,,
1
20V
(2. l 5)
Paro a região de "desligado". o díodo é um circuito
abeno. /"= O nlA e a tensão de saída é
4.
•
E sempre útil traçar a forma da onda de saída
diretan1ente abaiio da tensão aplicada usando as
mesmas escalas para os eixos horizontal e vertical.
Com esta última infonnação podemos estabelecer
o nÍ\el O V no gráfico da Figura 2.73 para a região indicada Para a condição de ··ligado''. a Equação 2.15 pode
ser utilizada para de terminar a saída de tensão quando a
teru.ão aplicada te1n seu valor máximo·
V
e
b..'Ml
"n••• = V,.. - \'
pode !>Cradicionado ao gráfico da Figura 2.73. A._~1m,
toma-se snnplc:!> preencher a S<.'\ÍÍO faJt;mtcda CUI"\ a tlé saída.
o
T
R
t
-
-
Figura 2 .74
Ccifador em série pnrn o Exemplo 218.
-
-
--
íigur:a 2.75
Oaenntn3Çâo do niv~I de lnllhiÇlio par:i o
ccifudor d3 Figura 1-74.
-
72
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
v-.SV
= OV
1
v =-5 V
ou
'
Etapa ~ :
na Figura 2.76, wna Linha horizontal é troç:1d;i atrn,-és dn tensão aplicada no nível de trnnsiç.ão.
Pam lcn"-cks inferiores a 5 V. o d1odo está no estado
d~ c1rcwro aberto e a saída é igual a O \'. confonne
mosuado no desenho de 1•.,. Usando a Figura 2. 76.
descobnmos que. para as condições em que o díodo
ec;ta li!!<ldo e a corrcnlc do díodo ei.ta e,.tabelccida. a
tensão de saida ~rá a seguinte. confonne deternunado
pela Lei das Tensões de KircbJ'l.off:
o
2
Figura 2.7
- _-,-º-
,
IT
Sm:tlaplicadoparao l::.xen1plo2.19.
~ll t-+--6-
-
+_._
+
5\
-
R
~\ -=-
,. = ,, + 5 V
.. '
Figura 2.78
cntrnda.' i.eno1dais, pois apenas do1i. ni' cc. devem ·cr
colbidttndos. Em outras palavras. o circuilo pode ser
analisado como se tivesse dois ni' eis CC na entrada.
com"' saíd3 resultnnte v., traçada de maneira apropriada O próximo exemplo demonstra o procedimento.
i
-
-.
E mais fácil fnzer a análise dos circuilos ceifadores
tendo ondas quadradas como entrad3s do que com
T
' = -20 \ '
I ' CIII 1'
•
o
a,.
--
IOV ~
1
:
o\
+1
,..
2.79 .
.
EXE
~PLO
2 19
Delenníne a tensão de saída paro o circui10 e.xaminado
no E~emplo 2.18 se o sinal aplicado fOT a onda quadmdn
Figura
,. cm 1·;
- 10 V
:
da Figura 2. 77.
Solução
Para ,., = 20 \ '(O _. T/2), o resultado é o cin:uíto da
Figura 1. 78. O díodo estã no estado de cmto-circuito e
i = ">O \ ' + 5 \ f = J 5 V. Para v, = - 1O V, o rcsull:ido e o
circuito da Figura 2.79. colocando~ o diodo no estado
..desligado··. e \',. = i,_R = (O}R - O V. A tensão de saída
Te$Ultante é mostrada na Figura 1.80.
Oh!,.c_n. e, no Exemplo 2.19.
que o ccifadM não so-
mente cortou 5 V da c,xcwsào total ma.' tambCm aumentou
o valor CC cm 5 V.
- -... 1.SV
o\'
-..
ºI
Figur:a 2 .80
T
Dcscnhmdo ' • para o Excn1plo 2.19.
O circuito da Figura 2.81 é a mais sin1ples das configurações em pantlelo com dioclos, con1 a saída resultante
parn os mesmo~ sinais de entrada da Figura 2.68. A anã-
+ 'i\ -l(I\ ."i \ -
'i\
5 \'
T
I
\
Tmàlde
tnn-içio
figura
2.7~
~nhando
i·. r>ar.i o r:~cmplo :?. 18.
o
,
Em parale o
1
5V
T
T
2
\
T
I
"'S\+S\=
\
Aplicações do diodo
Capítulo l
+
73
+
R
•,
-
\
•
i ·- - - .
o
_,, ---- ----"
Figura 2.81
..
1
o
'
_,, .. --
Respo~ta do c1ro.11r1> cafiódor em
..
o
I
-V
p:ualelo.
lise das configurações em paralelo é muito semelhante
à aplicada às configurações em série, como demonstra o
e-<emplo a seguir.
o
+
o
o-------~._--9~
Figura 2.82
Exemplo 2.20.
Etapa 1: neste exemplo. a saída ê definida através da
combmação cm !>érit: <la fonte de ~ V c do d1odo. não
attavés do resistor R.
'lr .o O V
+
Euip11 2: a polaridade da fmue CC e o ~-ntido do diodo
sugerem que ele estará no estado ~ligado.. para uma
grande porção da região neganva do sinal de entrada.
~a verdade. é íote~sante notar que. uma ve~ que a
saída passa diretainente acra,·ê:s da combimçâo en1 série,
quando o diodo <.'St.á cm seu ~tido de curto-circuito. a
tensão de saída passara diretamente a11Uves da fonte CC
de -l V, exigindo que a saida seja fi'<tacb em 4 V. Em outra:. pala\ra5. quando o diodo ~"' tt ligado. a saída será
de ~V. Caso contri1rio, quando o diodo for un1 circuito
abo-to. a corrente alnlv6. do ciocuito cm !hte !>erá dê O
mA e a queda de tensão acm,·és do resistor. de OV. Isso
m;ultarácm \'' = ~i SCTDpTC qué odiodoc:.U\LTdcsligado.
Etapa 3: o valor de transição da tensão de entrada pode
ser determinado a partir da Figura 1.83. substituindo-se
o equivnJente de cuno-circu1to e lembrando-se de que
a corrente do díodo é O1nA no instante da transição. O
resultado é uma mudança de ~tado quando
1·= 4 V
•
Etapa 4: na Figura 2J~4. o valor de transição é tr.1çado
ao longo de 1•,, = 4 V. quando o diodo está ligado. Para
, . '> -l V, ,.., = 4 V e a fom1a da onda e simplesmente
rqxuda no gráuco de saída.
+f
\-=-4V
Oerermine v,, para o circuito da Figura :!_82.
Soluçao
1
R
••,
,
- 16
EXF\IPLO 2.20
~~-•
----oo
••
+
V_._._ 4 V
-o
Figura - --
-I
o
Detãminai;ão do valor d~ ttan.;ição para o
E,emplo :?~O-
_ _ _ _ 4 V vnlnr de mm...iç:in
o
T
1
1
t
1
1
1
1
1
Figura 2.84
1
1
1
1
,..,,.
16V o
'
1
1
1
4V
1
1
1
1
1
1
1
1
1
'
,-
T
T
1
E~o de ~·•. para o Exemplo ! .!O.
74
DlspositNOi elelr6n1cos e leona de órc.u>IDS
•,.
Para C'l(3minar os efeitos da tcn~o de joelho de
f'~ de um díodo de silício na tensão de saida. o pró:'timo
e"l(emplo e:-.pecificara um diodo de silício. em \CZ de um
diodo ick:ll cqui' alente
EXEMPL;O 2.21
Repíui o E-<emplo 2 20 utiliwndo um diodo de silício
com I',. • O.7 \'.
Solução:
A tensão de unn ...1ção pode ser inici31mente detennin.'l!b
aplicando--< a condição iJ - O A em ,. - 1·? - 0.7 \ '.
obtendo-s.e o 1:it~u110 da FigW'll 2.85. Aplli:ando-se a Lei
das lensões de K1rchho rT nn rnalba de salda no sentido
horário, pode-se concluir que
,•,+ J">. 1·= 0
,., = i~ - V" ,_ 4 V 0.7 V = J ,.3 \
Para tensões de entrada n1aio~ do que 3.3 V. o díodo
serã um circuítl.) abeno e 1• - , . Para ten:.õe!.deentr:Wa
men~ do que 3.3 \'.ele estaru no htado -1iga.00- e
~originado o c1rcu1to da f 1gura 2.86. onde
, ..
.JV
0,7V = 3,.3 \ "
na S3Ída é moslJ3lb 03 Figura 2. ~. Ob-.cnc que o efeito de i foi apena.., dJmmurr
o ,~for de tran'>içào de 4 para 3.3 \'.
R
+
1
1.Jl - r01R =O \
-o\
VA-:- 0 ,7 \
+
It
\' -=- 4 \
;~~~~~~~'t--~~~-;
o
+
~·
+"
,.
'
-
-
3.l \'
O
Figura 2.:87
T
"-
~de''• para
T
I
o E~cmplo 2 21
Não hi dú\ ida de que a inclusão dos efeitos de J',i;
con1plica urn pouco a análi~e. ma~. urna \ ez que ela. a
nntihse, SCJa compreendida con1 o 1.hodo ideal. o proccdín1en10, 1nclumdo o~ efeito· de I',.. não !ierâ tão dif'te1L
Resumo
Na figura 2.SS. são mo!>tmdos 'áríos ceifndores em
série e en1 paralelo com a sa.ida resultante pnra uma entmda
seno1dal. Ob~e a respo:)ta da últin1a configuração. que
tem a capacidade de remo\er uma seção po ttJ\a e uma
seção negati\ a. como determinado pela amplitude da:.
fonte~
CC.
2.9 GRAMPEADORES
.\ Í<>nn.1 ck onda n.."Suhantc
,., - i,R -
16 \' -
-
figura 2 86 DetCT111in.iç5o de,.• p.ira o díodo da Figura
2.&2 no c->t!Jo -11gJdo"
A seção anterior in\estigou di\ ers.1s configuraçôe5
de diodo que conam uma pane do ~inal aplicado sem
alterar o r~tunte da forma de onda Esta seção examinará
urna vanedade de configurações de diodo que deslocam
o sinal aplicado para um ní\el diferente.
l.Jm grampcador é fim circ11itn cn11.~tituídn de um
diodo. 11n1 n.-.u<1tor e um eapacitor que desloca uma
farnu.1 de 0111/a paro uni ni,-el CC d(fere11te. sem alterar
a "J>Urt:ncitJ du ,;nu/ aplit•utlo.
De.. tocamentos adicionais tambérn podem seT
obtidos com a introdução de uma fonte CC oa estrutura básicn. O resistor e o capacitor da rede de,·em
c;er escolhidos de tal modo que a constante de tempo
determinada por t = RC "ejn grande o suficiente para
assegurar que a tensão atra\ê do capacitor não se
descarregue de forma ,jgni fc.at1\ a durante o inten alo
en1 que o d1odo não e tçJa conduzindo. Ao longo da
análrse. lb:.umiremo que para todos os efeitos práucos.
o capac11or carreg..-'e ou descarrega-se totalmente cm
cinco con~1aotl!!> de tempo
O mais :.i mpte~ do~ cttcuico~ grampeadores e
fomec1do na figura 2.89. Ê importante notar que o C3J>dc1tor ci.tu conL'\.t.ldo din:tamc:ntc: entre os :.ínail> de entrad3
e saída, enquanto o tc"Í:.tor e o diodo ~tão conectado!> cm
par.tlclo com o ,j03J ck saída.
Aplicações do diodo
úpttulo 2
~tf\o
' epti">O
''
,.
•
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o
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v,
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Figura 2.88
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C1rcu1to,, c1:.1tadorh.
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Urif..cloro ma para Ido 1111larlzad
o
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75
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V
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o
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•
l
76
OOpos.i.ivos ~etrõrucos e teoria de Olt.Ult~
e
f
o
i·
+
o
T
-
_,.
t
T
'i
-
-
Figura 2.89 Gr:unpeador.
(~ircvilo.' grampeadorl'~ tL~n1
ttn1 C'upantor cont'L,·
tudo Jiret1.1r11eflte t.Íu e11lra<l<1 paru a \Uida com urn
t'f<ml'ntu re,i,ti~"O e111 pari/feio <·0111 o
IÍ1tNlo tumbt.;m e_,·hí
t'flt
\inul Je wid11. O
/)tll'CJlt•lo rotn o ., if1al ck ~c11di1,
mas pode Ol1 nJo ter uma fonte
C(. em
~me como uni
elcrnenro adicional.
Hã uma <;eqnência de etapas que podem set' aplicad3S
p3ra tomar a :mãhse simples. 'Jão e 3 única abordagem
para c~aminar gmmpendorcs.
1na!>
oferece uma opção.
caso ~riam dificuldades.
Et•pa l : in~ a an1ilise el.aniinando a resposta da porção
do loal de tnfnldjl que polnrizan\ diretamente o díodo.
Etapa 2: du.ra.ote o período cm que o dlodo esti'""er no
cst•do - 1ig•do''. presuma que o cap•citor arrega-sc
Etapa 3: presuma q11e. duninte o período em q11e o
diodo e tiYer no ewado - desligado'', o cap acitor se
manterá cm seu \11Jor de tensão estabelecido.
Etapa 4: durante a análise, tenha cn1 rncnfe a loc•liz•çiio e a polaridade de referência de 11,, pa ra assegurar
que o~ Yalore •propri•do para v, sejam obridos.
Quando a entrada cha1.eia para o cswdo - 1'.o circui-
to lícn conlo mo:.tra a Figura 2.9 1. co1n o etrcwto uberto
cqu1\alentc para o e.Lodo detenninndo pelo sinal aplicado
e pela ten:..io atrMzenada atra\ e!-:. do cnpncuor - ambos
"prC!>!>1onando.. a corrente 3.tro\6 do thodo. do catodo para
o anodo. Agora que R t.~t.1 de 1.olta ao c1rcu1to. a constan te de tempo dctcrnunada pelo produto RC é graruk o
:>uticicntc para õtabclcccrum pcriodt) de dcscargJ 5-r mw·
to m::uor do que o pcnodo T ':! - Te é po~~h el pTC!>umir
que o capacitor mantém c;ua carga e, conscqucntcmcntc.
a tensão (jã que 1·= Q C) durante cs<,c pcriodo.
Uma \C7 que,. esti em p:iralclo com o díodo e o
res1stor. tunbCm pode <;erde<;enhado na posição ahemari,11
mostrada na Figura 2-91 A aplicação da Lci das Tensões
de Kirchhoff na lll3lha de entrada resulta em
- \ ' - \ ' - ,. = o
..
. =-., I'
'
e
o
i.nst•ntaneameo te a um 'alor de teo io determinado
pelo cittuito.
\;o circuno da Figura 2.89. o diodo :.era polaruado
dtrel.l.mcntc para a porção pos1uva do ,1naJ ap~~- 11.o
1ntl.'n alo de O a T2. o circuito se parcccrá com o mostrado na Fii,.'llra, .90. O equivalente de c:uno,1rcuito para o
diodo n....ulta.ra cm l'~ =O V parJ C!><,C 1ntenulo d.: lt.'tllp<>.
como ilu'\lra o esboço de 1·. na Figura 2.9:!.. "e<-.--c mcc;mo
int.:n11lo de tempo. a coni;tan tc de tempo dctenninnda
por t = RC é muito pequena porque o díodo provoca um
cune>-<ircuito no resi.,tor R e a única re..i,tenc1a pre"óente
é a inerente (contato, fio) do circuno. O resultado disso
é que o capacitor se carregará rapidamente até o \ alor
má\imo de J' ,olts. como mo..undo na Figura 2.90. com
a polaridade indicada.
-
e
Figura 2.91
Derennimção de 1· conl o diodo "d~hgado-.
"•
\' ---.
o
T
T
2
_,, - - - -1----1
1
1
e
+
-
i -=-
--
+ 1V
0
'
1
-
t
1
1
1
1
...
+
1
•1
•1
1
1
1
•
o
R
T
2
T
t
-1V '"--_.
Figura 2.90 Diodo '"ligado'' e o ~p.tellor c..m-g:mdo pa.ra
l'\Oll-..
Figura 2 .92
Oes.!nho de 10 im-J o circuito dn 1'1gurn !.91.
Aplicações do diodo
Capítulo l
O sinal negativo resulta do fato de a polaridade de
2 V ser oposro ã polaridade definida para \ A fonna de
onda resultante na saída é mo:.trada na Figura 2.92 co1n o
sinal de entrada. O sinal de saida é gra.mpeado a O V para
o intenalo de O a Til.. mas mantém a mesm-0. excursão
toia.I (2 J') da entrada.
Etap.a 5: certlflque-se de que a excursão local da S11(da
coincJd• com a do sinaJ de entrada.
Truta-i.c de uma propriedade que ~ aplica a todos
os ctreutloi. grampcadore!.. fomCCt.'1ldo uma excelente
\·crificaç-.lo dos resultados obôdoi..
77
e
- - 'e1 +
o
:zo \'
+
R
+
v =.sv
IOU kfi
-
+
-
rigJTa 2.94 Detemunaçãodev. e l é coinodiodono
estado "li?k>".
2.S V
- 1+
o
+
[.(E.; . IPLO
2.22
Determine ~·.. para o circuito d3 Figura 2.93 para a
entrada mdicada.
10 \'
R
+_L
5 \1 -
-
Solução:
+
-
O~nc
que a lrcquência é de 1000 Hz. o que resulta
cm um pcnodo de l ms e um intcn1llo de 0.5 ms entre
os níveis. A anilise com~ com o período r1 -+r~ do
sinal de entrada. uma vez que o iliodo esl:í em seu estado
de curto-circuito. Para esse intervalo. o circuito será
como mostra a Figura 2.9-1. A said3 está sobre R, mos
também se eocontra diretnmente sobre a bateria de 5 V.
se seguim1os a conexão direta entre os terminais definido· para 1•., e os terminais da bateria. O resultado é 1
5 V paro esse intervalo. A aplicação d3 Lei das Tensões
de Kircbhoff ao longo da 1ualha de enD'lKb resulta en1
1
., -
KVL
tj J .. i
2.95 Odcrmi11:içào de 1• com o dioJo no ~do
11
'"ue:-li~-ador.
- 1O V + 25 V - v., = O
e
1·, =
35 V
A constante de tempo do circuito de descarga da Figura
2.95 ~ delermtnada pelo produto RC e tem o valor
- 20 V -
f 'c -
5 \'= O
t =' RC = (l00kn)(0.I µF) =- 0.01 s = lOms
e
Portanto. o capacitor carregara ale: 25 V Nesse caso. o
diodo niio provoca um cuno-circuilo no resislor R, mas
um cu·cuito equivalenre de Thé' en1n daqueln porção do
circwlo. que inclui a batena e o re:.isLor. resull.alldo c1n
R'"' = O a. com ETI, = f, = 5 V. Para o periodo 1~-'J· o
cin.'UÍto será como mo!.tra a Figura 2.95.
O crrcwto aberto 1.-qu1\'alcn1e para o diodo c'itará que
a: batc:ria de 5 V tenha qualquer efeito sobre v0 , e a
aplicação da Lei dai; Tcni.õo de Ktrcbhoíf ao longo da
maJha de sai da do circuito ~ultara cm
10
"'
O tempo total de descarga. portanto, é 5t = 5( 10 ms)
= 50ms.
Como o 101crva10 11 __. 1) dura apenas O.S ms. pode-se
coni;iderar que o capacitor mnnterá !'ua tensão durante
o perioJo ~ dc!SCaCga entre os pulsos do sinal de entrada. A <;aida resultante é mostrada na Figura l 96 com
o sinal de entrada. Observe que 3 excursão do sinal de
53.ld3 de 30 \ ' está de acordo com a do sina! de cntr.ld:t.
conforme mencionado na etapa 5.
/• lCX»Hz
C=lµF
o
o
-20
Figura
2.9~
'•
..----·
T
'·
'1
,,
,
-:.
Sinal aplicado e cin:uiio do E~cmplo 2.22.
+
\•'1
-
1
+
~· -
-
SV
-
78
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
'..
v,
35
10
,,
o
20
'2
13
'~
-
I
30 V
]()V
s .....
-
1
,,
o
Flgura 2.96
+ 5 V - O•7 \1- ,.• = O
t ' = 5 V O. 7 V = ~.3 V
"
'~
+
R
'
J
Fi91.:.:ra 2 97
Determinação de i•,
e
V(
com o chodo no
e~tado .. ligddo-
: - f1---+--..-~---..~---o
2.&JV
- 20 V 1 l"( ~ O,7 V - 5 \ ' - O
V, = 25 V 0. 7 \ 1 = 14,3 \ r
Para o período 11 - t3 , agom o circuito ficará conforme
indicado na Figura 2.98, modificando-!.e somente a
teno;ào atrav~ do capacitar. A aplicaçào da Lei das
Tensões de Kirchhofl' resulta em
IOV
-
sv:i-
R
Figura 2.98 1Nirt111nmçiiod.! ... com o diooo no es.1ado aberto.
-
.
+ 1OV + 24 3 V - ,." -= O
e
•
,
1
,,
t~
~- 1
Para a seção de entrada, a Lei das Tcn-.õcs de KtrcilhoA·
resultará em
e
1
l i e 1· para o g.rampeador da íi!-'Ul'3 l.9.3.
EXEMPLO 2.23
Repila o Exemplo 2.22 utilizando wn d1odo de s1hcio
com 1·1; = 0,7 \".
Solução.
Para o estado de corto-circuito, agora o cncuito teni
a aparência mostrada na Figura 2.97. e ,. poderá <;er
dete1 •ninada pela lei das Tensões de Kirchhoffaplicada
à seção de saida:
e
1
l'
v,, = 34.3 V
3'..3 V
-
'
A saída n.-sultantc é n1ostrada na figwa ..!.99. con-
firmando a afirmativa de que as cxcun.õc!\ d~ liÜlái.' de
entrada e wda são ª' 1ncs1nas.
Alguns c1rcwtos gnunpeadores e seus efeitos :oobre
o sinal de entrada aparecem na figura 2.100. Embom
tod:ss as formas de onda reproduzidas nessa figura sejam
de onda!\ quadradas, c irc uito!'> grampcadol'C'l. operam
igualmente bem para sinais senoídais. ~a \crdade. uma
possibilidade para a análise de circuitos grarnpeadores
30V·
4 .JV
o
,,
1
1
1
'?
13
(4
,
Figt.ra 2.99 Esboço de\ p.ira o grampeador da figun
2.93 com um d1odo de sillc10.
79
Aplicações do diodo
Capítulo l
(~trc1'1tm ~ore~
"•
"o
_,, L
",,
~e
T
R
'•
o
-
-
•
_l
-
+
+
v. -
R
..
~
v.
,.
o
L-1
l
"
--
R
-
"'•-
+--1e
v,
Figura 2.100
+
v, -
-
+
R
••
-
~----.---o.
o
..,.. t
-1.'1
2 I'
_l
-.1
2V
l '1
o
1
...
-,, .J.
l
"•
-
,,+-
R
....
-
Circuitos grnmpcadores com díodos ideais (ST = 5RC '>> TI:?).
-
2 .1 O CJRCUITOS COM
ALIMENTAÇÃO CC E CA
,.\tê aqui. a anàlio;c lin1itou-se a circuitos com uma
ünica entra.da de onda CC. CA ou quadrada. Esta seção
e:icpandirá essa análise para incluir ambas as fontes. CA e
CC, na mesma configuração. A f igura 2 102 apresenta a
estrutura mais simples de circuitos de duas fontes.
1,, (V)
1'1
o
C)
?JJV
.
+
t
' -20 V
Figura 2.1O1
,
e
com entradas S,enoidais é substituir o sinal senoidal por
uma onda quadrada com os mesm<><> 'atores de pico.
A saída resultante tormará. então, um envoltório para
a re~La senoidal, como mostrado na Figura 2. 1O 1,
para um circuito que aparece no canto 1nferior direito
da Fisrurn 2.100.
1'
,
I
,.o
-
;
t
o
+
,.
"
1
'•
+
r
1
,.
-
~
+ e
-
-
R
-
••
~e
-
tt
...
+
..•
2\
-2~'
,.1
~e
+
''•
l
,•.
'•
-
+10
1
..
e
R
-:;::- 10 V
+
Circuito grompe3dor com urro entrada seno1dal.
'
o
- IOV
l
80
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
,.•
+
•
+
"•
"'
~1
Si
-
l'-i>
R
:! IJl
-
-F
ll
~10\'
+
2V
+
., V
+ ,,,
-
ov
I
1,--~ Si
"'
- 2 \'
--
-
Figura 2.102 C1rcuílo con1 fontes CC e CA.
Figur1 2 104
Detmnmação da resposta de ' '1t para a fome
CA aplicada.
í.: cs~iaJmcnLc importante que o
Teorema da Superposição i.cja aplicável. Isto ê.
Para 1111 !\istcma,
A
~~J.>rul'1
"6mV
16mV
lo
-1-.65 mA
Je utn cin:·uito co11i an1bt.u .u fontt~. CA
5S9il
e CC. pode "l'r enco11rra<lt1 dt'f<'rn1i11a11clo-je a ~posra
para c11da fonte de:.ff1rn1a ind<'pt71dt.'111e e. em "eguüfa,
comhinando-se os re.<;11/tadn.'f.
Substituir o diodo por essa resisrência resulwá no
circuiro da Figura 2.105. Para o valor máximo da 1ensão
aplicada, Oll wlo~ de pico de ''i e v0 serlo
2 kil (2 V)
V
\' u
""°' 1·99
,,,_ = -----2 s.n ... 5.59 n -
Fonte CC
O cin:uito é redesenhado como mostra a Figura
2. 103 para a fonte CC. Note que a fonte CA foi remo, ida
simplesmenle por sua substituição por um cuno-<trCuito
equivalente para a condição ii, ~ O \ '.
Usando-se o ciTcuito equivalente apro'<1mado para
o diodo. a tensão de saída é
l ',= é - J'0 = IOV
0.7V = 93\i
e a.e; correntes !>âo
9,3 V
_
2 kíl = 4 ·6'
ttL-\
Fonte CA
A fonte CC" também é substiruida JlOT um curto-cittuito equi,alente, como mostrado na l 1gura 7. 104. O
diodo será substiruido pela resistência C' A. confonne detemrinado pela Equação 1.5 do Capitulo 1- a corrente na
equação !>i:J1do o valor quiescente ou valor CC. K~"tl? caso.
+ 0 ,7V -
e
_ ,-.,
A combinação~ resul1ados da análise de CC e CA
resultará nas formas de onda da F1gur.t 2.106 para,., e,.,..
Note que o díodo tem um impacto impomnre sobre
a saída de tensão resultante' ,,., mas n1uito pouco impacto
sobre a excursão CA.
Para fins de comparação, o mesmo sistema ser.í
analisado usando-se a curva carncterís1ica real e uma
análise de reta de carga. Na Figur..l 2.107. a rela de c.arga
C'C foi traçada conforme descrito na Seção 2.2. A corrente
CC resultante é agora ligeiramente n1enor devido a uma
queda de 1ensão atra\ 6 do díodo que é ligeiramente maior
que o valor apro~imado de O. 7 V Para o valor má~imo da
tensão de entrada, a linha de carga terá interseções de E
= 12 V e I = ~
~i~ = 6 mA. Para o pico negati,o. a:.
interseções ~o em 8 \' e 4 mA. Deve-se atentar especialr11ente P'lra a região da CUl"\a característica do díodo
=
-
,,
+
.r-..v --- •">\'
-
5.S<J n
"- V
-
~
E...:.. IO V
-
--
-
c:;S · 1~ 2.1"3 Aplicação de supeipos1çio pam detmninar
Fig li r < 2 1 O:
Cb ef.mos d:i
sua resistência CA eqw,·.Jane.
fonte CC.
=2V - l,99V
' ...
"',.
'"" = 0.01
V ::::: 10 mV
'
+
'
''o
Subsmmção do dlodo da figura .?.I 04 por-
Aplicações do diodo
Capítulo l
81
....
12
-----i
'+~'V • T:WV ~ 11'-~ \'
11
' •e=q.3 \
10 9
'
~1:::-:-~-1-..-~-~-~-~~~-~-~-~-~-~~=-;-~-~-~-~-h-i!'wo~-7-~-­
\ 9.3 \' - 1.99\'= 7_,1 \'
0.fN \' !--+~-........
~c:c
l
o
-'
-•
3
f
o
1 (msl
5
1-
íií
1
-
1
~
la l
.
2.'11'1 nf agura
uu
vH e
4
3
6
-
r lms)
(b)
.
. da F.
,.,, p:ira o c1rcu110
1guro -.,· 1oi- ·
1
1
I
=4J
1
1
l t--
a o -.s \
o
figura 2 .107
.1
5
6
9
10
11
11
Deslocamento <b ma d.! carga em função da fo01e 1•,.
atmvc">.'>llda pela excursão CA. Ela define a região para
a qual a resistência do diodo foi dctenninada na análise
anterior. Nesse caso, porém, o ,·aJor quiesttnte da corrente
CC é:: 4,6 m1\ de modo qlle a nov:i ~istencia CA ê
"'>6 mV
--5650
. --
4.6 lnA
que é muito próxin10 do valor :interior.
Em todo caso. agora está claro que a alteração na
lcnsão do diodo para essa região é muno pequena. resulrando em um impacto mínimo sobre a tensão de salda.
De modo geral o diodo exerce forte unpacto sobre o
01\el CC da tensão de saída. mas pouco unpacto sobre a
excursão CA da smda. O díodo estava claramente próximo
do ideal para a tensão CA e O, 7 V abaixo parn o OÍ\cl CC.
Isso se deve principalmente ao aumentu quase \'ertÍcal do
diodo. uma 'ez que a condução é totalmente estabelecida
ntrnvés do diodo. "\l'a maioria dos ca5os. o diodo'> no
estado ·•tigado'" que estão em série com as cargas terão
algum efeito sobre o nivel CC. mas pouco efeilo sobre a
excursão CA. se o diodo estiver conduzindo totalmente
para o ciclo completo.
l\o fururo. ao lidar com díodos e um sinal CA.
primeiramente deve-se detenniuar o nível CC atra\~ do
diodo. e o' alor de resislência CA deve ser calculado pela
Equação 1.3. Essa resistência CA pode. enlio. ocupar o
lugar do dJodo para n análise desejada.
82
2.11
DlspositNOi elelr6n1cos e leona de órc.u>IDS
"°V\'
010005 ZENER
..\ analbc: de ClfCUllO!o. empregando diodo:> Zcncr é
b.btantc .,1m1lar âquc•.1 upl1cad.1 a dJodos ~cooduton:!>
113.., -.cçõc... :intcrion.~ Oc\'c-sc pnme1ramcntc drtcrminar
o e.lado do diodo. cm seguida fazer a ,tJb:..tituíçào pelo
y~
modelo apro~im3do e determinar a ... outra.., quantidades
ainda não conhecida, do circuito. \ F1S?.Ura 2. IOS e~amina
O'i carcuítO'i equ1\.alcnle aproximados para cad3 região
de um díodo Zener a<;sumindo apro~imações em linha
reta em 01da ponto de rupturn. Obsene que a região de
polarização dire1a c-.ui incluida porque. ocasionalmente.
uma aplicação 'altatú paro essa região taro~
O prin1c1rol> dois c'cmplos demonstro.râo como
um d1odo Zener pode l>Cr usado para estabelecer ni\ eis
de ten!>ão rcfcrt!ncia1s e operar como um disposÍU\.O
de proteçào. A utilização de u1n diodo Zener como u1n
rt.gulador ::.crã. então. <..lcscri1a detalhadammte. porque
é uma dc ::.uàS pnnc1p:.11i. arcas de aphcac;ão. Um regulador ê uma comb1n.içào de clc1ncnto!> concebido!> par.i
a!>Scgunrr qu.: a tclbào de sa1da de u013 fonte pcrmaru:ça
rclati,1lmcntc con.,tantc.
-
1
figura 2.109 C1rcw10 de refcrência para o ExempJo 2.2.!.
diodo. O 1 ED branco "1frer:í uma queda de cerca de 4
V atra,·~ dele.º' di(ldo., 7cncr de 6 \ f e 3.3 ,. som:nn
um 1013( de 9_1 \ ' e o d1odo de o;ilicio com polarização
direta tem 0.7 \ '. 1otalir.indo 14 \'.A aplicação de~
V é, ponan10. ,uficiente para ligar todosº" element<>!'
e. cçpera-se. estabelecer uma apropriada ro11ente de
E P'"'n' O 2 24
CXtenn1ne a::. tCn!>ÕCl> de referência fomcx1da!. ixlo
ctrewlo d.t figura 2 109. que ut1hn um LE.O de cor
brdllC3 p3ra in<li~ar que a cncrgtJ c;,..u lipb Qu.:ns são
o \alar J3 corrente que pa."'ª pelo LED e a pol~cia
torncctd3 pela fonte? C'omo a potência ab-.on,;da pelo
LED --e compara com a do d1odo Zcncr de 6 V?
Solução:
Primeiro. preci~mo~ verificar se há 1en<ião aplicada
suficiente para ligar todos oc; elemento' em série do
..
0
0-0--0
o
'
___.., ,
ª"
+
Bnmro
1
~
operaçao.
que o diodo de ~ilicio foi usado para criar uma
tensiio de ~fen.~ia de 4 \ ' porque
~01e
V,, 1
= Vz,- + \'A = 3.3 \i
+ 0.7 V = 4.0 \'
C'o1nbinnr a tensão do dioJo Zener de 6 V com o~ 4 \ '
resulta em
o
\'z
o\'
+
figura 2 . l 08
l'1rcu110~
~·L
.. o
- 111~
cquivalcnt..::. apro\.imadm oo d1odo Lcncr nru. tres r~~•ÕC::. P<b'i"ci:. li<! aplicação.
Capítulo l
Vt>: = V11 1 t Vz 1 =
EXt:.
· 6 \ ' = 10 V
~V
VII'
40\ - V... - VtED
f - f
- - - -------''----R
LED
R
13kfl
-
--
26 \ '
l n = 20mA
l_ lu
que deverá estabelecer o brilho adequado para o LED.
A potência fornecida pela fonte é sunple:;mente o produ.10 da Lensão de nlunentaÇAo ~o Ilu.\.O de corren te,
C'OinO !>~Ué:
Ps - EI_, EIR - (40 \ ')(20 Til/\) - 800 m'\'
r ..~ 2.25
A~sun
que a LêtlSào atra\éS do díodo Zener aungrr 20
V, ele
SI!
.
A potencia absorvida pelo LEO é
'•
P LEP
= V1 ~c/u p - (4 V)(20 mA) - 80 m\.\
hgani. como mostrado na Figura 2.11 l(a). e
R
fil , .
~
+
, ,.'
e a potência absorvida pelo diodo 7..ener de 6 V é
A po1ência absorvida pelo díodo Zener e1'cede
LED etn 40 m\.V.
íl
do
figur.a 2..110
Carcwto Je c-0nrrole para o E\emplo:? :?S.
+
+
+
20,7 V
=20 \
1
-
+
< 20.7 \ '
1
,..
- -
-
o
;
~
~
+
o
1
0.7 \ '
(a)
,..
-.
,; X
1'
~~
,
'
/
20 V
'
' 1•
\
'
\
o
.
\
\\
. ,..
i
','
I
'
,
' ,_, ,
'
(CI
figura 2. l 11
3:1 \ '
Si
R
R
~·i >
,.7
-
Pz = VzÍz= (6 \ f)(20 mA) = 120 m \ \
+
83
O circuito da Figura 2.11 Odestina-se a limimr a l!!n~ào
a 20 V na porção positiva da tensão aplicada e a O \ '
para a e'<cursào negativn da tensão aplicada.. Verifique
~eu funcionamento e trace a fom1a de onda d3 tensão
através do sis1ema para o sinal aplicado. AssuJm que o
sisterna tem uma resistência de entrada muito ele\-nda,
de modo que não afetará o con1ponan1en10 do circuito.
Solução:
Para tensões positivas aplicadas menores do que o
potencial de Zener de 20 V, o diodo Zener estara em
seu estado de circuito aberto aproximado e o sinal de
entrada sunplesmente se distribuirá pelos elementos.
com a 1113.ior parte dele indo para o sistema por ter um
nÍ\ el tão alto de resisLência.
PoT fim. os 4 V através do LED branco deixarão uma
tensão de 40 V - 14 V =- 26 \ ' atra\és do resistor e
.W V - LO V - -t V
13k!1
Aplicações do diodo
Resposta do cimiico da Figura 2.11 Oà aplicação de um ~nal scnoidal de 60 \ '.
1
• -O\
-
84
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
a tensão atrnvés do sistema se travará em 10 \ '. Aumentos adicionais na tensão aplicada simplesmente
aparecerão atra\Cs do resistor em série com a tensão
em todo o :.istema e o diodo polanzado diretamente.
permanecendo fixos em 20 V e O.7 \r, respecu' amente.
A tensão aua"ês do si!>tema é fixada em 10 \ '. contbnne
tllbua a Figura 2.11 l(a). porque a tensão de 0. 7 \ ' do
diodo não l!l.t.á ~tre os tennma~ de saída definidos.
O
sist~
está. portanto. a salvo de qU3is.qucr novo.!>
aumentos na tensão aplicada.
Para a região negativa do sinal aplicado. o diodo <lc
silício é re\cn,amcnlc polari7.ado e apresenta um circuito aberto para a combinação cm série de elementos.
O resultado disso ê que o sinal negativamente aplicado
completo aparecerá atrnvés do díodo em circuito aberto
e a tensão negativa em todo o sistema será travada em
O\ 1• como mostrado na Figura 2.1l I (b}.
Por conseguinte. a tensão através do sistema aparecerá
como indicado na Figura 2.11 l(c).
O u.. -o do díodo Zener con10 um regulador é tão
comum que são le\ adas em consideração três condições en' olvendo a anál ic;e do regulador 7ener básico.
A análise proporciona uma excelente oponwúdade de
familiarização com a resposta do diodo l.ener a diferentes
condições de operação. 1\ configuração básica apareçe
na Figura 2. 112. A análise ê pri111eirameme para quantidades fixas. seguida por uma tensão de alunenração lixa
e uma carga \ariá\el e. por fim. uma carga fi.u e uma
fonte \"an.J\ eL
Aplicando-se a etapa 1 ao circuito da Figuro 2.112.
ten1-se o circuito da Figura 2. 113. en1 que uma aplicação
da regra do di' isor de lensfu> resultará em
(2.16)
Se I':?: ~·1. o dtodo Lener está ligado e o modelo
equivalente apropria&> pode ser ~ubstituido.
Se l ' < 1'1 • o diodo t.~tá desligado é o circuito aberto
t.-q uivalcntc ê sub~tituido.
2. Sul>11i11w o circuito equii·'1le111e apropriado e 10/u-
cione aç incóg11i1aç d(•,.ejnda~.
Para o circuito da Figura 2.112. o estado "ligado_
resulta no circuito cqui"-alcntc da Figur.i 2. 114. Vio;to que
as tensões atrnvê~ de clcmcn1os cm paralelo devem !ier as
mesn1as, conclui-se que
(2.17)
A corrente no diodo Zcner deve ser determinada
aplicando-se a Lci da!. Com.'lltc:. de KirchhotT. l,l,to e
IR:::: /z
+
l /z = IR
!L
IL
(2.18)
1
R
R
~I
+
-
---
1JI
~
+
\, -=.
-·-
+
1z
Ri.
f'
...J...
T
Figura 2 . 113
Dctc:nninaçào do estado do diodo Zcncr.
Figura 2.111 Regulador Zener b!Wco.
'••
V, e R fixos
O mais simple circuito regulador que utiliza diodo
Zener aparece na Figura 2.112. A tensão CC aplicada e
fLxa. asstm como o resistor de carga. A anâlise pode ser
di\ idida fundamentahnente em duas etapas.
/.
Daermi11~
~
o esuuln do diodo ZL..,,er remJ>l'mdf>-<1 do
-
+
'~
R
i'i
tl:!:
\z
"".t: T-
=jl /l
+
Rt V1
-
V
e aúculondo ct tensão olml~ do drr:uiro abcrto
Figur, 2 111
estado "ligado··
Subsutmção do equivalente Zener p:i.ra o
Aplicações do diodo
Capítulo l
..
111
R
onde
1 Ul
+__,_
i; ~
A potência dissipada pelo diodo Ze~r é detem1inada por
1 PL
= Vzlz 1
-
85
+
l6V
-
(2.19}
que deve ser menor do que a P LJJ e..-pecificada para o
dispo- itivo.
Anres de continuar. é importune frisar que a primeiro
empa foi empregada son1enie para determinar o estado
cio dioJo Zent•r. Se esli\er no estado -Jigado~. a 1ensâo
atra\.és do díodo não é de J' ,ohs. Quando o sbtema for
ligado. o diodo Zener se ligará assim que a tens.1o através
dele atingir V, volts. Ele ''lra\.ará.. nesse , ·aJor e jamais
F191..
2. 16
Figura 2.115.
1
Dc:tcrrninaçào de I ' para o regulador d3
iz (mAI
\.z: 10 V
alcnnçará o' aJor mais elevado de 1 \Ohs.
\
o
l 'z
8.73 V
E.XO IPLO 2 26
a) Para o circuito con1 diodo Zeoer da Figura 2.115,
determine Vi , V,.. JLe P,..
b) Repila o item (a) com Ri - .:t U2.
Sol.içao·
R1ur:a 2 · ...
Pon10 de opcmçilo te!.ultante para o c1n.'11110
d:l Figura 2.115.
a) Seguindo o procedimento ::.ugttido. o c1rcuico é
redesenhado corno mostra a Figura 2. 116.
A aplicação da equação 1. J6 ~la em
V=
RLV;
R + RL
=
l .2k0(16 \ ' )
1 kfi + 12 L.!l
b)A aplicação da Equação 2.16 rCTilllta em
V=
= 8.73 \ f
\'istoque Jl =8,73 Vé menor do que l".z = 10 V. odiodo
esta no estado "'desligado". como mO"trado na curva
caracteristic.i da Figura 2.117. i\ <mbstituição por um
circuito aberto equivalente result.'1rã no mesmo circuito
da Figura 2.116, e1n que descobrimos que
Visto que J•= J:! V é maior do que J'L = 1OV. o díodo
esta oo estado ..ligado~ e resu1tará no circuno da Figura
2.118. A aplicação da Equação 2. 17 resultará em
e
VL= \ t = 8,73 V
l', - Vi - V1 - 16 V - 8.73 \ r - 1.21 \ '
lz = OA
PL= VLlz= J"z(OA) = O\\
3 kí1(16 V>
- J:! \
1 kO + 3 kfi
\. l
= Vz = 10 \ '
V"
=
\ li -
VL = 16 V - 10 \ ' = 6 \
10 V
com
3k n
6V
I l!}
'R 1 kil
\
+
-
-
'
l6V
portanco lz
= IR -
= 3.33mA
= 6tnA
IL (Eq. 2.18)
= 6mA - 3.33 mA
+
= 2JilmA
Vz= IOV
·PzM=30mW
-
A potên<:ia dlssípad:l é
P, .. 1'} 1 ""' ( 10 V)(2,67 mA) = 26.7 m\''
Figura 2 · l .S
f."<emplo 2..26.
Regulador com dlodD Zmer para o
que é menor que a especificada P,~: 30 m\\ .
86
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
A corrente oo Zener
---R-1 Ul
- ..
+
+
-
- -"'l
\~
l6V
•
i
(2.24)
+
'•
10 V R1 •
•
•
-
'•é
r
F. e:;- -a 2 .118
resulla em 11 mínimoqwmdo ILé máxin10 e em f 7 má-timo
quando 11 é mínimo. uma "e7 que
constanle.
Vic;10 que 11 é limitado no vnlor 1111 fornecido na
folha de dados. ele influencia a faixa de R1 e, portanto, I,.
Substituindo 11 por IL.,. estabelece-se urn valor mínimo
para 11., como
Circuito da Figura 2. 115 com o dioJQ Zenl!r
no C$tado '1igado-,
(2.25)
V. 11 <O
R variável
IJ..°'ido a lL'tt.-,ào de OflSCt l'z. há uma fauca ~ÍfiCà
~ 'aJan:s de rcsé.tor (e, portanto. da com:ntc de ouga) que
gar;nltDá que o ZctK-r e~tcja no ~1ado "hgado... t:ma ~is.
téncia de carga Rt pequena demais resultara cm uma tensão
i ~ atra~ da J'CSÍ'itência de Caf6>a que será mentX" do que V..t•
fnzeodo com que o díodo Zeneres1eja no estado ..desli~".
Para determinar a resistência de carga mínima da
Figura 2. 112 que 1ignrá o diodo Zener. 'impfesmente
calcula-se o \3lor de R1 que resultará em uma tensão na
carga J ~ - I ~. lsw é
Determinando R, , te1nos:
e a resistência máxim:i de c:uga como
(1.26)
EX.ETvtPLO 2.27
a) Para o circuito <b Figura 2. 119, determine a fai"<a de
valores de R. e/, que manterá VRL em 10 V.
b) Determine a especific.içào máxim a de potência do
diodo.
Solução:
a) Paro detl!mlinar o \·ator de R, que ligará o diodo
Zener. aplique a Equação 2.20:
RVz
R4- =
V; - V.!
(2.20)
( 1 lfi)( 10 V)
Qualquer valor de n.-sistência de carga mruor do que
o R1 obtido da Equação 2.20 gar.mtir:í que o diodo Zcner
esteja no estado ··ligado" e que possa 'SCf lmbsrituído por
sua funte l'z equivalente.
\ condição definida pela fquaçào 2.20 estabelece
o R mínimo. mas também especifica o / 1 má-ümo como
IL
-·
=
50 V -
10 V
IOlíl = 250 fl
-40
A tensão através do n:s1stor R é. portanto, dctcrminada
pela Equaç3o 1 ,.,:
{2.21)
Quando o diodo encontra-se no estado üligado"'. a
tensão atra\ es de R continua fixa em
'"
+
(~ -12)
\ , = 50V
"z. 10 \
/LV •J2m ·\
e ' • continua ÍL'<O em
(2.23)
Figura 2 .119 Regulador de tcnsào do Exemplo 2.27
e a Equação 2.23 fornece o valor de 1.:
40 \ '
l k{l
87
Aplicações do diodo
Capítulo l
(2.28)
= 40mA
\rt.~to que
ILestú fixa c1n VzlR1_e Ir:u é o valor má.~­
mo de lz. a tensão máxima r; é definida por
O valor mínimo de /1 é. portanto. detenninado pela
Equação 2.25:
11
""'"
"
= 40mA
32mA = 8mA
EXE\.1PLO 2.23
Det~ a fru.xa de valores de r~ que nlaruetão o diodo
Lener da figura 2111 no estado "ligado"'.
com a Equnçào 2.26 delenninando o 'ªl<'r máx imo
de R1 :
V7
R,__, = -,-
L,,,,.
(l.29)
1 V,..,, -
= /,, - 17,,1
10 , ,
=
8mA
Solução:
= l.25kfl
l::quação ., .,-:
São mostr11dos um gnifíco de 1' '-ersw R. na Figura
2. l 20(a) e un1 de Vl versm /, na figura 2. l 20(b).
bl P...., = V1.l1:M
- (10 V)(32 mA) - 320 m\\
( 1100 O. + 220 .0.)(20 V )
1100 n
\'z
-RL
-
RLfixo, V variável
Para yaJores fixos de R, na Figuro 2.112. a ten<;ào 1· de\'e ser grande o suficiente para ligar o diodo
r~...,. é
Zener A tensão niíni111a que liga o díodo
detenninada por
:!O V
1,2 kí l
=
= 1.J.67 V
16.67 mA
Equação 2.28.
J: -
IR.. = IL.\I + /L = 60 mA + 16.67 m..\
= 76.67 mA
R1.l 11
RL .... R
R
+
(2.27)
V1mtn --
e
'•..
+
\
O valor maximode
V. é limitado pela co1n:nte Zener
máxima/'°". Como lLv= l•
/L,
figur:a 2.. 121
,.
VI
L
IOV
10 \ '
1
1
1
1
1
1
o
1..~Ul
25(){)
1'1
1·C'r .11ü
1
t
1
1
1
1
R1
(a)
Figura 2. 120
Regulador para o Exemplo .,,.,8
R1 e 11 para o ~ulooor da Figura 2.119.
o
1
•mA
40mA
Cbt
lt
88
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
Equação 2.29:
\',
-
= IR R + Vz
m"'
= (76,67 mA)(0.22 kíll + :?O\'
16,87 V + 20 V
-
+ + \.- -
'·
- 36$7 V
T
Um grafico de l't versu5 V, ê moslnldo na Figura.2 l22.
Os rel>"Ultados do Exemplo 2.28 re-..elam que. para o
CtfCUllO da figura 2.12 l com um RLfixo, a tensão de saída
permanecerá fixa em 20 V para uma fui.xa de valores de
tensão de entrada que vai de 23.6 7 a 36.87 \ .
?OV
- ---- - 1
1
1
1
1
i
1
1
1
o
10
~.
1 40
20 1
23.67 V
Figura 2 .123
Dobrador de h?nSfu> de 1ne1a-ond1.
0 2 ê cortado). carregando o capacitor C1 atê a tensão de
pico retificada ( f ' ,_O diodo D, deve ser um curto durante
esse semiciclo, e a tensão de entrada carrega o capacitor
e, até v.. com a polaridade mostrada na Figuro 2.12..t(a)
Durante o semic1clo negati\O ilil tensão no secundãno.
o diodo D 1está conado e o tbodo D1 conllnua a carregar
o capacitor e!. \ 'isto que o díodo Di age COITIO um curto
dllran•e o c;emiC1clo negamo (e o diodo D , está abeno).
podemos somar as l~ ao longo da malha externa de
saida [\eja Figura 2.124(b)]:
36,117 V
'-'e1 + Vc! = O
- V"' - \' ..:.... Vc.· = 0
- \l lll -
da qual obtemos
Circuitos mulLípLicadores de tensão são empregados
para manter uma tensão de pico relaú\amente pequena
no transformador. multiplicando a telbào de pico na
saída por dlJa!.. três. quatro ou mais \ aes a tensão de
pico reuJicada..
Dobrador de tensão
O circwto da f 1gura 2. 123 é um dobrador de tensão
de meia-onda. Durante o 1neio ciclo de tensão posiú\a no
tmnsf0tmador. o diodo secunúâno D1 conduz (e o diodo
.
•
\'C: = "V
- m
2. ~ 2 CIRCUITOS MULTIPLICADORES
DE TENSÃO
.
No semiciclo posili\o seguinte, o diodo D~ não csm
conduzindo~ o capacitar C1 descarregará através da~
Se não hou' cr ~conectada com o capacitor l ':_, ambo:.
se manteràocmregados C em J',.e C1 cm21',.. Se. como
esperado. bOU\'er uma carga conectada na saída do dobrador, a lensão atra\és do capacitor C1 sofrerá uma queda
dL1rante o sennc1clo po!>1li\ o (na entrada) e o capacitur
era recarregado ate 21· durante o scmiciclo ncgallvo.•'\
forn1a de onda na saim através do c.apacilor C1 é a de wn
sinal de meia onda filtrado por um capacitor. A tensão de
pico inversa 31J'3\ és de cada diodo é 2 r...,.
' _
+ I ..
+
1
o,
-
l,..
--+---....
.,.
-...1.. e.
-·.+
.
-
C2
n..
+
(.J l
dXldoD,
Jiodu D, enl c<:1ne
Ni~·1i111lo
(não l"ODiliaL111do)
tbl
Figura 2 .124 Opernçilo dupla 1nosuando ca<h sem1c1clo da operaç-Jo: (a} .;an1aclo pl'iU\o~ tb) sern1c1clo ncgall\O.
Capítulo l
Outro circuito dobrador utiliz.ado é o dobrador de onda
completa da Figura 2.125. Durante o semiciclo positivo
da tensão no secundário do tr&Jbfortn3dor [veja Figura
212li(a)}. o d1odo D 1 conduz. ~ando o capacitar C1 a
uma tensão de pico 11.,. O d1odo D: não est.t conduzindo
~momento.
Dumnte osemiciclo negati'o ['CJS F1gura2. ll6(b)),
o diodo D1 conduL carregando o capacilor e·!· enquanto o
diodo D , l~tá cm corte. Se nenhuma com.'lllc de carga for
drenada do circuito, a tensão atra\'Cs do3 capactlOrL"S C, C
C:: será 1i·•. Se houver conente de carga sendo drenada
do circuito. a tensão através d~ capacitorc:> C e ("1 seni
a mesma que aquela através de um c:ip:lCÍtor alimentado
por um circuito reli ficador de onda completa. Uma diferença é que a capncitâocia efeti\'3 é resultado de e e
e. em 'iérie, que é tnenor que a capacitãncia individual
de C ou C!. Uma capncitância de menor valor fornecerá
uma filtrogen1 pior do que o circuito de filtragem com
um úruco cnpaciror.
o,
\ ,.,
+
+1
·~-T e.
" ::;:: e.-
-
Dobrador de tensão de onda completa.
o, /
A tensão de pico in\;ersa ntrn,·és de cada diodo é de
21' ... como ocorre com o circuito de filtro com capacitor.
Em suma. os cin.-uitos dobradores de tensão de meía--0nda
ou de onda completa produzc1n o dobro da ten..00 de pico
do secundário do uansfonnador. sem exigir a utilização
de um tran~formador com derivação central e com uma
especúicaçào de PIV para os djodos de apenas ') 1,..
T:ripl;cado·
~
quadruplicador de tensão
A Figura 2. l "7 mostr..l uma cxteru."flo do duphc4tdor
de tensão de meia-cnda que produz trés e quatro ve-ze5 a
cen.são de plCO de encroda. Parece óbvio. ob:.er\'ando-se o
padr.io de conexão do circuito. que d1odoJ> e c.apacnon.~
adicionais podem ser conectados de modo que a tensão de
salda possa atingir também cinco. seis. sete ou mais \ezes
a tensão de p1co bà:.ica ( I'.,).
Em oper;1çào. C, é carreg<Jdo atra\és do diodo D,
a uma telbâo de pico ~ .. durante o próximo semiciclo
pos1U\'O
da tensão uo secundário do transformador. O
capacitor C_ carrega até d\LílS Ye7CS a tensão de pico 11'
prodUZlda pela soma das tensões através do capacitor e e
do IJ'am.fornudor durnntc o sc111iciclo nega.ti' o da <cnsào
no secundário do transfonnador.
Durarue o semiciclo positivo, o diodo D conduz e
a tensão aun.. é's do capacitor l'1 carrega o capac1tor cj
à mestn3 t.."'f\Sào de pico 2 !'.,. No se1niciclo ncgati,·o.. os
diodos D2 e D~conduzem cotn o capacitor C_. carregando
31'. e de e! e e, e 4J'.,. Se seções adicionais de dtocfol. e
capacitom. forem uttlimd::ts. cada capacitor~rá C!.FT'eg3do
com uma ren')ào de 21/ Medindo-se a partir do e'ltr~mo
superior do enrolamento do transfonnador (figura 21.,7).
obtêm-se múltiplos ímpares de v.. na saída. ao passo que.
/ Em cone <nlio condn7indo>
CondU1.i.Ddo
---,
- - -.- +
,,,.
º•
..
i•
-
1
e.• .
-1
1
+
1
1
1~
:
1
e!
1
1
1
1
=r
,-
L ___ ..., ___ _,
'il)
-
1
1
1
D:.
89
c.a21',..
A tensão através do capaciLor l': é 21'..,.. de C e Cl ê
+
Figura 2.125
Aplicações do diodo
e. _ f4- _J
....._L
Di ~
Em e<'rtc 1n.io ((lfld111:inool
Condwinüo
(b)
Agura 2 .1 lb Scmiciclos a!tcm.ldos de vpc1aç-.lo p3n1 ()dobrador de tcn-lo de onda complcttt.
90
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
--
~I
e,
e,
w:ildtlr
\., t
I'
+
+
•
., ,,
+ - "'
T
o,
v...
1
º'
e,,
e!
+..,
1)
1~2'·
º"
•
-"·
-
+
2''
-
•
•
~ r:l1.;;idor C.S 1., 1
figura 2 . 127
Tripli~ador e quadruplicador de tcruào.
tnedin<l<H.c: a tensão de saidn a parrir do extremo inferior.
pode-se obter uma tensão de pico cujos valores sejnm
1núJuplos pares de f'•.
A t~o nominal do transfonnador é somente 1'...
e cada dtodo no circu1to deve possuir uma ~-pttLficação
de Pl\ de 2V.... Se n carga for pequena e o~ C3pac1tores
aprcsentan:m pouc-J. fuga. valon::. de trnsão CC extre-
Por ser do 1jpo mais comum. o carregador de baterias de
carro seni descrito nos pró~imos parágrafos.
A aparê:nc1a externa e a estrutura interna de um
de se-u mio práuco em circuitos. algumas Wu areas mai:.
comum. de aphcação serão inttodUll~ a segwr. Ob~tt­
v~ especialmente, que a utilização dos diodos \3J bem
além ilib carac1criiot1cas de chaveam!!lllo Já apro.t.-nradas
nc!.Lc ~itulo.
carregador de bat~ manual Sears 6/2 AMP são mostradas na f·agura 2. 12~. Obstt\e, na Figura 2.128(b). que o
transformador (como na tll31onn dos carregadores) ocupa
a maior pane do espaço interno. O espaço restante é ~
ori t:ic1os nn caixa dci.'GUn s::ur o cnlor gerado devido aos
níveis resultantes da:. com:ate:s.
O esquema da Figura 2.1 ~9 abrange os componrn·
ics bá<;icos do carregador. Observe inicialmente que O!>
l 20 V da tomada '>ào apricados diretamente ao primário
do transformador. \ fai><a de carga de 6 A ou 1 A é delenninada pela cha\ e que <;Jmplesmente controla quantas
espiras do primário ~\anio no circuito paTa a faixa de
carga e coll1ida. Se a bateria for carreguda no valor de 2
A, todo o enrolamen10 primário fará parte do circuito e
a relação de espira- do primário para o secundário serà
máxima. Se esti\'er carregando no \lalor de 6 A. haverá
menos espiras no primãrio do circuito e a relação de
espiras diminuirá.•.\o esrudanno:. os tran~fom1adores.
ReLif'cação
concluimos que a tensão no primário e no secundário
esLá diretamente relacionada ã relaç·iic> de ejpirtn. Se a
mamente rutos poder.lo ser produndos por õse upo de
circuito. utili.amdo-sc m uitas i;cçõcs parn muJtiphca.r a
ten...ão CC.
2.1 3 APLICAÇÕES PRÁTICAS
A gama de aplicações práticas dos diodos é tão
ampla que seria quase impossí\'el abranger todas as opções em uma única seção. Mas. para termos uma noção
O carregador de bateria é um e.qwpamouo domésuco utt11nvio para ~arrcgar desde baten.3.l. de lantcmru. atê
balt.'113!) de alta capacidade para cmh3!C3çôcs. Coné:Ctada a
uma tom:ida comum de 12 OV C A. a estrutura b3.\1ca dos
carregadores é bastante scmclhántc. Em todos os s~tcmas
de recarga dc\-c haver um 1ra11.efonoodor p:irn manter a
ten..ão CAern um nh'l?I upropriatlo ao daqwla tcns:iocon-
relação de espira:. do primáno cai para o secundário. a
lt:nsão também c.ii. O efeito reverso ocorre se as espiras
ao secundário excedem b do primário.
tinua a ser esmbelecida. Um arranjo de di<>do~ (também
A aparência geral das forma!. de onda e mostradu
na Figura 2.129 para o \:alarde carga 6 A. Obscr\'c que.
até agora. à tensão A pos.'\Ui a me._~ma fonna de onda no
primário e no ec:und:Uio. A única diferença é o \raforde
pico das formas de onda. Neste ponto, os díodos recebem
chamado de "'ificador) deve ser incluído para converter
a tensão (' \que varia com o tempo a un1 ,·alor CC' fi1'o,
conforme descrito nesle capitulo. Alguns carregadores CC
possuem wnbém um regulador para oferecer um ''alor
CC melhor (que varie menos com o tempo ou a catga).
e convertem a forma de onda C \que possui valor mêdio
igual n 7ero (a íormi de onda ncima do eixo é igual ã
de baixo) em uma que possui um valor 1nédio (toda a
fonna de ond3 acima do eixo), como 1nostra a figura
Por enquanto. apenas reconheceremos que os díodos são
e
91
Aplicações do diodo
Capítulo l
padw
:te.-..
..m&çaa;lodo
rd1f"'•"• (diolol)
r.,..~oman
temnn~nto
dodl3~··
figura 2. t 28
'"-
Carregador d~ bateria: (a) aparência externa; (b) cstnm.u"ll ínuma..
Picu - 18 V
(\
,
'''
1
íV
\
1
1
1
l~U
V CA
-
,
J
'
1
1
+
•
lJ V
1
1
1
1
1
'
\
Gam"~~-ck\
tmnitW po-iti\O
doc<1~
1
1
''
1
~--
Tr:m,fum=ior
f<!Niuikit d.! tensllo)
'--1'00-----'r
("ami "p.:.aré"" dn
tc!rolin.d ~'º
do~
•
figura 2.129
Esquema elétrico do camgndordc bateria da Figura 2 128.
disposilÍ\.OS eletrônícos semicondutores que permile1n
que correntes convencionais os atra\ essem no sentido
md1cado pela seta no s[rnbolo. Embora a forma de onda
resuhante da ação do d1odo tenha uma aparencia pulsanLe. com um valor de pico de cerca de 18 \.a bateria de
12 \ 'será carregada sempre que a tensão for maior que a
da bateria. como inosLm a àrca somb~.ada. Abai<to de 12
V. a bateria não pode se descarregar ntra' és do circuito
do catTegador de bateria porque os diodos permitem que
a corrente etrcule somente em um sentido.
Obsene tand>étn. nn Figura 2.128(b). a cmti?ncia
de uma grande pbca atrovés da qual flui a corrente do
módulo de ~llficadores (daodos) para o tcrmínal poiÍU\O
da bateria. &u propó!>tlo primário é oferttcr um dtlSi·
92
Oi.1pOS!IJvos eletrõnlc os e Leona de c.irw1tos
1wdn r ,fe calo r (Umll placa que faz com que o calor "ejn
mmsfenJo p.:i.ra o ar ao redor dela) para a configuração do
díodo. Do contrário. o díodo prova"elmcnte dcrreleria e
se autode.Uuina de\ 1c.Jo aos nl"eis resu Jwi tes de corrente
Cada componente da r 1gurn 2.129 foi de\ ubmcnte identificado na Figur3:? 128(b) para referên~,a.
Ao !.l'" ;iplicar a çorrente pela pnmeira \ ez a uma bate ria â ta.u de ca® d..: 6 A. u demanda de corttnle indicadà
~lo !Th.-Jidor localuado nn parti! frontal do Übtrwru!nto
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pode cheg;rr a 1 A ou q uase g A. ~1 as o nÍ\cl da rom:nte
C3ini qua ndo a batena for carregada ate c~ ao ni\'cl
2 ou 3 A. Paro un1dadt?S dc,sc tipo, que não -.e d.:s liga m
auto mat x:ai nen te. e ncccsl>áno dc,concctar o c:ute<.;ador
qua ndo a corr ente cair para o nl, el de carg a plen a. ('ao;o
contrârio. a bateria ficará com cargll em ex~..o e poderá
c;er danificada. Uma batenn con1 500ci de c;uga pode levar
até dez hoc'as para ser carregada. a<"im. não se de\ e C"'J>Craf
que is:.o ocorra em dez min utos. Além di..;.o. se Uffi3 bateria
CSÕ\er em má-; condrçôe:> e co1n carga abaixo do normal.
a com!nte inicial de carga pode er alta dem ais para o
carregador. Para C\ itar esse tipo de :.ítmção. o disjun1or
do ctrçwto se abrirá e 1nterrompero o processo. De\ tdo no
aho n1\el da corrente. é importanle que as ~õo do
carregador sejam cu1da<lo:.amen1e lida:. e aplicadas.
Para l:t>mparar a 1eoria cosn a realidade. fo1 conc..-ctada uma c-.iq;:i (no formato de um farol) a wn e;.i.rregJdor
p.l11l mo:.uar a fon na de onda real. É unportanté lembrar
que. ~m :a clrcuJaçào de cor ren te em um diod o. ~ua
cap acid ade de reti fica ção não ~er.l C\ iden ciad a. Em
oinn.." pala ,'Tb . a ...a ida do carrci:'11dor na F1gur.s :! 1:!9
não o;cr:i um "1nal retificado, a menos que uma c:uga "eJa
aplicad=' ao <;t~tema p3ra drenar corrente alra \ o do díodo.
Lembre-se de que. segundo a descrição das carn ctcr 1 llC<\5
do díodo. quando I = OA, V,, - O V.
No entanto, aplicand o-se o farol como carg:a. passa
pelo diodo uma corrente suficiente para que este opere
como uma cha \e e converta a fonna de onda C.-\ em algo
pulsante como mostro n Figura 2 130. ql:l.3.llOO ajustado
para o ,ato r de 6 A. Ob:.er. e pnmeiramente que a fonnn
de onda e:.tá le\ementc distorcida pel~ carac1eri ocas
não lineares do lra.llsfomlador e pela:> carJCtcn:.llcas nao
Lineares do diodo en1 corrente:. b.tixas ~ia:. a formJ de
onda csú pró:\ima da ~perada. !.e com para da aos modelos
teóri~os da l 1.eurn 2.118. O vnlor de pico~ dctcmun:ulo
a parur da ~bshdadc \CrtJcal como
..
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J",_ = (3.3 di\isôe<;)(S \ 1 di\i:>iio)
com um \alo r CC' de
= 16.5 \ '
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fl ·JL · 2.1 30 R~{IO'>t3 puf, antc do carregador do Figura
2. 129 à con cdo de am farol tulTl O carga.
Um 1ncdidor C( COrk.~tado a carga regi:.truu 10.41
V, algo basu mte prõ wno do ns\CI méd io teór ico <CC) de
10,4 9 V.
Pode·~ que --uo n:n
como e possível que um car·
regador que po su1 um \alo r CC de 10.49 V c3rrcguc
uma b3tcria de 12 \ " cm um \-alor de 14 V. Bac;u pcn.....que (como mo...trado na Figu ra 2.130). para uma porção
considerável de cada pul w. a tensão aplicndn pela bate ria
-;erá m3í or que 1:? \ ' e que a bate ria carregará segundo um
proce!'so chamado de aarg a '"le nta". En1outros pala\r.t....
n carga não ocorre durante o ciclo 1n1e1ro. m:is <-OIDente
quando n ten~o é maior que a da bnterin
Configurações de pro teção
Os díodo;; são utili73dO<i de vária.. niane1~s p:sra
proteger elementos e iqemns contra ten<;ôes ou correntes
excessivas. te\e rsâo de polaridade. formação de faíscas e
de cu nos etc. ~a Figura 2.131 (n). a chave de um ctrCUito
simple:. RL foi fech.uia e a corrente subirá a um ní,e l
detern11nado ~la ten:.ào aplicada e pela re:.1stência R,
con10 mostra o diagrama l ló problemas qua ndo a cha \e
é abe na rapi dam ente . como na rsgu ra 2. 131(b). para
indicar ao c1rcwto qt;e a corrente deve cair a Lero quas.e
1nstantanerunente. curso... b;is1co:. de c1rcuüo:. en:.tn3m.
no entanto. qut: o indu tor não perm ite umn mudança
rápida da corr~tc a.tra\~~ do enro lamento. Oco rre um
coníls to que ena faL-.c.a:. nos c.ontatol> da chave enquanto o
enro lamento tenta encontrar um caminho para a d~:s.
Lembre-se t.tmbem de que a tensão no indutor esta dtre·
ramcntc rela cion ada ã t.a'a de variação da corr ente que
passa pelo enrolamento (''t = /. d1Lldt). Quando a cha \e
é aberta. tenu -"e fve r com que a corrente mude qua-;e
instantaneamente. o que provoca umn 1en-;âo n1uit0 alta
no enrolamento e nos contatos da cha \e, estabelecendo
um arco de corr ente (fai,cas) \ 'nlores de cen1enas de
volt s npa rcce rio no- contacos e. c1n pouco tem po ·e
não 1nlcdintamente d:tnificarão o:. con1 atos e. por con..eguin 1e. ach a' e. O efeito~ chamado de •·golpe indutí\ o··.
Obsel"\ e que a polandade da tens lo que se estabelece no
Aplicações do diodo
Capítulo l
93
1
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Rgura 2 131
(b)
(a) Fase de tra&ição de um cin:wio RL sin1ples: (b) fubC'aS que ocotrem em unu chave qwndo aberul em série
ron1 um cucu1co RL.
e1nolamento do indutor durJnte a fase de Mcarga" é oposta
à que ocorre na tàse de '·descarga... l<iso acontece devido
ao rato de que a corre11te deve manter o mesmo sentido
antes e depois de a cha\'e ser abena. Durante a f<1se de
-carga... o enrolamento funciona como uma carga, mns.
na fase de '"descarga". tem as caracterisricas de un1a
ronle. PonanlO. lembre-se sempre de que
sistema interruptor é instalar um capacitor (chamado
sn11bber ou ..supressor") nos terminais do enrolamento.
conforme íllhtra a Figura 2. 132(b). Quando a cha'e ~
oberta. o capacitor funcionará como um curto para o
enrolanlento e oferecerá lllll caminho para a COITeflte.
des' iaodo.a da fonte CC e da chave. O capacitor po~ui
as caracteristicao; de um curto (resistência muito bai~a)
por ~usa das caracteris1icas de alta frequência da tensão
de :.urto. como mostru a Figura 2. l 31 (b ). Lembrc-:.e de
que a reatância de um capacilor é detenninada por -~
=1'2-x/C. eo1ão. quanto mais nlta a frequência. menor
a reststénl'.'1a.. ~onnalmentc, devido fu. altru. Lrnsilb e
aos custos relati\'amente baixos. usam-se capacitores
de cerâmica de cerca de O.O 1 µF. Não :.e utilizam capacilores grand~ porque neles a 1ensão aumenta mui10
lentamente. o que causa a diminuição da velocidade de
operação do sistema O resis1or de 100 íl cm série corno
capacitoré mtrodlUido some111e para limitar o~ surtos de
corrente que resultam quando uma mudança de estado é
pro\•ocada. \tuitas vezes, o resistor não aparece porque
tcrrrar mudar a c:o1re11te arral·'-'.( de un1 t!'!emento indurí1YJ
Je forma n1ui10 rápida poJ1.• resultar em uOUJ ll!ação
inJutn'U que pocl<' <l1111ificar algr.tlb cumpt>nentes tio
,;"stt!ma.
Um c1rcu1Lo simples como o da Figura 2. l 32(a)
pode controlar a operação de um rele Quando o;e fecha
a chave. a bobina é energi7ada e os ní\~i da corrente
são estabelecidos. No en1anto. quando a chave é aberta para desenergizar o circuito. urge o problema já
apresentado. pois o eletroimã que controla n operação
do relé funcionará con10 uma bobina energ:izada. Uma
das maneiras tnai baratas e eficientes de proteger o
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e. '1.c11 µF
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r· gu•., 2 ~ 32 (a) Carac1erisucas mduri\b de um rele; (b) proteção rom supressor para a configura<;;io d3 pane (a)~
Cc} proteção capacitiva de um:i W\"e.
94
DispoSllivos ~&rónic:os e teona d~ arcuttos
a re i~léncia inlema do enrolamenlo é con;;tituida de
vãri:t:. e.piras de fio fino. Oco!)1onalmcnte. o cap:.c1tor
é ligado ã chave, como mostrado na Figura 2. l 32(c).
J\e, e ca o. a caracteriscicas de curto do capaciror
t.'m alta frequência desviam-l>e dol. contatO!> da cha\'e e
prolongam ,113 \Í<Ll útil. Tcnhn cm mente que a tensão
em um capacitor não pode n1udar 1nstan1aneamente.
Portanto. de modo geral.
capac11orrs em paralelo c-nn1 t•lt"111t~ntof indUii\'O~ ou
ca tumam o[:!ir como rlcn11•n10~ de pror~àn, e
não como capocitor.:s en1 cin:ulfnJ 1rad1cionais.
cha'~
E. finalmente. o díodo é con1urnente ulilizado como
u1n db.po!>iti\ o protetor cm siluaçõei. como as já mencionadas. Na figuro 2.133, u111 d1odo foi colocado em
p.tralelo ao elemento induti\o da configuração do rele.
QWU>do 3 cba\ C e aberta OU a fonlC de leo...ão rapidam~rlle
dL"Shga«b a polandadc da ten.-.ào no cnrolammto é u1 que
pode ligar o diodo e fa..lê-lo condunr no sentido indicado.
O indutor lcm. então. um caminho de cooduçà.o atra\6
do díodo. Cm \'C7 de seguir (lCJa ÍOntC C pela Cha\'C. llSSlm
poupandoº" dois. Como a corrente c~t.abc1ccida atr.lvé.._
do enrolamento deve seguir agora dirct.ameme pelo díodo.
~e de\ e~ capa7 de suportar o me~mo ni,-el de corrente que Jl3SS3'" pelo enrolamento ante... de acha' e "er
abena. ,\ ta~a de diminuição da corrente ser.i concrolada
pela resi'leocia do enrolamento e do d"<ido. E.-.sa tau pode
ser reduzida aplicando-se uma re i'tência adicional em
-.ene e 'no díodo. A vantagem do configuração do diodo
sobre a do 'upre:.-.sor é que a reacão e o compon:unento do
díodo não !>lo dependentes de frequ~ncta. ?'o entanto. a
pro1eção oferecida pelo díodo não func1onarã se a tensào
aplicada for ahemada. como un1a onda CA ou quadrada.
u1na 'CL que o diodo conduLirá parJ uma das polaridade:.
aplic..-adas. P3r3 ~ :.istemas aJtc:mado!>. a contiguração
··.~nubher- é a melhor opção.
~o pró:\ uno capitulo. 'cremo~ que a j unção ba!>c·
-1..-mi<>">Or de wn transistor recebe pobri7.açào direta. lsto
é. a lcn!>ào I'a!' da Figura 2. 13-t(a l é de cerca de O.7 \ '
posll1\ o Para e' itar uma situação en1 que o termina)
cn1issor e tome mais po::.itÍ\O do que o tcnninal da base
alravé~ de uma tensão qUt" po~a dani fi car o tmnsistor. o
diodo moi.trado na Figura 2 134(a) e adicionado. O diodo
evita que a ten~ de polari.ta~'ào re' cn.a ~ 1,,, ultrap3~
O. 7 V. Un1 diodo ~ ser ligado em !>t:rie com o temunal
coletor de um U'3IW!>lOT. como na !< 1gura 2. l 34Cb). A
operação normal~ um tran5i~tor exige que o coletor stja
mai~
J>O'-lli\o qui: a~ ou o cm1i.~or parJ ~tabcloccr
uma corrente de coletor no st.-ntidu indicado. No entanto.
se ocorrer uma ~iruaç:io em que o tcnninal emissor ou o
tcmlinal-ba.-.c tc..'llha maior potencial que o lcmnnal coletor.
o diodo evitará a condução no sentido op<lc;to. Portanto.
de modo gemi.
Ul tltoda~ .)UcJ comument<! utili:1.Jdo.\ puru e1 itar q114~ a
lt'll'tia t'1/lre dais, pónlõs e:ccedu fJ. 7 11 u1111<1ru c.>litar a
co11<l11çiio t•n1 um deltYminaJo 5<'11/ido.
Como mo..tra a Figura 2.135, º" ditxJo.., sào utiJiz:idos normalmente nos rerm1na1s de entrada de sistemas.
como os amplifica.dores operac1ona1s (amp-ops). pant limitar n varinçào da tensão apl icnda. Pura o \nlor de 400
mV, o sinal passará ~m problemas para os terminais de
entrada do amp-op 'ºentanto, e a tensão <;altar para
um ni' el de 1 V. os picos alto e baixo serão cortado!>
an1ci; de aparecer nos lenn.na1.., de entrada do amp-op.
Toda tcn<.ào conada aparecer-.i no rc..,i~tor en1 serie R,.
Os diodo!> controladores da Figura 2.135 podem
ser repr~cntado:. wnbem como na Figura 2. l 36 para
controlar o sinaJ que surge no:. tenn1na1!> de entrada do
antp-op. :".JC!>!>C exemplo. O!> d1odo!> agern 1nais como
elemento!> de moldwa do que corno limitadores. como
no figwa 1. 135. 1\o ~nt.nnlo. o ponto principal é que
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a 2.134 (:ti Pnxeção com d1odo para limiar a
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1c1t.'lão em1,..sor-ba.se de um transistor: (b) proteção com diodo
Figura 2 .13 3
Proteção com d1odo para um cin:u.no RL.
para C\ llllf unu rorrmte de roletor 10\er:.a.
Capítulo l
Aplicações do diodo
95
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-IOO m\' -
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~ :il1:.1 imJlCd.'il'Cta <k entrada
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- 7011mV
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- 900mV
Figura 2 . l ~ 5
Açiio de controle do díodo sobn: a ~unplitudc da o~ilaçiio de entrada cm um ump-op ou um circuito de alb
impcdãncia de cntradu.
a colocaçiio de elem<!nfO.\ pode lYlrÜJT. mas suas.fw1çiX.>s
pot/eru le manter a.Ji f/IC!ln1a.,·. ,\'àu st:' Jn e õperar que
t'ü.da t •ircuitc> s~fa e.talaflU'nft' t•omo jôi e;,,tuJatlu na
pri111ei.r,1 1 e=.
Genericamente. ponanto. não '>e de"em con ·iderar
os diodos apenas co1no chaves. Eles são amplamente utih1ad~ como dispositivo:. de prolcção e lrm1tação.
Garantid de polaridade
\ 'ârios sistemas são muito ~nsi' eis ã polaridade
das tensões aplicadas. Imaginemos. por e~emplo. que
na Figura 2. l37(a) cxis~se um equipamento muito caro
que pude;;-;e ser danificado ci.o;o .;ofresse a aplicação de
polarização incorre1a. Na Figura 2.137(b), a polaridade
correta é índtcada à êSquerda. Como resullnilo. o díodo
está reversamente polari7ado e o ~stema funciona bem
- o díodo não tem efeito. 1'o entanto. se uma polaridade
errada for aphc-ada., como mosira a Figura 2137(c). o dio-
do coodll7irá e garanlirá wna tensão màxuna de 0. 7 \ º nos
term.lluts do sIStema. protegendo-o da tensão exccssi' a
com polaridade errada. Para qualquer polaridade, a diferenÇ<J enrre a tensão aplicada e a carga ou tensão do diodo
aparecerá na re!>istência em série da fonte ou do circuito.
Na Figura 1. 138, um medidor s~1' el nào :.uporta
tensões superiores n 1 V com polaridade errada. Com
essa estroturo simples. ele é protegido contra tensões oom
polaridade errada superiores a O,7 V.
Sistema de alimentação com
bateria de bac i...p
Hã '1nmções em que o sistema necessita de um:i fonte
de backup Jl3IU gar.mttr qu11 funcione. caso haja fuha de
energia. IS:.<> se aplica bpecialmente a sistema:. de segurança e de iluminação que precisa1n ser ligados nesses casos.
O hac-h1p também é importante quando um computador
ou rádto e dQ,COnoctado da fonte CA-CC e.! lieado a um
s1:.tema de erk.'rgia portard para viagem.Na Figura 2139.
~
96
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
-(a)
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t b)
Figura 2.136 (a) Formntos aJtemativoi. p:ua o amrito da Figura 2.135; (b) embclcciman.o de nhrci::. nleiltórios de controle
oom fontes CC separadas.
~l·\1
+-
R
ido
12"
s
Si,1c1n:1
Díodo* proe..'Çilo de pc>lnncbd~
tal
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16 , .
t\
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R
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-
12"
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Si,tcm1
Diodo alieno
(bl
-
- 15.3 V +
16 \'
12 \'
).7 \
+
Omdo corxluzídn
(C)
r:q ~ 2. l 37 (a) Proteção de polaridade de mn equip:imemo caro e sensivel: (b) pobridade corretamente aplicada:
(e) aplicação de polandade errada.
$
Capítulo l
Aplicações do diodo
97
R
+ .._-
J\N \,--
6 ,.
D,
~
VC'nnel hu t-1
figura 2. 13 8
<\~'m:t
dêuiroJo
º•
+
auk!l!IÓ\cl I' V
!.? \
Proieção para um medidor sensh o?l
-
C~ui10
eletrooico
D.
- 11 +
9\
...
-
mtc:roo
Alitonáüi•)
figura 2. 13Y Sisteina de backup projeiado paraevuar a
perda cb memória enl wn Dutomicfü:> quando ~le é remo\1do
do \eiculo.
om rádio para automóvel de 12 \'.operando <;em a fonte
de energia CC de 12 V, possui um sistema de lx!teria de
badup de 9 V em um pequeno compmimento na parte de
trãs.. pronto pam entrar em operação e salvar a memória do
relógio e das estações quando o rádio for remo\ido do carro.
Com os 12 V disponi\eis no carro. D conduz e a tensão no
rádio ecerca de 11,3 \ 1• D 2 é reversamente polarizado (um
cm:uito aberto) e a bateria re5e1\ -a de 9 V dentro do carro
é desativada. ~las. quando o rádio é remo\ ido do carro. D1
não conduzmi mais, pois a fonte~ 12 \ ºnão estará mais
disponível para polarizar diretamâlle o díodo. No entrulto,
D: :.O'll polaruado din!uunente pela b:itêftll de 9 V e o r.idio
continua.rã a n,'Cebcr cerca de 83 V p:ira m:mtcr a memória
com Cb dados para o rcl6gjo e as L"SlaÇÕt.'S.
Detector de polaridade
Por meio da uUli.taç-.'io de LLD> de core:. ili ferentes.
o circuito simples da Figura 2.140 pock ser u...ado p3nl
\mficar a polaridadl! em qualqucr ponto de um circuito
CC. Quando a polaridade está conforme indicado pelos 6
V aplicados. o terminal de cima é pos.it1\·o.. D condU7irá
com o LEDI e umu IU7 verde se acenderá.. o. e o LED2
"Criio rever;amente polari7.ados. conforme a polaridade
aciota. No entanto, se a polaridade na entrnd3 for invertida.
D. e o LED2 conduzirão e uma luz ,·ennelha se acenderá.
definindo o condutor superior como sendo o do potencial
negam o. Pode parecer que o circuito funcionaria sen1 os
diodos D, e D:. De 1nodo geral. porém. os LED~ não de' 'em ser polnrizados reversamente de-. ido à sensibilidade
í ' ,. 2..140
LED!>.
Dctcctordc poh1ridodc utilizardo d'JOdo,, e
odquirida durante o processo de dopngem. Os diodos D e
D.oferecem uma condição de circuito aberto em série que
gl\rallte cena proleÇâo aos LEDs. No estado de polarização
direta. os diodos ndic1ona1s D 1 e D~ redtJZem a ten..ão nos
LEDs para ru\ets mais comuns de operação.
Displays
Llma das maiores preocupações co1n relação ao
uso de lâmpadas elttncas cm sinaliLação de salda de
emcrgéncia e ~ua \.;dn útil limitada (o que requer troe.as
frequentes); '>Wl sen.,.ibilid<ide ao calor, ao fogo etc.; o fator
durabílidnde em caso de acidentes; sua alta tensão e as
exigênci~ em rel.aç-Oo à energia. Por e:.sa razão. os LED>
costumam ser uuhzados por sua vida útil mais longa. allos
njveis de durabilidade e menor exigência quanto à tensão
e à energia (especialmente qunndo o si-;tema de bateria
reserva CC tem de assumir o controle)
l\a Figura 2 141. um circuito de controle detennina
quando a hudeS•.\ÍDADf:. EMBRG~NClA(U/nde\e
ser ligada Quando IS>O ocorre. todos os L~ cm serie
estão ligado-. e a hu se acende por completo. Obv•ami!Jlte, se um dos LEDs estiver quei111ado e abeno. toda a
sequência eswá desligada. No entanto. tal siruação pode
s.ér contoml<h colocando--sc LEDs paral~IO!> a cada dois
ponto:.. Ca.-.o um deles queime. ainda haverá um ca.nnnho
em paralelo D1odos paralelos cenamente redwirão a
co11•e11te em cada LED. mas dois em um ni\el mai bai"o
de corrente podem ter luminescência similar à de um com
corrente dobrada.~ de a tensão aplicada ser CA.
o que sign1lica que o diodo acenderá e apagara quando
a tensão de 60 H7 alternar entre positivo e negativo, a
persistência dos LEDs fornecerá uma luz estável para o
painel de iso luminoso
ª'
Estabelecimento de níveis de
referencia de erisão
Díodos e Zeners podem ser utilizados como níveis
de referência. como mostra a Figura 2.142. O circuilo.
co1l'l o uso de dois díodos e de um diodo Zener, oferece
três nl\ eis diferentes de tensão.
98
Dtspositivos elel!finlcos e Leoria de dtruilOS
..
: lO n1A
+-
l..imru: pira bm.o l!lA
/
R
120 VCA
Rgura 2 . ~41
LUl de SAÍDA OF T~1FRGt--iCl1\ wili7.ando LFDs.
Estabelecime1lto de um nível de tensão
independente d" corrente de carga
+
+
Como um exemplo que demonstra claramente a diJe-.
rcn<y-a entre um resistore um diodo cm u1n circuito di\1M>r
.-4 \
(1,7 \
-
+
12 \ '
n.~
()
de tensão, analisemos a snuaçào da Figura '>.143(3). rm
que u1na carga requer ccrca de 6 V para operar adequadamente tendo apcmb uma bateria de 9 V. Imaginemos que
as condições sejam tiis que a cargn tenha wna res•"1êrlcia
interna de 1 kO.. Utilir.mdo a regrn do divisor de tensão.
poden1os facilmente determinar que a resistência em
série de,·e ser de -t70 .Q t,·alor comercialn1ente disponível), como n1ostrn a Figura 2. l-t3(b). O resultado disso
é uma tensão oa carga de 6.1 \ 1, situação aceitável para
a 1naiori11 das cargas de 6 \ ". No entanto, se as condições
\
\
"\
6\'
-
Figwa 2. ~ 42 Nh eis d1ferenLes de referência com a
wili?ação de diodos..
de operação da carga mudarem e passar a existir un1a
rei.istência interna de apenas 600 n. a tensão da carga
R
')
•
+
+
-=- ~\
Carp
(l \ '
r- ...
\l.UÜ\cl
+
+
4700
-
-=- ~ \'
1 '1) \' = 1 1Jl(9 \, l
·
~ 1
110
J.n .... n -"' r"f \ '
R1
1-
--
·--
1
(3)
lbl
+ 0.7 V-+ll.7
\'-.-o 7 \-+(f,7 V-
+
+
~
,
..=... "J V
r-
\
(COOI
R1
= ,
lSl ou 600fl>
t.:)
(a) Como obter 6 V cm um.11 cacga U33ndo um.t fonte: de Q \ '; (b) utilWmdo um \lllor de: rci.istêncfa fixo;
(e) utilizando um;a as.soçiação de: díodos cm série:
Rgura 2 .143
Aplicações do diodo
Capítulo l
z.
caini paro cerca de 4.9 V e o _istema poderá não operar
impedãncin de
é bem maior, correspondendo a uma
representação de circuito aberto. O resultado é que ,. 1•1 quando\,
10 V. A enU"ada e a saída continuarão a ser
iguais ate que l~ acinja 20 V. Então, Z: se -1igara- (como
um díodo Zener). enquanto Z, estará em wna região de
conduç3o com um nível de resistência suficientcmerue
pequeno comparado ao resistor de 5 ill em sene para s.er
considerado um curto.circuito. A saída resultante pam toda
a faixa de \.an.tçào <.k l ', e mostr.ida na Figura.,. l+l{a). Obscnc que a forma di: onda não é complcuuncnte !>CDOUial
mas seu \'alor eficaz (nns) é mais baixo qu.: o a.'-..ociado a
um sinal com um 'alor de pico de 22 V. O circu1to hmib
etetivamente o \'alor rmi;; da tensão disponi·vel. O circuito
da Figura ~- l-t4(b} poderá ser estendido para o de wn
gerador simples de onda quadrada (devido à açjo de ceif.imento). se o sinal \'1 for an1pliado para um pico de cercn
de 50 V com Zeners de 10 V, corno na Figura!. l.tS. com
a fonna de onda resultante.
corretamente. Tal sensibilidade ã ~istêncía da carga pode
sereli.mimu:ti conectando-se quatro diodos em série com a
carga. como n1ostrn a Figura 2. l43(c). Quando os quatro
díodos condu.wem. a tensão de carga será de cerca de 6,2
V - independentemente da impedância (dentro dos Umit~ do Ji~positivo, é claro). A sensibilidade às mudanças
de c:tr.lCleristicas da carga foi remo' ida.
Regulador CA e gerador
de ortda quadrada
Dois Zeners associados em Sttie em posições in\ eru~ também pode1n ~er utiJiLado:. como um regulador
CA. como rc\ela a figuni 2.144(a). Para o swal senoidal
,._o cucu1to aparecerá como mostrn a Figura 2.. l44(b)
no iru.tanlc cm que 1•1= 10 \'.A região de OJX."T'.iÇào para
cada diodo ê indicada na figura ad1accntc. Observe que
Z" está em uma região de bai~ impedância. enqunnto a
"
1
+
22 V
99
t 1.,
+
5 k~2
7.
o
(i''
'"•
20V
z,
-
- :!1 \ '
,.
"
kncrsdc<
o
wr
-
(;t)
I
L
+
•, =1uv-=-
-
20 \'
u
z,
(bl
Figura 2. 14'<
Regulação CA smoidal: (a) regulador CA de 40 V senoidaJ pico a pico: (b) operação do circwto com,.,= 10 \ '.
+
50V
,.,
o
1.11
5kQ
z
Zener\ de
1111
-o
figura 2.14 5
+
Oerodor de onda quadrldl simple:>.
IOV
+
1·
+
71
...
•
l - -o
IOV
-10 \'
-
-
1
1 00
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
2.14 RESUf\-10
Conclusões e conceitos importantes
1.
1\ s características de uni diodo não são alteradas
pelo circuito no qual ele está sendo Ulilizado O
cucu1to somenle dclcrmllla o ponto de operação do
disposjti\O.
2.
3.
4.
O ponto de operação de um circuito é delenninado
pela in trrseção da equaç.iio do círcuilo com a equação
que define a curva caractcristicn do du.po:.iU\O.
~a maioria das aplicações. as caracterisricas de um
diodo podem ser definidas apenas pela lensâo limiar
na região de polarização direta e por um cm:uito
abeno paro tensões ap tic-filla.o; menores que as do valor
de limiar
Para detamioar o estado de um diodo, boi.ta imaginá-lo como uma re.'ii~tência e encontrar a polandndc
da umsào e do entido da corrente con\encional que
passam por ele. Caso a tensão tenha uma polaridade
d.tttlá e a corrente tenha o mesmo sentido da seta
no símbolo. o diodo estará condU7indo.
5.
6.
Para detenninar o estado de díodos utilizados em uma
pon.t lógica. deve-se primeiro faztt uma suposição
cm relação aos eswdos dos diodos e então testar a
suposiçio. Se ela estiver incorreta. dl?'e-se 1entar
no\nmente com outra suposição e repetir a anilise
ak que se c<>nfmncm as conclusões.
Retificação i! um processo em que uma fonna de
on<b aplicada de \1alor médio zero é U"OCada por
uma que tcnb~ um nível CC. Para ~rnab. aplicado~
acima de alguns volts, gi?ralmcnte podemos u.<;ar a.s
7.
8.
apro'timações do diodo idenl.
É muito importante que a e~pecificaçâo da PIV de
um d1odo seja vcnfica<la ao se c~colhcr wn d1odo
para aplicações específicas. Para Í'50, determine a ttosâo máxima q ue passa pelo díodo sob
c·oodiçoes de polarização re' ersJt e compare·a â
especificação indicada no mnnual. Para o;;; retificadores ripicos de meia-onda e de onda cornplem
em porue. esse parâmetro é o 'alor de pico do sinal
aplicado. Para o retificador de onda completa que
usa transformador con1 derivação central (CTI. ele
corresponde a duas vezes o' alor de pico (que pode
~r mwto alto).
Ceifa.dores são circuitos que -ceifam- parte do sinal
aplicado para criar um tipo específico de sinal ou para
hm1tar a tensão que pode ser aplicada a un1 circuito.
9.
Gmmpcadorcs são circlútos que ..d~ocam- o 4'inal
de entrada para um nível CC diferente. Em qualquer
caso, a variação de pico a pico do sinal aplacado
ser.! manlida_
10. Os diodos Zener fazem uso efetivo do potcnciaJ
de ruptura üner de uma jw1ção p-11 simples para
oferecer um dii.1>0:.-iti' o de larga in1pcrtãncia e apli<.'açào. Pata a condução .lcner, o sen1ido do flw.o
convencionnJ e oposto ao da seta no simboJo. A
polaridade em condução também é oposta à do dlodo
convencional
11. Para dctcrminar o ~t.ado <li! wn djodo Zencr cm um
circuito CC. de\ e-se removê·lo do circuito e dctcmunar n tensão do circuito aberto entre os dois pontos
onde o díodo Zencr foi inicialmente conectado. Caso
seja maior que o potencial do Zener e tenha a polaridade correia. o Zener e-;mrá no estado ~ligado...
t 2. Un1 dobrador de tensiio de nleia-onda ou de onda
completa emprega dois capacitores: um triplicador.
três capacitores; e um quadn1plicador, quncro capacitores. Na \'erc:bde. para cada um. o 11ún1ero de díodos
é igual no de capacitores.
Equações
Aproximada:
Silício: f',_ = 0.1 V; 11, é detem1inado pelo circuito.
Germânio: 1 ~= 0.3\': 11 , é detenninado pelo ~ito.
Arseneto de gálio f",_ - 1,2 V: ln é detenni:nado
pelo circuito.
Ideal:
11,; "' OV: 10 é determinado pelo circuito.
Para condução: V0 > \ ' r
Retificador de meta-onda: l'cr ~ 0.3 18 I~.
Retificador de onda completa: i~('\. = 0,636 I'..
,
2.15 ANALISE COMPUTACIONAL
Cadence OrCAD
Configuração com dlodo em série No caritulo
anterior, a pasta OTCAO 16.3 foi criada como o local
onde arquivar nossos projelos. Esta seção definirá o
nome do projeto. instalará o aplicnti\O de anãJise a
ser executado. descre\·erá como construir um circuito
si1n ples e. finalmente. realizará a anãlise. A cobenuro
será bastante ampla. uma vez que essa será a primeira
exposição real ao:. mecanismos associados à utilização
do pacote de aplicati\o. ~os próximos capítulos. \Cremos que a análtse pode ser feita muito rapidamente
para obter resultados que confumam ns soluções calculadas à miio.
Nosso primcrro projeto pode ser iniciado clicando-se duas \czes sobre o ícone OrCAD Capture CIS
Demo na tela ou usando-se a sequência Start- All Program~'-Cadence-OrCAD 16.3 Demo. A tela resultante
contém apenas alguns icones ativos na barra de ferramentas superior. O primeiro no canto superior esquerdo
Capt"tulo 2
ê Crcate docun1ent (ou pode er usada a sequência
Filc-~cw-Projcct).
A seleção desse ícone resultará na
cai'<a de diálogo Ncw Project. na qual o nome do projeto
de\ e ser digimdo. Para nossos propositô!>. \'amos escoU1cr
OrC,\O 2-1 . como consta da Figura 2. 146. e selecionar
..~naJog or t\lixed AJD (a ser 1158do em 1od3.l. a:. análises
d~Le lt\.ro). Observe que. na pan~ LDfenor da cai..xa de
dtâJogo. o locaJ aparece como C:\OrCAD 16.J, conformé definido nntcrionncntc. Clique cm OK. e ouLra caixa
de diálogo 1ntituJada Create PSpice Projttt aparecerá_
Selecione C reate a blank projert (tamlx~ cm todas a.s
análi~ a serem realizadas nc~te livro). Clique em O~ e
icone'i adicionais serão ativados em conjunto com barr"ds
de ferramentas adicionais. A janela Project i\Janager
\\'indo,,· aparecerá. intitulada OrCAD ?-l . A listagem
do novo projeto será exibida com um ícone e um sinal +
associado a ele em um pequeno quadrado Clique no sinal
p.'l.ro a listagen1 avançar um passo alé SCffEl\IATTCJ .
Clique novamente en1 · (à esquerd<J de SCHE~1ATLC' 1),
e Pc\GE l aparecerá; clicar no inal de - re\enerã o
proces:.o. Um duplo clique sobre P.-\GEl criará umn
janela de trabalho incituJada CJIE.\li\.TJCJ: PAGEJ .
re\elando que u1n projeto pode ter mais de wn arquivo
esqUérnlltico e mah de uma página assoei.ada. A largura e
a altura da Janela podem ser 8J~lada·-. .i.c!gumn<lo-se um.a
borda até obter uma seta de duas pontll!> e ~taodo-~e
a borda para o local desejado. Qualquer Janela na Leia
pode ser movida; para isso. chquc no cabeçalho supcnor
~ que fique azul-escuro e. em ~!,.'111d3. arr&.t~-o pnra
qualqucT local.
Agora, estamos prontos p3ra construir o circuito
c;imples da Figura 2. 146. Selecione Place Part (o ícone
•
~ ~ ~li
Y•-
~·es gpi_.,.
1
SOll- l IO
l ooll flKe Macro l'5?ce
WlftdcM tell>
cidetlce
°'°'° ...
_
,
.
•
•
•
Figu . 2 14ô Análise fcila no C'1dcucc OrCAD de uma
configuração com diodo cm srnc
Aplicações do cf;odo
101
superior na barro de ferramentas vertical à direita. parecido com um circuito integrado con1 um sinal positivo
no canto ínferior direito) para obter a caixa de diálogo
Place Pan. Uma\ ez que esse é o primeiro cU"Cwto a ser
montado. dC'\ e-se garantir que as plltte!> apareçam na lista
de biblioteas ali' as. Vá para Librarie e selecione ;\dd
LibrU) (semelhnnrc a uma caixa ret.angular tmc.e1ada
co1n uma c:.trela amarela no canto superior esquerdo).
O rcsuJtado é uma janéln BrO\\'Se File na qual analog.
olb pode scr ~lcctonudo. segu ido de Open para JJJSCn·lo llà li ta ativa de Librarles. Repita o proce-:.0 para
adicionar 3!> bibliot.ecas eval.olb e source.olb. k. três
bibliotecas scriio necessárias para con~truir os c1rcu1tos
que aparecem neste liYro. No entanto. ê importante
compreender que:
11111u ~e:
:i.elec1onados. os arquirvs de biblioteca upc1-
rec~rcio 1w listugent
atira para folio no,-a projeto. sem
''ª''"
ela/"1 - conto
que .~eja nere~.\ário tu/i,·io11á-/oç o
a ele Fn/der, q1u• não pn:cisa SC'r "petida para roda
projeto 'íemt!lhante.
Clique no pequeno ·-x·· no canto superior direito d3
caixa de diálogo paro remover n caixa de diálogo Placc
Part. Agora. podc..'11los inserir os componentes n:i tela Paro
a fonte de tensão CC. primeiro selecione o ícone Place
Pan e. em seguida. SOURCE. na listagein da bibli01eca.
Em Pa.rt Lin. aparecerá wna lista de fontes dtsponí\ etS:
selecione \ DC para este projeto. Uma vez. se-J~iooado.
O símbolo. a ettquda e O valor de VOC 1-urgirão Daj&nCla
da unagem na parte utfcnor esquerda da caixa de chalogo. Chque l'm Place Par-t na parte supcnor da cai.u de
diálogo, e a fonte \ DC seguirá o c ursor pela t~la. :\ IO\a--a
para uma loc..ahznçào conveniente e clique com o botão
esquerdo do mou~e para fixá-la ao local. com<l mostrado
nn Figura 2. 146.
Visto que uma segunda fonte esta presente na Figura
2.146. mova o cur;or para a área geral da .;egunda fonte e
posicione~ no lugar com um clique. Uma'ª que es..a é a
últinn fonte a aparecer no circuito. dê um clique no botiio
direito do n10U\f: e selecione End J\<lode. A escolha dessa
opçào encerrará o procedi1nenro, dei""<.ando a últim.'l fonre
em uma cai'<.a tracejada \:ern1elha. Essa cor indica que ela
ainda está no modo ativo e pode ser operada. Mais um clique
do 1nm1.}e. e a segunda fon te será posicionad.1 no lugar e o
sratw \ermelho aD\O. removido. A segunda fonte pode ser
girada 180, para coincidir com a Figura 2. 146. clicando-~
primeiramente na fonte para tomá-la \ ermeJha (aU\a) e:
obter uma lonffl luta de opções; depois. selecione Rotate.
Uma vu que cad.i rotação só gira 90° no sentido anti~horário. dua.:. de.la:. ~'Tão ncce~sáriaJ>. As rotaçõci. tamlx'-m
pod<..'lll ser obtidas por meio da sequência de t.eclas Ctrl-R.
102
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Uma das etapas mnis importantes do processo é
as~ que um potencial de terra de OV seja definido
para o circuj10, de tal n1odo que as tensôe:> em qualquer
pon10 dele tenhan1 llDl ponto de referência. O l'f!~ulrudo
di.ssu r u requúilo de que cada circ11i10 delV? ter um terra
definido. Para no:>Sos propósitos. a opção O O U RCE
!.erá escolJnda quando o ícone GND for selecionado. Ele
é obtido por meio da seleção do símbolo de atenamc:nto
no meto da b.tr:ra de ferramentas na c.xtrcmidatk direita
para obter a ca!Xft de diálogo Place Ground. Role a barra
para baixo ali! O/SO U RC E ser selecionado e clique cm
OK. O resultado disso é um terra que pode l>cr colocado
cm qualquer lugar na tala. Tal como acontece com a
fonte de ten'iàQ. múlriplos t:erras podem ser adicionados
simplesmente passando de urn ponto a outro. O processo
é finalizado com um clique no botão direito e na opção
End j\fode.
O proxirno passo será colocar os resistores do circuito da figura 2 146. Para isso. selecione de novo o ícone
Place Parte. em seguida. a biblioteca A.'JALOG. Rolando-se pela!. opções. R aparecerá e de\.erá ~~lecionada .
Clique em Place Part. e o resistor ~irá ao lado do cursor
na tela. ~lo\'81> para o local desejado e dê um clique para
po:.icionã-lo. O :.egundo resísLor pode ser colocado simplesmente IDO\endo-!>e para a área geral de sua localu.ação
na l'1gura 2. 146 e fixando-o no lugar com umchque. Uma
veL que CJU!>Lt'.Dl apenas dois rc:.i!>tores. o proc~ pode
ser encerrado com um clique no botão direito do mouse e
cem a seleção de End !\•1ode. O i.cgundo fl!SlStor de\cni
!.CT girado para a posição vertical ut:ih.z:mdo..~ o ~mo
procedimento descrito para a segunda fonte de tensão.
O último elemento a ser colocado é o díodo. 'lovamente. a "Cleçào do ícone Place Part resulra:rá na caixa
de diálogo Pl:ice Part, na qual a biblioteca E\ 'AL será
escolhida na listngem Libraries. Em seguida. digite D
sob Part e selecione D14148 sob Pan List. seguido pelo
comando Place Part para fazer o posicionamento na tela
da mesma maneira descrita pru·a a fonte e os resistores.
Agora que todo:. os co1nponent~ estão na tela.
podemos mo\·ê-los para as posições que correspondem
diretamente às da Figura 2. 146. Para isso. sunplesmence
clique no elemento e mantenha o botão e:.qucrdo do n1ouse
preS!..ionado enquanto ele é movido.
Todos os elementos nccessâ.rios estão na tela mas
et~ prttl!>4m ser conectados. Para is:.o. selecione o ícone
Place \\ire. que se parece com um degrau. próxuno ao
topo da brum de ferramentas à esquerda do menu que contém a opção Place Purt. O resultado dts..-.o e um retículo
de fios cruzados com um cenrro que deve ser posicionado
no ponto a ser ligado. Coloque o reticulo na parte superior da fonte de ten ào e clique no botão esquerdo uma
vez para conectá-lo a ec;se ponto. Em seguida. trace uma
linho até o final do pro,imo elemento e clique o n1ouse
novamente quando o reúculo estiver ao ponto correto. lsso
resultará em uma linha 'ermelhn com u1n quadrado em
cada l!.xtremidade pata confirmar que n conexão foi feita.
C1n seguida. 010\·a o reticulo para os den1ais elementos e
monte o circuito. Assim que ludo estiver conectado. um
chque 110 botão dtretto oferecerá a OP'ào End l\1ode.
l\ão se esqueça de ligar a fonte ao terra, como mostrado
na Figura 2.146.
Agora. temo:. todo:. O'.!> elementos no lugar. ma!> !.U3S
legendas e seus valores estão errados. Para alterar qualqucr
parfunctro, basta clicar duas vezes sobre o parâmetro (a
legenda ou o valor) para obter a caixa de diálogo Di.spla>
Properties. Digite a legenda ou o valor correto, clique
en1 OK e a ql41ntidade será alleradn na tela. As legendas
e os valores podem ~r movidos clicando-se no centro do
parâmetro ati que ele esteja rodeudo pelos quatro quadrados pequenos e. em seguida. arrastando-o para o no,·o
local. Outro clique no botão esquerdo. e ele é depositado
em sua nova localização.
finalmente. podemo:. iniciar o processo de anãlise. chamado Simulalion. con1 a seleção do lcone 1\e\\
Sin1ulation Profile. que está próximo ao canto superior
esquerdo da cela e se ~semelha a uma página de dados
com uma esittla oo can10 supenor direito. O resultado
é uma caL\a de dtalogo :\e\\ Slmulation, que pn1ne1ramcotc solicita o nome da !>.imutação. OrCA D 2-1 é 1°*
rido e nooe é manudo o.a scliettação de Joberit From.
Em .seguida, stJcc1on~ C reate para abrir uma cruxa de
diálogo Simulation etting. na quaJ Analy~~-An:aJ~sis
T ype- Bia Point -.ão selecionados sequencialmente.
Clique em OK e selecione a opção Run (que o;e parece
com u1na pontn de sem isolada sobre um fundo verde) ou
escolha P pice-Run n:i barra de menu. Aparecerá uma
janela Output com aspeçto um tanto inativo. Ela não serã
urilizada nesta análise. por isso. feche-a (X). e o cin:ui10
de Figura 2. 146 aparecerá com os niveis de tensão e corrente. Estes ou os de polêocia podenl ser remo"idos da
tela (ou subsúruídos) :.implesmente selecionando-se \ ', 1
ou \V na tercetra barra de ferramentas a panir do topo. Os
'alores indi' 1duatS podem ser removidos simplesn1erue
selecionando-se o\alor e pres.:.ionando o botJo Delt'te. O..
valores resultantes podem ser mo~· idos clicando-se com
o botão e::.q11erdo do mouse sobre o valor e arrastandt>-o
parn o local dc:.c1ado.
Os resultados da Figura :t 146 mostram que a corrente que pa.i.;sa pela configuração em série é de 1,081 mA
através de cada elemento, em comparação com 1.071 mA
do Exemplo 2.9. A tensão através do diodo é de 218,8
n1V (-421 .6 m\')~ O.f>.t V, em comparação com o 0.7
V aplicado na soluç3o calculada à n1ão do Exemplo 1.9.
A ten"ão atra,·és de R é de 1OV 218.8 rn\ ' .:::: 9, 78 V. em
Aplicações do cf;odo
comparação com os 9,74 \ 1 na solução ã mão. A tensão
aua\és do resistor R, é de 5 V - 421 .6 m\' 4.58 \ f, en1
comparação con1 os 4,56 V oo Exemplo :?.9.
Para entender ns diferenças entre as duas soluções,
é preciso levar em conta que o dlodO tem carncteristicas
im~ que afetam seu componameruo. tal como a corrente de saruraçiio reversa e St.~ ru\ ei!. de resistência ern
difercnto; niveis de corrente. l:.ssas C3r.1Cteri!.uc.as podem
ser 'i!>unlizada~ por meio da i.cquência Edit-PSpice
~lodel, que resulta na caixa ~ diálogo PSpice .\1odel
=
Editor Demo.
Você descobrirá que o valor-padrd.o da corrente de
saturação revcr:-a é 2,681 nA - um:i quantidade que pode
ter um efeito importante sobre as caracreristicas do disposiÓ\"O. Se escolhem1os /, = 3.5E- J51\ (um' alor detenninado
por tentati,·a e erro) e apagarmos os outros parâmetros
do dispositivo. uma nova simulnçào do circuito resultará
na rec;posta da Figura 2.147. Agora. 3 corrente através
do circuito é 2.072 111A. que coincide exatamente con1 o
resultado do Ex.emplo 2.9. A 1ensào através do diodo é de
260.2 mV 440.9 1nV - 0.701 V. ou es!>encialmente 0.7
\ . e a tensão e111 cada resistor é precisamente a obúda na
l>Oluçào calculada â rnão. Em oucras pala,ras. ao escolher
~ 'alor de corrente de saruroção re\ersa. criamos wn
d.JoJo com caracterlsticas que penniúram a e:.umaúva de
que J 0 = O,7 V quando no C!>tadO -ttgado-.
Os n.~ultados tamb.=m podem stt '1s10~ em fonna
tabulad.a selecionando-se PSplc~ no topo da tela, seguido
por Vie\\ Output File. O resultado e a h.'>tagcrn da Figura
!.1-'8 (modificada para poupare::.-paço). que inclui a C IRCL1T DE CRIPTION. e-0m todos os componentes do
circui10_ o Diode MODEL PARA<\1E J"ERS. con1 o valor
!\IClr MIOO ISPQ !ie• fi*""iCS
CidtDCt • " ,.
tJ ......,. 1
1
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CJ1'CUtT DESCJUPTIOS
.......................................................................
·~'Ui deill'líb-
TRA~
O IOCl'libO
l'RflflL\)~~'))
~ 111i.91º li 0.m.(4IJ NOru:i~)I
I~.. ~l:.\t ..TK"I_.
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~!n!ss;,01~1«
.........................................................................
.........................................................................
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,si;.. !V'.11
1 NOCI IOJI
·'ª'"
10.ll •
t~I_,)
_.._..
\~l~O
''l.'W
\ 11
\ _ e:.!
Cl;J!l!E''T
UJXl".Ul
~
D"n:.flJ
'1 ;vra 2. 143 Arqtn\O de sa ida para :i amilise no PSp1re
pum \\""tndO\\S do cin:uilO da Figura 2.147.
cseolhidotk ls. ca L'iJllAL1·RANSIENTSOLL flO.'.'i.
com O!> \alo~ d~ tcru.ão CC, os vuJort-S de com."lllt: e a
di5Stpaçào total de potência.
Agora. a análi~ está completa para o circwlo di:
díodos de nos....-o interesse. Certamente. home uma riqueza
de informações fornecidas para estabeleccT e investigar
esse circui10 bastante simples. No entanio. grande p:irte
desse material não será repetida nos pró~iino<; e'te1nplos
r spice. o que terá um efeito drástico sobre a ~eosão
das descrições. rara fin práticos. sugere-se que outros
exemplos deste capitulo sejan1 verificados utilizando-se
PSpice e que os e:\ercícios no lina 1 do capítulo sejam
investigados para desenvolver confiança na aplicação do
pacote de aphcari' o.
•
..
•• • •
103
~ ~ 'Q
"Q
~
F;g· ..·3 2 ".F. / O circwto da Figura !.146 ree.uminado
com ~firuçiio de J, en1 3.5E· 15A.
Características do diodo As caracteristicas do diodo DlN4148 urilizndo na nnálise anterior agora serão
obúd3.!> por meio de nlgun1as 1nanobrns um pouco mais
sofisticadas do que ~empregadas no primeiro exemplo.
O processo começa pela construção do circuito da figura
2. 149. u!>3Ddo-~ Of> procedia1enLos que acaba.mo:. de
de:.crc\ cr. C>thenc pnncipalmcnlc que a fonte é ddl()minada E e lixada cm O V (seu valor iruetal). Em segw~
1 04
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcli!M
#ll lOCW>!IC1400>-I '*"MIO.- !Do(AO.,_J~
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Figura 2
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t"1rcullo pnra obteriç-Jo d;:.:, Cd.ictabucas
do díodo Dl'41Jl\.
o ícone ' t'' imulacioo Profile é seleciooaJo na barra
de ferramcnw.:. para obter a caixa Je diálogo :\tw unubtioo. Para o nom<!. a Figura 2.150 e insenda. 111TLJ. \Cl
que é a b.'alia~o do gráfico .i !.<!r obutio. Seleciona-!>!!.
então. Create para abnr a caixa Je dtalogo Simulation
t tting>. Sob .\nal) is 'fype. c!>colhe-l>4! OC " ttp. poc.
qucn.~ \artcr UJllà g-.una de valOTL"!> para a tClblo tb fon~ Quando DC Sl\ ttp é selecionado. uma li~ta tk opçõc:.
aparecera '1multancamcnlc na rcbrião à d1rc1ta da crulUI
de diálogo. c'tigindo que ulgum:i.c; c..c:;colha.-. ,.eja.m feitas.
Uma ve7 que precendi!moc:; varrer uma c;erie de censões. a
,·ariá,·el " t't'P é umn Fonte de ten~io . Seu nome deve
er inserido como E conforn1c apnreçe na Figura 2.1 49. A
varredura será Linear (e-paçnn1ento igual entre os pontos
de d.'ldo~) com um tart Valuc de O V. Eod \ 'alue de 1O\'
e lnc~mcnt dc0.01 V. Depois de fazertodasasenuadas.
cliqueern OK eaopção Run P plcepode~selecionada.
A análi...e -.erá l'\.>-altzada con1 a tensão da fonte mudando
de O\' p;va 10 \ etn 1000 ccapas (~ltanl~ da di\ISàO
de 10 \ 'f0.01 \ ' ) O re:.ultado. pomu. é simple.mente um
grifico com utn3 ~ala horiLontal de Oa 10 \ '.
\ ruto que o gráfico de:.eJado t de I r ,·ersw J'c.
~cÍ!>:AOl(ll mudar o eixo honLonta. (.r) J>3n1 I',,. Para
i:.so. "-Clec1ona-'c Plot e dcpo1~ ,ui.s ttings. Uma c-.üxa de diálogo .\~i Settingi. aparccl.T.l com a:. e:.colb.b
a l>Crc111 tcit.t..... Se Alis \ 'ariables for -.clcctonado. wna
ou~a de diâlol!o X-.~xi~ \ 'ariable 'urgirã com uma lista de \anà\cic; que podcn1 ser c'icolhida..., para o ei:ito
T. \ ' l (DI ) wr.i c;clecionado, uma ve7 que representa a
tenc:;ào atra\e- do d1odo. Se. cn1 seguida. --eleciooanno<:
OK. a cai:(B de di31ogo A~i s Settin~s relomaní. onde
(.; er Definfd é selecionado sob Data Range. Escolhe-
-
Figura 2. il 50
<.~anc1crisÓQ5
do díodo D 1f\.14 l 48.
-se User Oefincd. que no:. permitirá limitar o gráfico
a uma gama de O a 1 \ '. uma \CL que a te~o -lj~da­
do diodo de\ e l>l-'f de cc:n;.i de O.7 \ . Depo1:. de entrar no
mlt:n alo 0-1 \1. a :>el«jo Jc OK rt.-..ulwm em um gráfico
com \ ' l (DI) como a \~\cl t' com um 1ntcn-alo de O a
1 V. Agora. o CL'l;O horuunt:.tJ parc:cc estar definido p.va o
gr.ifico dc-.cjado.
Dcvcano". então. \ olt3r "°"'ª atenção para o ei"(o
vertical, que de\'e '-Cl"a corrente do d1odo. Escolher Tnace
seguido de ~\dd Trace re:qalbrá nn caixa de diálogo Add
Trace, na qual l (D 1) aparecerá como 111na dns ('IO'Sibilidades. Selecionar 1(01) l3mbém fará con1 que npnreça como
Trace E:tpression na pane inferior da caixa de diálogo.
Selecionando-c;c OK. teremo' as caracteristicns de diodo
do Figura 2 150, mo,rrando claran1cnte lllna elevação
acentuada em 1omo de O..., \
Se \.Oltwmo para o P pice \Iodei Editor do díodo
e mudannos J para 3.5E-15A como no exemplo aruenor.
a cuna !>C deslocar.a~ a d1reíla. Procedimento:. semelhant~ !>crão utilizados para obter a!> CUI"\ as caractenSIJCb
de uma 'aricdade dt el~tos a serem introduzido:. cm
cap1lulos po,teri<>n:"'.
Multisim
felizmente. hã inúm1.."fllS semelhança:. entre o Cadence OrCAD e o ~luhi:.irn. ~I~ 13Jnbém há uma ~e
de d1ferençb O lado bom é que. un1a 'e" que !>C abDJ3
profic11?nc1a no uso tk wn pacote de aplicativo. o outro ~.i
muito mais fál.'.il de apn:nd1:r. Os usuários famiha.nz..3d0s
corn n.-. vcr-.õt..., antcnof'C'> do l\ilultisun verão que a nova
versão tTIU pouqui,s1mJs mudanças, pcnnitindo W1UI fãctl
transição paraº" no\'OS pmcedímentos.
Quando o ícone MuJtisi1n for escolhido. uma tela se
abrirá cotn um vasto conjwno de barras de ferramentas. O
conteúdo e o non1e de cada uma podem ser encontrados
peln sequência Vic'v - Toolbars. O resultado é uma longa
lista \ erucal de barras dispo1lÍ\ eis. O teor e a localização
de cada uma Jelas podein ser encoouad<h com a seleção
ou exclusão de uma barra de femunenUb. observando-~e
o efeito sobre a tela cheia. Para ~ propósitos. serão
u:.ac:kb Struidard. \ ' le\\ , l\ta.in.. Componeois. Simulntlon
S\\ilch e lruitrumeoLS.
Ao usar o Multisrm, podc~c escolher entre a utilização de componentes ··virtuais~ ou "reais'". Componentes virtuai" são aqueles aos quais 'lC pode atribuir
qualquer valor ao n1ontar um circuito. Já o tenno real
\·em do fato de que a lista resultmte é de valores-padrão
de componentes que poden1 ser adquiridos de um fornecedor. A detem1inaçào de u1n componente inicia-se pela
seleção do segundo teclado (a panir da esquerda) na
barrn de femunentas. que se parece con1 um resistor. A
apromnação do ícone gera a legenda Place Basic. Uma
\ez escolhida essa opção. a cai'ª de diálogo Select a
Compooent se abrirá, contendo um subconjunto intitulado Family. Em terceiro lugar nessa lista e:.tá a opção
RATED_\ 'lRTUAL com um '.\imbolo de resi.stor. Quando e:.:.a opção é selecionada. uma te.ta de componentes
aparece, incluindo RESJSTOR_ R.J\TED. CAPAC JTOR R...\.TED. l NDlJCTOR RATE.O ~ uma' aricdadc
de outros_Se RESISTOR-RATED for ,;clcctonado, um
símbolo de rcsistor aparecerá sob o titulo. r-.otc que o
re:,;stor não tem um valor especifico. Se ~lecionamos
OK para colocá-lo na tela do mesmo modo que fi7emos
na introdução do OrCAD, o valor é automaticamente
denominado RJ com um valor de 1 kQ. Para adicionar
outro res1stor. a mesma seqtiência deve ser<>eguida, n1as
dessa vez o resis1or será automaticamente denon1inado
R2. embora com o 1nesmo \'alor de 1 k!l. Esse processo
de legendagetn continuará da mesma fonna com o mesn10
\ator de 1 k.Q para tantos resistores quanto forem colocados. As:.im conto ocorreu co1n o OrCAD. as legendas e
os \alores dos resistores podem ser alterados com muita
làcilidade. t claro que. se o res1stor escotludo for um
\·alor-p3drâo. então ele poderá ser determinado diretamenle na lismgern RESISTOR de componentes ..retus".
A,gom. estamos prontos para montar o crrcuito de
diodo do Exemplo 2.13 para compMSr reMJltados. Os
diod0:. cs.colhidos estarão disporu\ cis comerc1almcntc
na listagem urcal''. NCS!>C caso. dot:. díodos 1:-44009
foram encontrados selecionando-~ primeiramente o
teclado Place Diode à direita do teclado Place Basic
para obter a cai"<a de diálogo elect a Component. Em
'eguida, a sequência Fan1ily- DIODE- I '4009- 0K
re-;uhará em u111 díodo na tela denominado Dl co1n
105
Aplicações do cf;odo
Capt'tulo 2
1'l.i009 abai~o do símbolo. con10 1nos.trado na Figura
2. l 51 A seguir. pode-se colocar os resistores na tela
por meio da opção RESISTOR e digítando-se o \alor
de um dos resisrores, nesse caso, o de 3.3 ill na area
fornecida oo Lopo da lisrogem de resistores. Certamente.
is:.0 elimina a necessidade de percorrer 3 lista ã procura de um determinado rnistor. Uma \eZ encontmdo e
insendo. ele aparecerá como lll com um \ aJor de 3..3
tcn. O mt!.mo ,procedimento resultará cm um !>égundo
rt.'St!>lOr chamado Rl, com wn valor de 5,6 kí1. Em cada
caso, o~ elemento!\ são colocados inicialmente mai!> proximos de onde eles vão acabar. A fonte de tcn....ão CC é
detcnn1nada por meio do teclado Place Source.. que é o
primeiro na barra de ferramentas de Componcnt. Sob
Family. PO\\t:R SOURCES é selecionado. seguido
por DC_ PO\\.ER. Clique en1 01(. e u111a fonte de tensão aparecerá na tela com n legenda Vl com um \11lor
de 12 \ '. O úhimo elemento de circuito a ser definido
nn leia é o terra. e isso se faz voltando-se para a opção
Place ourcc, selecionando-se PO\VER Ot;RCES e
escolbendo-!>C "g.round" na listagen1 Componcnt Clique em OK e o terra poderá ser colocado em quaJquer
lugar na tela.
Agora que tod<>:. O!. componentes estão na rcla. eles
devem ioet po:.icionado:. e legendados adcquadamcnle.
Para cada componente. basta selecionar o d1spo:.1ll\ o
e. assim. cnar uma cru.xa tracejada azul em tomo dc:le
para md1car que está no modo ativo. Quando clicado
para c:.tabcl1..-c~r e:..-;.a condição. ele pode !\CT mo\·1do para
qualquer lugar na tela. ParJ girar um clcm(..-nto, estabeleça
o modo ativo e aplique C rtl + R para uma romção de 90
b Po E4t 1a.- e... uw $ -
,....,.,, tocl!t
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'1'!J!lil&•C "l.iil·
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2.151
usando Multi.<.i m.
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Venficaçào dos res:uhndos do Exemplo 2..13
1 06
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
graus. Cada aplicação desse processo resulta em um giro
adicional de 90 graus. A Iterar uma legenda requer apenas
um duplo clique na legenda de tnteresse para criar uma
pequena cai..'<íl azul em como dela e produzir urna c.ai.'la de
díãlogo pam a alleração. No caso da fonte. resulrani uma
caixa de diálogo DC_ PO\.VER. na qual o ú1ulo Label é
selecionado e o reffiEs redtgitado como E. Clique em
OK. e a legenda E aparecerá. O mesmo procedrmento
pode alterar o valor para 20 V. embora n~ caso o titulo
\ raJue se1a escolb1do e as unidadci. SCJatn ~lt.-c1onadas
pela b;srra de rolagcm à direita do valor digitado.
A pró~1ma etapa consiste cm detcnninM quai:- s..'io
a.-. grandeza.-. a se medir e como Ía7.t:T i-.so. Para o circuito
em questão. um multímetro será utilindo para medir a
corrente atra\és do resistor R 1. O mulrimetro é encontrado na parte c;uperior da barra de ferramentas lnstrument.
Após a seleção. ele pode ser colocado na tela como se fez
com os outros elemeTitos. Um duplo clique oo medidor
resulta.rã na caixa de dialogo Multimetcr- X..\11 . em
que se seleciona A paro definir o muhimetro como um
amperímetro Alén1 dis:.o. a caixa DC (uma linha reta)
de\ e ser escolhida porque estainos lidando com tensões
CC A corrente all'3vés do diodo DJ e a censão através
do resistor R2 serão enconcradru. por meio de lod..icators. a dtcuna opção ã direila na barra de feiramenta:.
Component. O slmbolo do aplicab\O as~emelha-se a
um LED com um número oito \ cnnelbo lr3ce1ado em
seu rntcrior. Clique nessa opção para abnr a caixa de
dialogo ~Irei a C ompooenL Sob F:tmíl~ - • elecione
A:\1:\II.TER e. cm i;.cguid a, consulte a l~ta Compooent
e <L'i quatro opções para orientação do ind1cador. Para
no~ análise. A '11\1ETER H será e5colhido. uma Ve7
que o sinal de adiçiio ou ponto de entrada da conente está
do lado ~uerdo para o diodo Dl . Clique em OK pn111
colocar o indicador à esquerda do diodo Dl Para a teTisâo
atra\és da resistência R2. a opção \'OLT~I ETE R_HR
é escolhida de modo que a polaridade corresponda à que
passa pelo resi.stor
-
Finalmente. todos os componentes e medidores
deven1 ser conectados Para isso. basta colocar o cursor
no final de um eJemeruo até que u1n circulo pequeno e
unl conjunto de reticulos apareçarn para designar o ponto de partida. Feito isso. clique no local e um x surgirá
no tenninal. Em :.eguida. mo' a o cursor para o final do
outro elemento e clique com o boüio esquerdo do mouse
novamente - um fio con~tor ' ennelho aparecerá automaticamente na rol.3 mnb dtrcta entre os dois ck.'lllQllO!).
Es.<;c processo c ch:tnudo Automatic Wiring.
Agora que L~ os componentes c:-.1.ào no seu dC\·ido
lugar, é hora de iniciar a analise do circuito. uma operação
que pode ser realizada de três maneiras. Uma delas é sele·
cionar Simutate oo topo da tela. seguido por Run. A outra
opção é a seta \erde na barra de ferramentas Simulation.1\
última consiste simplesmente em nltemar a chave no topo
dn teln ('Nlra a posição l . Em cadn caso, após alguns segundos. uma solução surge nos indicadores. parecendo piscar.
Essa oscilaçiio indica apenas que o pacote de aplicati,·o
estâ repetindo a análise ao longo do te1npo. Para aceitar a
solução e parar a simulação continua, mude a chave para
a posição Oou selecione no,·amenre o ícone de relàrupago.
A cou·ente atra\és do diodo é 3,349 mA. que se
aproxima bem dos 3..32 mA do Exemplo 2.13. A tensão
a1.ravés <lo tel>ê.tor R-: é 18.722 'v'. que está perto (jOj, 18.6 \ '
do mei.-mo exemplo. Após a :..imutação, o muJLimetro pode
ser exibido, como mo:.trado na Figura 2. 151, cLicando-:.e
duas vezes no sunbolo do medidor. Ao clicar em qualquer
lugar do medidor. ,.:...e que sua parte superior~ azul--cscur~ basta clicar n~ região para mover o medidor
para qualquer local desejado. A corrente de 193,28511A
é muito pró~ima da de 212 11A do Exen1plo 2.13. As
diferenças de\ em-se principalmente ao fato de que cada
tensão do diodo é aswmida como sendo de O,7 V quando.
na realidade. ela difere para os diodos da Figur.1 2. 151.
visto que a corrente que passa por cnda un1 é diferente.
De modo geral. porém. a solução Multisim corresponde
estreitan1ente ã solução apro\:imada do Exemplo 2.13.
PROBLEMAS
-O~. astenscos
md1can1 os problemas mais díJkeis.
Seção 2.2. Análise por reta de carga
L •) Ltiluando a curvo caracteriM.ica d.3 fi~ :!.15'.!(b}.
detennine !,,. l 'D e V, para o circuito da Figur.t !.15°'(a).
~
b) Repna o rim\ (a) utili7..ando o modelo apro.·u.mado do
dJodo e compare os resultados.
e) Repita o ilem (a) unlizando o olOdelo ideal do diodo e
compare O!. resultados.
2. a) Lltili7.mdo a cun a camcleri<>nca d::i Figura 1. J51(b).
~
l'.j, para o ctrcuito da Figura 2.153.
b) Repua o item (a~ com R 0,47 i l l
e) Repita o iton {a) com R 0.68 kQ.
d) O valor de I ' é refati\arnente próxuuo a 0,7 \'' cm cach
deiênnine I
ca:.o~
C<>1nrme ._':>\afores ~li.ln~' de 1,,. Comente-<h..
Aplicações do cf;odo
107
\
.
S
• 1
1
+
+
-
F -=- 12\'
--
figura 2.15..:.
Problemas 1 e 2.
J. Detennine o valor de R para o cu·cuno d:t Figura 1.153,
que resulta e1n unia corrente no diodo de 1O mA. com E
•\!.Utilize a curvo cnractms1ic:a da Fígwa 2.152(b) para
o dii)Cfo.
.a. •) U1ihzando as CUT\BS carncttt6lic:!.' aproxunadas do
d1odo de S1, dc1cr1nine o valor de 1j,. /, e r. paro o
circuito d.1 Figura 2.154.
+
-
(ll)
..
•
b) Faça a mesma anáho;e do item (a) ullli7JIOdo o modelo
rdo!a.I do diodo.
e) Q,, re->ultado<. obtidos nos itcnr. (a) e (b) sug<!ttm que o
modelo i«ikal pode fomeccr unu bon aproxilD3çàO para
a ~posu ideal '\Oh dctenn111achls c-0ndiçõe!''!
S1
.,1---..
+ , ,. I
~ ·
Sí
E ...:=... 30 \ '
-
' :'
Figur• 2. 153
Problemas 2 e 3.
+
+
Figunt 2.1 S4
Pmblm13 4.
R
1.~
LO \
108
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
Seção 2.3 Configurações com diodo em série
5. IXlcrmine a oonentc I para cada uma da.~ coof~ di
figura :!..155 uuluando o n1odclo equ1\'3lt!n~llfWO\lm3do
dodioJo
2Ul
I! \'
Ili t..l!
100
Si
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4.7Ul
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Figura 2.157 Problctnil 7.
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figura 2.1 s~
:?.11..íl
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S1
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Si
(?!)
(cJ
Probh:1na s.
Figura 2.158 Problrn:J3 ti.
6. O.:t~ 1; e /p para os circull<>'> d:! figura :!..156.
4.7 Ul
+l:?Vo--
+BV
-S V
.,.lkQ
S1
UUl
.a.7t0
1!ti
Gc
- IOVo--(b)
(il)
figura 2.1S6
Problem.t<, 6 e 49.
*7. OetttDUneoni\cl de r. paracad:.lcU'CU1iochl-1~:!..l5 ...
*8. ~""-nn1.oe J e /. para os c1rcu11<>'> d:I F1gura '.!. l 5S.
9. Octcmu.oe 1~1 e J~ para o~ circuito> da figura :!. 159.
figura 2.159 Problema 9.
1,2 k{}
o
-:o\'
Aplicações do cf;odo
Seção 2.4 Configurações em paralek> e em s~paralelo
1O. Deh!mune V:, e 1lJ par:i os. circu11os eh Figura 2.160.
* 13. Determine
109
i:e /1> p3111 o circuito da Figura 2. t63.
1.,
S1
:? \
~---o '
2 Ul
S1
1
~.7
t----ol
lO
Figura 2. 163
Problemas LJ e 51.
S~ão 2.5
! ~I
Portas AND/ O R ("E/OU")
14. Detttnu~ J paro o circuito da Figura 2.39 com O\" c!m
11>1
af11b:t.. .._, eniradàs.
Problema~ 10 e
Figura 2.160
15. Deletmi eJ· pamoc1rcuit0daFigum!..39comJOVein
50.
3.111ba_, ~ enlf3da.,.
• 11. Determine V,. e J pnra os c~uixos da Figura l. 161 .
1 \'
i:
•. ~,
GaA~
af11b:t.. .,. entrudas.
17. Daennine paro o dreurto da F1gurn 2-l2 com 10 V em
amha<.> ª' enll':ld:b.
18. Dcknnine I ~ rata a porta ()R de lógJCU ~att\-ada Figuro
~16V
S1
16. OetermrM r~ paro o cln:ui10 da Fii!ura 2.-l2 com O \ ' em
2164.
i:
19. Detennrne
pam a porca ANI) de lógica ncgati\a da
Figura :!.165.
Si
Si
Si
1 k.Q
o\'
4.7 LO
' - - -+----o \
Si
-4 \'
Cal
Ftgura 2.161
Problema li.
12. Derermine I:,. V"l e 1 para o rucuito da Fig.uni 2. 162.
Figura 2.164 Problana 18.
- S \'
1 kfi
Sí
0,47 kil
•
o\'
+
-
20 V
Si
Si
'
Si
'.!1 kO
-5 \1
Figunt 2.162
Problema 12.
Figur:a 2..165
Problema 19.
11 O
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
20. Dctmninc o '11lor de I ~ para a porta da Fi~ :?.166.
?J . Dctmninc •: para a configuração da F~ 2. 16i.
25. Para o circui10 cb Figura 2.170. Cl>bocc 1• e detmníoc: J~
*26. Para o cin:ui10 da Fii;una 2. 171. c-.bocc , e;~.
_..o
IOV
~---'VV\io.----r----o
SI
\.; • 120 \ ' (rm.•
IOV
&
.
ldci!
(\
;,________...!,_______.º
1 Ul
Figura 2.170
Prohlcm.'l 25.
IOV
Figura 2.166 Problc111a 20.
.S V
'
Si
sv
-
Gc
2.2Ul
+
+
~ .,
••
-
1
Rgura 2.167 Pn>blc:ma 21 .
Figura 2.171
Seçao 2.6 Entradas senoidais: retificação de meia-onda
22. C ,1J.?nn.lo um d1odo ideal, ~boce 1 • ,., e ;, para o
retili.:ador Je meia-onda da f- agura 2. 16, _A a1tradJ é
mn:i fuontl de onda -.enou:W co1n liL-qu..;i.-,,a di? 60 Hz.
~mune: o \aJor de pico da entrada. os' ai~ máximo
e m1rumo tb tc1bào sobre o d1odo e o \'31or mi.'ltmo d.l
corr.:-ntc pelo thodo.
23. Rqm:a o Problcma 22 conl 1un diodo de "ªllcio ( 1~ .. o. 7 \ ').
24.. Rerna o Prvblo?nu 22 con1 unia c-Jll?a de 10 Ul :tplicada.,
como mcblr.l ll f 1gura 2.169. bboce 1 e 'L-
+
+
1 lQ
Problctm 26.
*27. ai O.ido P- = 14 m\\' para c-.ida diodo tb Figura 2.1i!.
dc1cnninc a rocrauc máxima no1ninal de cadli diodo
t utilinmJo o mocklo cquh akntc oprox1mado)
b) Dc:tcrminc 1-.. p.ua o-. d1<.xlos cm paralelo.
e) Dctcnn1nc a com:n1c ntrnvc-; de cada díodo para J'
._,
utihza.ndo ~ nNJltadc.h do item (b).
d) Se o~~ um dioJo c~1ivcs~c prc!>cnlc. qual St'ria o
rc:.uhado C'>pcrado?
l tlcul
---o'(:c= ~ \ '
11-'-==---
Figura 2.168
-
Problema' 22 a 2-4.
S1
+
,.
'
Figura 2.172
I
,,
Problema 27.
..
4.7 kQ
111
Aplicações do cf;odo
Seção 27
Retificação de onda completa
28. Lm retificador en1 pon1e de 0tld:t complem com unia e11tr:iJa 1>eno1dal de 110 V mt.'> pcr......w um ~i.-.tOt de carga
de 1 Ul.
a) Se foren1 etnpregados diodos de "dicto, qual será a
ldlSáo CC disponl\el na ~a:.>
b) Oe1ennine n e-specifu:ação da PIV DL'C\$...árla paro cnda
dtodo.
e) Encon1re a con·ente máxima attn\é<i de cad:i diod11
durante a conduç:iío.
d) Qual é a potencia nominal õ igicb P3f'3 cada diodo?
29. Deiennine ,., e a especitic:ição da PI\' eiugtda (Xlt:l cnda
diodo n.i con figur:içi\o d3 Figum 2.173. Delenlline IIUllbêni
a CO!Tl?Tl!e llláx11na 3lr3\ es de cada díodo.
•
+
I
fiqur
2 17S Problenu 31.
Seção 28 Ceifêldore.s
32. Detemune 1 de C<!da circuito da figura 2. 176 p:n o ;;iD.11
de emrada mowado a seguir.
I '1
2U \ '
,
t
- 20 V
+
8V
S1
14
o
+
,-
Diodo~
'
idnus
>--- -:---<i '
+
~ 2.'.!
L.Q
-Figura 2.1 73
''
:-:;:111..•
o
r
+
lllOW
-
tdeal
+
:!Ul
-
-
Figura 2 .176 Proble!Jl3 32.
Problema 29.
*30. Esboct: 1• para o circuito da figum 2.174 e determine a
tmsão CC disponível.
*31. Esboce v.. p..va o circuito da fígura 2 175 e determine a
tms;io CC disponi\•cl.
33. Dctmninc 'o de cada circuíto da Figura 2.177 para o sinal
de rnmwb oda determinado.
0
.,
S1
12 \
•• º
U Ul
~·
,
100 V
l.8W
-1 ! \'
I
(a)
- JOll\' V
JV
S1
+
'" o
~I
_ 111 +
IOLQ
'l
-
+
2.11.Q
--Figura 2.17..:
Problema 30.
"•
'.!.J IJl
r--º
'\/V'lr- ...
( l:t)
Figura 2 .177 Problema 33.
112
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
• J.4. Dctcnninc 1~ dccada circuitod:i Figun 2.ri'" pua º'inal
de: cntnd:i mostrado
IOlU
'•
,.
...
1
:?O\'
+
t
'
.. \'
o
- .,, +
ldcà
+
,.
'
,
o
1
5.' V -=.
;____-~I~---+~·----~
-10 \'
ill~
+
Figura 2.180 Probkrna 36.
-
-5 \ '
'
.
(a)
+
lde.11
1,
o
lde.1J
... o---
r
-
-:!O \ '
(:ti
U LO
e
.., o--f1---....-- -- --o '
+S \'
--=--s \'
figura 2 . 178 rroble1na 34.
tbl
•3-:-. 1Ã1.:nnme 1 de cada c1rcw10 d3 Figur.1 :!.179 p:uu o siruil
lk cntr.l&b r!khtrado.
'•
o
1\/\1'\,~--·--o
+
11..0
~
+~J.\
"'
,
s.
Figura 2.181
Ptoblerna 37.
,.
e
1
1
o
+
120 V
- -1
Ideal
"•
I
o-----·- --o
+
-
3'\i
·· ~l i
:?.2
"º +
R
(a)
e
-
o
S1
+
,,
-
1
Ideal
+
R
E: .:=.. 1D V
!bJ
(b)
figura 2 .175
,
Problema 35
.
36. I'~; e' do cin.~to d.1 f-ii.:un
- !.lbO para o sinal de
l!1l1r.ld.1 mostrado a i.egu1r
Seção 2.9 Grampeadore
37. E,fkA-" 1 decôldacin:uito da Figura :?.ISI pm:i o siool de
cntnd:s rtl(biradO a ,,egu1r.
38. &bott 1. de cada c1rcu110 da Figura 2. IS2 para o sinal de
enuad:I moslJ'3do.
Flaura 2.il82 Probkma JS.
*39. Para ocin:uiloda Figura :?.183 :
u) Calcule 5t.
b) Comp:ire 5t i mctadc do ciclo do sinal aplicado.
e) Esboce a forma de ooda de 1·..
*40. Pro1ctc um cJTCUJto rnmpador para realizar a fuoçâo
indicada 11:1 Furara
'.?. l S4,
•
• 4 t. Pro1c1c um circuito grampcaJor para realizar a função
1ndictub na fi!!:Uf3
.?.1S5.
•
Aplicações do cf;odo
...
e
12 ~
o
+
IL
I
- 1:: V
/:1 k&
Ft9ur<1 2.183
113
1
0.1 µF
~ Si
---
v,
R
56k0
1
- ...-v
+J
-o
o
Problema 39.
"''
+JOV
20V
+
+
,
"•
-
-
'
o
I
- LOV
-20V
FiguTa 2. ~ 8..t
Problema 40.
Díodo~ de
'ilído
"•
IOV
+
+
,
o
Projeto
,.
•
-IOV
Figura
2. 18~
2.7 V
o
r
-17,3 V
rroblcma~I.
Seção 2.11 Diodos Zener
"*42. :a) Detemúoc I' 1 , 11.11 e J,p:uaocircuito d3 Figura 2. 186.
,,e R, = 180 n.
b) Repita o item (a). se R1 = 470 ! l
~) Delermine o valor de R, que estabelece as condições de
!D!lXUna potência para o d:iodo Zener.
d ) Detcnninc o valor mínimo de R para garannr que o
díodo Ze.ncr está no estado -ligado-.
*4.l. a) Pro1eteocin:u11odn Fígura 1.187 pnra m3l1ter li em 12
,. p.1r.1 uma \aTiaçi!o na carga (f, ) de O a !00 IJ\A. Ou
i.e1a. determine R. e i'L.
b) Odenn1~ P~ do díodo 7ener do i~ (a).
*4.&. Para o cin:uilo da Figuro 2.188, uetcrmine a faiu de J~
que mimtmi J'j_ c:m 8 \ ' e não exci.:deri a po1ênctll nd'ima
nominal do diodo Zcner.
45. Projclc um ~latlor de tensl!o que m~nlmha Ul1l3 tens.lo
de ~ida~ 20 \' altll\~"> de uma c11~ de: 1 Ul. com uma
entrada que \.110~ de 30 n 50 V. Ou -.eja., de1L"1111Ôl<! o valor
uprupriado de R1 e: a com:nle mAxima /nt-
o - --'\AA,.---
+
.••
220 0
,,t
- -- -; i/1.
+
1
:?OV
V1 = 10\"
....,.
P1 =400 m\\ ' Â
......
Figura 2.186
Problenu142.
figura 2.187
Probf~
..t3.
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
114
4R. Detem\lne a c..ptt1fiC3çia da PIV exigida para os d10dos dJt Figura 2.123 em termas de tensilo de ptco r • no
910
-
P7
Figura
iz=8 V
•400mW
2.188 Problemas 44 e 52.
46. Esboce a forma de onda de saída do circuito da Figura
2. '45, ~a entrada for un1a onda quadrada de 50 \ : Faça
o mesmo para u~ onda quadrada de 5 \ '
Seção 2.12 Crrcuitos multiplicadores de tensão
47. Detcnninc a 'ctli.iio di:.1>0nívcl no dobmh de lcn..ão da
Fíguni 2. l::?J. «e a tensão no secundário do ~fonnador
for de 120 \ ' (nm.).
s~undJrio.
Seção 2.15 Análise computacional
49. Faça uma an:ili~doorru1t0 da Figura 2.156(hl utthmndo
1) PSp1ce pata \~ ndo"' -..
50. Foça uma.máh:.e docircuitt> da Figura 2.161 (b) utilí13lldo
o PSpi ce p:arn \\índo"' '51. faço uma anàlbc:do circuito da Figuro 2. 162 utilinndoo
PSpice para \\índo\\.'52. raça uma anãli-.e geral do cucuato Zener da Figura 2.J. l\
111ilir.ando o PSpic:.: para \\induw-;.
5.J, Repila o Problema 49 utili.rando o l\<t ulti~im
54. Repita o Problema 50 utilinndo o l\i1uhisim.
55. Repila o Problema 51 utilizando o Multisim.
56. Rcpilu o Problema SZ utilizando o Mullisim.
Transístores bipolares
de junção
Objetivos
Famifiariznr·sc c-0m a estrutura e
ll opcaação
básicns do transistor bipolar de jouçiio.
Ser capu dé aplicar a polariL.açào adequada para assegurar a OJ>lmlçàú na n:gíão nti\a
Reconhecer e explicar as carac1eristica:. de wn tronsistor 11pn ou pnp.
Conhecer os parâmetros imponnntes que definem a resposta de um rransistor
Ser capaz de le.<>lar um cransistor e identificar os três tem1iruús.
3.1 INTRODUÇÃO
Entre os ano:. de 1904 e 1~7. a ''ál'ula foi. indubita' elmente. o disposilivo eleuõnico de maior in1eresse
e desenvolvimento. Co1 1904. a \il\ula díodo foi criada
por J. A. Fleming. Logo depois. em 1906. Lee De Forest
adicionou um 1erceiro elemento chamado grude de co11/1vle
à \ âl\ ula díodo, dando origém ao primeiro 3I11plificador,
o trioáo. t\o:; anos seguinte:.. o Iád10 e a tdevlsào proporctonard!D um gr.mdc c.srimulo a mdústrn de \"Úl vulas.
A produção subiu de, aproximadanh:nte. um milhão de
vá.l\'lll:ll> cm 1922 para cerca de 100 milhões em 1937. No
inicio da década de 30, o Letrodo de quatro elementos e o
pentodo de cinco elementos ganharam desmque nn indús--
uia de '"ál\-ulas eletrónicas. Com o passar dos anos. esse
Sr..""Wf" tomou-se um dos mais importan~ Qbtendo rápidos
ª'"nços em tem1os de projeto, têc;nicas de fubricaçào, aplicações de alta potência e al1a frequência e miniaturização.
'/l.o entanto. en1 23 de dezembro de 19-t7. a indúsrria
eJetrôoiC<J ~uva prestes a experimentar um redirecionamento de interesse e desenvol' i1nento. Na tatde desse dia.
\\ílliam Sbockley. \Valter IL Branain e John Bardeen de·
monstraram a função de an1plillcação do primeiro transístor
na BeU Telephone Laboratorie:.. como illhtra a Figura 3. l.
O U'3DSISlor original (um tranStStor de conllllo de ponto) é
lllOl>1rado na Figura 3.2. As vaniagcn:.dc.sse tfuposillvo de
figura 3.1
Os co111\e1no~ do primeiro 1ron.;1..i:or n.a
Belll.aho~.
Dr. \\íllíam Shoclde~ (senuido); dr. John Bardeei (3 ~ue:r­
dll): dr. \\"alter H. Bmruttrt. (Conesin da ,\J & l Atrlll\'es 3rui
Histocy ( mttt. I
Dr. bocUr\•
:-\asado em Londres, lngl.ucm. em 1910.
rlLD pela ~arvard em 1936.
Dr. BardttD
N.:ticiJo em Madbon. \\"i:,.oou;in.em 1~­
~
Dr. Bnattain
PILI) pela f'rinccton em 1936.
'.'lru.~1do cm ;\mo>. Chum. em 1901..
Ph.D pela Un1ve,...idade de l\hnnoota
em l91S.
116
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
;--o, 1!<l !"l -
--
0001 po
F.
,
1
li
,
e
+
11:
B
Figura 3.2 O primeiro tr.1n,i..;tor (Corte-.i3 da ,-'T&:T
An:hi\c-s anJ Hi,\ol'} Ccntcr.)
e lr~ 1crminoi'l cm relaç.ão à \'ál~-ula ernrn
ób' ias: nlef\Of e nuus leve. niio necessrta'a de aquecimento
nem apresenta\n perda ror aqucci1nento; tinh3 uma estrurura maí:. robusta e era n101s eficiente porque albonia
menos potencia. es1ava pronto p:uu ~:.em n«~dade
de wn perioJo de aqucci1nen10; e fuoc1ona'a com tl!Tl:.õe:. de opcrnção mrus baixas. Note que ôle c:ap1tu10 é
no~ prllru:tm abordàgc1n :.obre Üt!.JXk-JU' o:. de tm. ou
mai:> tttminai,_\IO!>lr.u-cmos que 1od0:> o amphJicadorc:.
(d1..~iti,o... que Jumcntam a tensão. corrente ou ni\cl d~
pot~i:s) JlO"'ucm no m1n1mo trê., tCJlllJmi-... e um deles
controla o llu"to entreº" outros dois
-
+
l:
Y \1
'tL
\ 'cc
,..,
~tado ~lido
-u.l'ie)
. pol .
OJ10 1 p.ll.
--41
F.
li
,,
n
e
8
-
-
+
1:
~1
: 11
+
(b}
3.2 CONSTRUÇÃO DO TRANSISTOR
O transi'lor é um d1spos1ti\O semicondutor de crês
camada:. que coll!.1,1e em duas camadas de tll3lerial do npo
n e uma do upo p ou ein duas cnmadill. do upo p e uma do
upo n. O primriru ~ dénominado trun.~í~tur npn e o outro.
traru1stor pnp. Os dois são mostrados 03 Figura J _J_ com
a polariL.ação CC aprupnuda. No Cap1tulo 4. '~que
a polari.r.ação CC.' e 111.-ccssária pura c,tabcleccr a região
adcqwda de opt..'T".içiio para a amplificação C A. A canuda
do cmi!>sor é fortemente dopad:s, enquanto a ba.sc e o
coletor po qiem dop:igcm leve. As camada:. externas possuem largura.., muito maiores do que as camadas intemas
de m:uerial do tipo p ou 11 . Paraº' transi,tores mo5trados
na Figura 3.3. a rn7iio entre a largura tol411 e a largura da
camada central é de 0.150 0.001 150 1 A dopagem da
camada interna tam~m é con,1dera' elmente menor do
que a da.-. e:\temas (nonnalmcnte 1:10 ou m~). Es:.e
ni,el de dopagem menor !'\.-<luz a conduti,idade (aumenta a resi,tência) desse m:uenal. limitando o número de
ponadores -1i, ~ Pata a polanLlçilo rno:.troda na Figura 3.3. os temunah são indicado pt:la letra 1na1úscuh L' pata emissor. C
p.'11'3 coletor e B para baJe. Uma avali:içuo de:.sa ôColha
de nouçào ~.)detalhada quando dt!>{:UlJJUld:> a opoação
bái.ÍC:l do trarbi:>tor. ~onnalmcntc. a abre,iação TBJ. de
tran.'>1.ç1or htpolar de j1111çiío (cm ingléi.. BIT - htpolar
jurrrtion lrQfl{iftor). e aplicada li cs e dt<.~tti\·o de trê!.
1em1ina1s. O termo b1polilT ..e d<!\c ao fato de que l::teunaS e
elétrons participam do~"° de injeção no material com
polarização opo'ta Se apenas um portndor é e1nprcgado
(elétron ou lacuna). o d1,positi\o é considerado unfpolar.
corno o díodo Schonl'}' do Capitulo t 6.
3.3 OPERAÇÃO DO TRANSISTOR
A opcm\.ào b.1.-.ica do lr.lrL'>l'>lOr ~cr.i dc!>Cllta aeorn
por meio do tr.m,i.,tor pnp dl Figura 3.3(a). A operação
do tran,1!.lor npn é c"tatamen1e a mc!.ma se as funções
das lacunas e elétron<. forem trocadas. Na Figura 3 ..t(a).
o tran..istor prrp foi re<k,.-...enhado sem a polari7,açào base-colelor. Obo;en'C as semelhança.-; entre c<:~'l ,in1ação e a do
diodo d1f'('ltlfltt't11e polari=ado do Capitulo l A região de
deplcçào te' e a largura redul"ida de\ ido à tensão aplicada.
resultando em um flu\o denso de ponadon.--s majoritários
do n1oterial do tipo p para o ma1erial do tipo n.
Agora. remo,eremo, a polanzaçào base-e1nissordo
rrnnsislor 1>np da Figura 3.3(n). como 1noslrado n:t Figura
3.4(b). Note as semelhanças enue e:.::.a situação e aquela do
diodo m ·er.1u111ente polan:tJdo da Seção 1 6. Lembre-Sê
de que o flu.\o de ponadore:. majoratárioi. é 1guaJ a zero. o
que rcsulu cm apenas um llu.~o de portadorê> ulinorilãrios.
corno n10.,tra a figura l .4(b) Pon.an10. ern i.uma:
-
Ca~J
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
117
e
RcgiJo úe cJco!'lco;;m
Região ik deplcção
,,-
+ ,
1
+
•
•
Ver
Vi.e
Cal
Figura 3.4
(bt
Polarizução de um b'U:>i~ (a) din:t.l; (b) reven;.a.
l.Jma junção p-11 de um 1ra11ç1.~1or i polari:adu re1Y.'75mnMta. L'TU/UOIJIO a 0111ra ~ pnlan::aJo dirotamenle.
Na Figura 3.5, os doi_.. poccnciai.-. de polarização
foram aplicados u um transistor pnp. com o íluxo rcsultune de portadores majoritári<><; e minorirânos indicado.
Observe, na Figura 3.5, a largura das regiões de depleção
indicando claramente qual junção esta polari7ada diretamente e qual está polarizada reYersamente. Como indica
a figura. muitos portadores majoritários se difundirão no
material do ripo 11 através da junção p-n polarizada diretamente. Aquescão é. então. se esses portadores conrribuirão
diretunente para a corrente de base J ou se passarão diretamente para o 1naterial do tipo p. \ rL'lo que o maccrial
do tipo ri interno é muito fino e tem bai'<a oonduúvidade,
um número muito baixo de Ul1s poltJdores seguirá esse
caminho de alta re~istência para o terminal da baSt. O
\alor da corrente de base é da ordem de m.icroamperes.
enqU3:I1tO a c-0rrente de coletor e c:mh,or~ de nuliarnpt."rcs.
..\maior parte dcsst:S portadol'C!. &naJontário~ c..'Iltrarii ntra\ i:s daJllllçào polllJ'Uada rcvcrs3mentc no mntcnaJ do tipo
p conectado uo tcnninal do coletor, como indica a Figura
35. O motivo da relativa facilidade com que portadores
majoritários conseguem atravesc;ar a junção polarizada
reversamente e facil de compreender. se considerannos
que para o diodo polarizado reversamente os ponadores
majoriuirios serão como portadores n1inoritários no RU1rerial do tipo n. Em outras pn1av1'8S, houve wna injet,·ão de
portadores minoritários no material dotipon da base. Esse
fato. somado ao de que to<los os portadores minoritário~
oa região de depleção al.1'8vessarão a junç.ão polanz.ada
reversamente de um diodo, é o respolbá\ el pelo Ou.xo
indicado na Figura 3.5.
Aplacando-se a Lei das Correntes de KuchhotT ao
Lmnsbtor d3 Figuro 3.5 como se fosse um wiíco nó, obtcmo~
1 IE = lc
•Portado= rnaJOOliÍria..
p
..
,,
I
-
"rr
Figura
~
5
(3. 1)
1c
=
fc., .a1IJOü + fco,
.....
j
(3.2)
,
t'·
+ ~--1 1 J1--------. 11.-~
+
I
... PorudoR:;. uo•••itánt»
e
E
+ Is
e d~cobnlllO!> que a corrente de em1ssor e a soma das oorrent~ de coletor e <k base. No entai1to, a corrente de cole.
corpo~ dois componentes: os portadores majoriúrio~ e
os minon~ indicados na Figura 3.5. A compon1."lllC de
COITL'"fllc de minoritários é chamada correnle dejuga e t1.'ID
o !>imbolo lc ~ (corrente ll oom terminal emissor aberto). .\
corrente de oolctor é. portanto, Lo talmente deteJ 1ninada por
J
I
I
t
-
'cc
rlu.xo de portadores majoriClflos e
minoriúnos d<! um Ll'Ufüistor p11p.
Parn o transistores de uso geral. lc é medi.da em
n1iliampêTes. enquan10 lco é medida em microampêres
011 nanoampêres leu. assim co1110 I para um díodo polarizado Te\ e1samente., é sensível ã temperatura e de..-e ser
cuidadosamente analisada quando o transístor ê submetido a grandes ..-ariações de te1nperatura: caso contrário.
a estabilidade de um sistema pode ser considera\elmente
afetada. ~1elhorias nas técnicas de construção resultaram
em níveis significa1ívamenle nicnores de 1 ,,.. a ponto de
seu efeito poder ser frequente1nente ignorado.
118
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
3.4 CONFIGURACÃO BASE-COMUM
A notaÇào e os ~imbolos para o tr3Jl..,t..1or usado:. nn
ma1ona do-. ln.~ e manuuis publicado.. atualmente~
indicado., na Figura 3.6 para a configur.lÇóio ba.-.e-comum
com tran~i,tore'i pnp e 11p11. Essa tcnninologia deriva do
fato de n b:t-.e -.er comum tanto na enmu:b quanto na 'Saída
da configuração. Alem di c;o, ela é nollll31mente o tenninal
cujo potencinl csó mais próximo do potencial terra ou esci
efet"v'.'lmente nele Neste livro. os .;en1idos de corrente
refe""em-se ao tltL'<o convencional (de lacun.:b). e ruio ao
ílu\o de elétrons. Por conseguinte. n:. .>eias em todos os
8
(il)
-.imbolos elerrõnicos possuem um 'en1ido definido por
essa con\cnção. \ 'ale lembrar que a seta no símbolo do
díodo define o sentido de condução da corrente con\ en-
cíonal. Pilra o uan:.istoc, 1 \Cl<1 do r;1mbolo grâjiro dt'}ine o ~entidn da rorTl'lllC'
de
c·mis~or {111L'(O con1«!11c1011u/) atra\·~.'í
do <Íi<r·
pu,iti1·0 .
Todo-. os sentidos de oorren1c moslmdO'> na Figura 3.6
são°" renis. definidos pel.:l escolha do ílu'\o con\eociooal.
J\otc que. em cada caso. !e= lc Ili" Observe tamb6n que
as polanzações apltcadas ( funtes de tensão) estabelecem
wna corrente com o sentido md1caJo ern cada mmo. bto e.
co1npure o sentido de/. com .l pol'1rídnde de l'a: para cad;i
configuração e o !>enltdo de /t L'Om u polaridade de 1 L-.
ParJ c.kN:re\cr Loealmt.."lllc o comportamento tk wn
d1spo..,1ll\'O de (R';,, terminais como os amphficadom. de
ba...,c-comum d3 Figura 3.6. -.lo n1..'C1.....~nos do1' con.JUlllO:'
de cun as carac:trnsticas: wn para o ponto de acionamento
ou parâmetro-. d.: enrrada e outro para a HJídu. O conjunto
de parâmetros de entrada para o an1phlicador em ba...;e-co1num mostrado f1:J Figura '\ 7 rclacionn uma corrente
de entrada (/1 ) a uffi3 tensão de entrada ( 1'111 ) para diversos
valores de tensão de s.iida (V,_.).
O conjunto de parâmetros de hllida relaciona uma
corrente de saída <lc>com uma tensão de saíd:i ( f'(..l para
diverso vnJores de corren.te de enrrada (/,),como é mostrado na Figuns 3.• O coojunto de carnc1erís1ica:. de saida
ou de <.oletur 1em U'ês regiõe:. de interei.se 1ndtl.'3das oa
Figura 3.~ - a ativa. a de c·orte e a de .\at11rcJç·üo. A região
at1 va e aquela non:nalmence e1nprc.!gnd•:l para amplificadores linenref. 1sem dist~.lol. l!sJ><!ti licamentc:
l 'c•• 20 V
s
\.'e•" 10 V
7
6
~
-4
J
1
1
1
R
o
0,1
o,.:
O.b
0.11
1.0
' '1L 1v 1
(bl
Figura 3.6
Koução o? s1n1bolos l™li!<b p.1111 a configuração
~-romum : (a) tr.1.nsistor p11p: (b) tnllt!.i ..tor llJ"'·
F Jl
.7 CUT\-as carxtcristicn!'i de cntradn ou de pomo
de ncion:uneruo P31ll um b'&DS.ilotor amphílcndor de s1Jjcro em
bnsc-con1um.
Ca~J
/ç
119
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
(mA)
- - - - - - - Regiiia arh;1( :\re.1 nllQ •am~)1-------.JL.
7 mA
7
6
6
S m.A
3
JO
:?O
Rej!i5o u..- l'Ol1l'
Figura 3.8
Curva::. C8ftle1emt1cai. de saíd.1 oo de coletor par.i um lllln!>i~or amplificador cm ba~-comum.
,\ '<1 l'f!giào ativa, aj1111çiio hc1,e-e1ni.,,ore:)11i polari~da dirr!tanu•11te,
enquanto ajunçiio hast•-c-olelor es~
po/ari=tufa f'n'l!rSOJl1Ctf11e.
A região ativa é definida pela:. configuraç-ões Je
polarizac.ão da 1'igura 3.6. 1 o eA.tremo inferior da regiao
ati\'a a corrente de emissor(/1;) e! igual a zero. e a com.'llte
de coletor deve-se cxclush,ament~ 3 corttntc dr saturação
l"C'\crsa Iro- como indica a Figura 3.9...\ COTn."lllC lco é tão
pt..-qucna (mit..-roampcres). se compamda à csc.ila vertical
de 1, (miliamperes), que aparece praticamente na mesma
tinha horizontal de lc = O. As condições de circuito existente.; quando 11: = Opara a configuração base-comum são
l110Slradas na Figura 3.9. 1\ nolllção mais utilinda para ler>
em folhas de especificações e de dados é. como indicado
na Figura 3.9, 1, 1,0 (a corrente base«>letor com o ramo
emissor aberto). Devido às no,11s técnicas de fubricação.
o ni' el de /<11,1 para transistores de uso geral ruis faixas de
barxa e média potências. é nonnalmenre mo pequeno que
,__.._e
~ '
B
·1 '\
Emis...-.ar aberto
ColetOf p.ra \lb.•
Figura 3.9
Corrente de sruuração n?\ttSa
seu efeito pode 5er ignorado. Contudo. para nivei' de potência nwores. /('B(Jaindo estará na faixa de nlicroainpêre:s.
Além di~. tenha em mente que fclJ(>- assim como 1,. para
o díodo (ambas correntes de fuga te\ersas) é serliJ\el a
temperarura. Sob temperaturas 1nais ele\ adas, o efeito de
IC/I(, pode se tomar um impor1ante fator. Já que aumenta
rapidamente com a temperatura.
l\a figura 3. . note que, à 1nedida que a coocntc de
em1s:.or fica aclltl8 de Lcro. a corrente de coletor aumenta
l:lté um 'alor ~almente igual àquele da conente de
cmtSSOr. dctcrmmada pelas relações básu:as de conente
no tran..'ilSIOI'. Observe também o efeito quase despren,cl
de r 0 sobre a corrente de coletor para a l'Cb:riào wa ;\.!;
cur\'as indicam claramente que 1n11a prinunra es1imat1\YJ
poro a rda.çiio enrre /~ e 1, na região ativa e dada por
(3.3)
Como o nome já diz, a rcgiào di: corte e= dcftruda
como aquela cm que a corrente de coletor é OA. confonnc
mostra a figura 3.8. Além disso.
''" n-giàu de corte. atnba.~ ti:. junçõe~ dt• um trarui:.tor.
/J(l'iE'-t!mi,~or e büse-cnletor. esteio po/ari:odas ~•-er­
~anu~nte.
-
A região de .,atnração é definida como n re!?ião dill>
curvas cnracicristtcas à esquerda de Vu = OV. A escala ho-
ITT,()Jltal nessa área fui c:r;pandida para mostrar claramente
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
120
•
E importanle ª'-aliar totaln1en1c as caracteristicas
da Figura 3.1O(c1. Elas indicam que. c-01n o traosistor no
estado " ligado" ou ati,o. a tens.ão de base para o emissor
é 0,7 V para qualqu~r \.nlor da cotTente de e1nissor que
seja controlada J)l!lo ci:rcuito externo. Na verdade. 'erificondo qualquer configunição de transístor no modo CC.
podemo~ especificar de imediato que a tensão da base para
o emiS3or é de: 0.7 \ '. se o tlispos1tivo es1Jver na região
ativa - uma conclusão muito impurtantc para a á:D.álisc
C(' feita a s~gwr.
a dnic:rica mudançn nas curvas carocte:risticas nessa região.
Obsene o aumento exponencial da corrente de coletor à
medida que a tensão v, 11 au1nenta em direção a OV.
,\ 'a região de saturação.
a.~ junçõ.:s
base-emts.'ior e
bllS{'oColetor estão poluri:::adns diretamentL>.
A.s CUC\ih características de entrada da Figura 3.7
re' elam que. para 'alores fixos de 1ensão ( 1·i ). â medida
que a tensão base-emissor aumenta, a COITC'llte de emissor
também aum~nta. lc..'tilbrando a cur'a carac1cris11ca do
díodo. Na ,er<fade. \alores crescentes de 1n têm um efeito
tão pequeno sobre as curvas caracteristicas que. como umn
primerrn apro,çimação. as n1odificaçõe<; devido à \"aJinção
de l'c podem ...-cr desprezadas e a..., curvas c:mactt."TÍ::>-ticas
d~como mostra a F1gurn 3. IO(a). Se for aplicado
o método de line3riznção da curva. o result4Jdo serã a cun'tl
EXEMPLO 3 1
a) Utilizando a:. cun ~ características da Figura 3.8.
detennine a oorrenr.e de coletor resultante para IL=
3 mA e l 'c - 10 \'
b) Utiluando as cunas caructcrbucas da Figura 3.8..
detennine a corrente de coletor resultante se /L per-
caracterisrica mostrnda na Figura 3.1 O{b). ,\\11nçar um
p~.;o e ignorar a inclinação da curva e. ponoanto. a resistêncín ~da à Junção polarimda dm.~ ~ult.ani
oa CW'\ -a caracteristJca úa f igura 3. 1O(c ). Para a:. analises
seguintes deste li\ ro. o n1odelo equi\'alente da Figura
3.1O(e) <õer.i utilizado em toda a análise C'C de ci1cuitos com
transistor. Isto é.. se o traosistor esuver no cs1ado .. hgndo~.
111anecer ein 3 mA. mas J '"' for redll2ida para 2 V"
e) U11l11.1ndo as C\11"\:lS caroctcmticas das figums 3.7 e
3.8, determine r·., --e 1, = .J mA e l'c• = 20 V.
d) Repita o ilem (e) utiliznndo as curvas características
d&. figuras 3. e 3.lO(c).
Solução:
a) As cun·as caracteristicas indicam, de maneira bas-
a len!>ào base-emissor será considerada a segwrue.
(3.4 )
1 V8 '-' >= 0,7 V J
18.nle clara
qar lc ::. J, = 3 mA.
b) O efeito da \'ariaçào de i ·, .. é desprezfvel e l c C-On-
unua a ser 3 m..\.
Em outros palavras. o efeito das variações di!'1do n
f 'c.1 e a inctinaç'jo da cun •a caractcrisuca de entrada ,,cní
c)Da Figura3.~. /~ ::.lc= 4 mA. Na Figurd 3.7.o \-alor
resultante de
é de. aproximadamente, 0,7~ \ '.
d) Novan1eme da Figura .3.8. /, - /e= 4 mA. No enranm.
na Figura 3.l()(c). l 'IE é 0,7 \ 1 para qualquer valor
de corrente de emissor.
r-...
ignorado. enquanto nos esforçamos para analisar ci:rcu11o:i
com mmsislor de nroneira que as estimati\<I:> sejam próximas dO" resultados reais, sem grande en\oJ,·imento com
variações de pan1rnctms de menor importância.
A Ir
1, On.\I
.
{mAI
8
Qualquer
~.
'
7
7
6
6
.,,-- \ 'cs
'i
J
J
J
3
3
...
-
,
-
.,
1
1
li
1
02
'
0.-l
1
0.6 0.8
(:l)
l
\!81 C\ 1
"1
0,1
1
1
/( "·'
OA 0.6 o,x
(b)
1
1
li
\
IS, (V)
o
O.:! O,J
li
0,6 O.li
(e)
7 \
1
1
Capitulo 3
TraruótO<es bipolares de junç3o
Alfa (o.)
E
,
Modo CC No modo (.'C. os ,-a]~ de fc e / de,1dos
poruidorc' maJontanos C<>tào relact0ll3do!> por uma
quantidJi.lc chamada alfa e definida pela c;eguintc equação:
4
ª°"
lc
(3.6)
Paro as curvos caracteristicas da Figura 3.8. quando
fc= OmA. lc ~.portanto. igual a /CSl~ mas. como já mencionado. o \'3lor de/<~, e geralmente tão pequeno que é
qua~ impo-.:.11,cl de1ecu1-lo no grátlro d3 F1b'Ut8 3.. Em
ouuus pal.i\ ra5. quando li = OmA ness;; figura./ tãmbém
p.'lltte ~r de O mA para a fai.u de ''3lom. tle 1 ".
Modo CA Lm suuaçõe:. com sinal CA. ~quais o ponto
de opcrjçõcs mo' c--se sobre a t:Ul"\a caractaistica.. um alfa
C_.\ é tktinido por
~
•
e
~
'
/
......
lc •lt
,
'
)8
1
1
'••OµA
L::::
(3.5)
onde fc e 11 5ào os valores de corrente no ponto de operação, •.\pe-.ar de a curvn cnractensrica da Figuro 3 8 sugerir
que a 1. nJ práticaº' dispositi\os apresentam \afores de
alfa entre 0.90 e 0.998, sendo que a maioria deles possui
wn' nJor alfa próxin10 oo ell.trento supenor da faixa. Con10
alfa I! delin1do exclusívamenie para poruidores majoruários. a EqUJçilo 3 2 toma-se:
,,
'
.,f - •
o alfa eA~ forn1almcnte chamado de ho.se-COllllllll,
CUrtO·-<:irt:tliUI e fator de t1n1plifi<C1(àO por IDOtÍ\OS que fí-
canlo n1a1~ claro quando anahsannos ~circuitos equi-.alen1es do trans1stor no Capitulo 5. Por enquanto. considere
q~ a Equação 3 7 cs1>ee1fica qúe uma pequena vanação na
corrente de coletor é dÍ\ 1d1da pela variação correspondente
de/, com a tensão base-coletor pc1n13nccendo consmnce.
~a OlJJoria dos casos. os 'aJores de «e"' e a.. sJo bcrn
próximos. penn111ndo a su~tJtwção de tan pelo outro. A
utJh.l.il\àO de uma equação como a 3.1 !>(.Tá dêmoru.trada
na ~-ção 3.6 .
Polarizaç- o
,. \ polaru.ação ndequad3 d3 configur.)1,.-ão basê-comwn
na região ativn pode ser raprd.i.mCDlc detonunadl. utilíc1nr.lo a aprox1maçào lc 1, e presuminclo. por L"Dquanlo,
que 16 ~ 0111\. O n.~ult.ado é a configuração da F1t,rura 3.11
=
•
1
+\
Figura 3 .11
E•mbclecimcnto da polari7.acão apcopriad:l
para um U'IUblilor pnp .:m b3=--c-con1um na região :JU\a.
paro o uans1stor pnp. ..\ seta do shnbolo define o sentido
do flu'l:o con\c:ncional paro /1 .::. lc-. As fontei. CC :>ão então
in:.cndti com uma polaridade se1nelhan1e ao senudo da
corrente resuharue. Paro o trans1stor npn. as polaridades
i.mo 10\ ert1d:ls.
Alguns estudantes conseguem lembrar para que
lado aponta a 'eta do srmbolo do tramistor as..octando
as letra~ do tipo Jo trons1stor com cenas lelr.lS das
fra-.cs ..apontando para dentro·· e "não aponltlndo para
dentro-. Por C'\ctnplo. podc-11c Q)l"!>OCiar ~ letraS npn
com aquela... cm iúhco de não apontando para dentro
letras pnp com aquelas cm itálico de aponundo
e
para dentro."
ª"
Região de ruptura
•
(3.7)
121
A medida que a tensão af)licada 1·e• aumenta.. hã um
ponto cm que :J..<; cuf\·as assun1cm unw ru ccnsào drá.qica
no Figura 3.8. f ~ ~ dw. e, principalmente. a um efefto de
avalanche 'Cmelhante no descri to rara o diodo no Capitulo
1. quando a tensão de polarização reversa atinge a região
de ruptura . Como afinn:ido anterionnente. a junção base-coletor é polari7adn re-.ersamentc na região ama. mas
e11iste um ponto onde uma tcns.1o de polarização ~\er.;a
den1a ... iado grande conduziní no efeito de a\'alancbe. O
resuhado é um ele\ ado aumento na corrente para pequenos aumento na ten.."30 b.Jse-coletor A maior tensão de
base para coletor adm1~ 1\el é denommada 81' ,. como
mo,trado na Figura 3 , . Tambcm é chamada de r »lClk>conforme indicado nas c:araciemucas da f 1gura 3.23 a ser
d1sc:utJda mai~ adiante. l\otc. ém cada uma~ notac;ões..
u utJ!l.l.3ç3o da lctr3 ma1uscula O para uemonstr.lr que o
ramo cm1,wr e.tá no ~1.Jdo ntxno (oào CODL"Ct.ado). É
1mport.intc lembrar. quando .,e toma not.:1 ~"S......e ponto de
dado~ que tal limitação scf\·c apenas para a c-0nfiguração
ba-.e-c<1mum. \ 'cremo). na configuração cmi ·sor-comam
que c.!'\..C limite de tensão é um pouco menor.
~
122
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
3.5 CONFIGURAÇÃO
EMISSOR-COMUM
•.\configuração u11h;.n<la com maior frequência para
o tr.m...i,toT é mo... trada na Figura 3 . 12 par:i tr.m.'istore-.
pnp e nrn. Denomina-se confi.sruraçào emi ..~or-comum
porque o emi...sor é comum em relação ao tenninais
de entrada e -.a ida ( neo;<;e caso. comum ao temu03i" de
coletor e base). Ko\ a mente, doio; conjun1oo; de curvas
carncteristicas s.'io necessários para d~\er totalmente
o comportamento da contigurnção emi~r<emum. um
para o circuito Je t•111rcula. ou bd\('-t:1n1~.lur. e um paro
o circuito de 'llitfa. ou c·oleror-<•111it;.~t1r. Ambo ~o mos-
trados na Figura 3. 13.
As com:nte:. de enlissor, coletor e base são mosuadas
coin !>eU sentido con' enc1onal. Apesar de a config,.ua~'âo
para o uan:.li.tor ter 1nudado. éb relaçtk~ de corrente desen\ Ol\ idas anterionncnte pa1a a configuração base-<omum
ain<L1 são aplici\ ei:. b.tu é, I e - I + I e I = ale·
Para 4 coofi~uruçào co11~-.or-comum. as camcteris.ticas de \J1<U ..Jo rt.')ln...,entadas pelo gráfico d3 colTCDlc
de ~da(/" ) ' 'C'r.fus a tensão de S4ltda ( l "a) para WJl3 fmu
de \1llore-. de corrente de entrada (/1 ). A-. caraclcri.-,rica...
de entrada ~o rcpn?".Cntada' pelo !,,'T'áfico de conente de
entrada 11. 1,er.u' a tensão de cntrac.b ( l'a>J'3r3 uma faiu
de \'3Joreç de tensão de -.aída ( J·, ).
Ob~n e que. n .ric; curvas caractenqicas mostradas
na Figura 3. 13. o 'alor de 111 está em microampêres.
comparado ao:. miliamperes de lc. Con..1dc:re l3mbcrn que
.
as cun a<: de I não ..ão tão horizontais quanto ns ob1id."ls
para l l na configuração ba..,c-comum, o que indica que
a ten!>àO coletor<mi:>sor inlluencia o 'alor da co~te
de colet(lr.
A região aU\ll p.ara a configuração cmt!>sor-comwn
é a porção do qU;>dmnte .;upenor direito que tem maior
linearidade. íc;to é. a região cm que as cuf\·as de 1,, são praticamente reta:. e estão igualmente e paçuda.s. '\a figura
3. 1J(a). essa região esú à direita da hnha vertical tracejada
cm Vt, . e acima d.t cun11~ra111 igual a zero. A região
ã esquerda de l'cL.. é chamada de região de saturação
1\ 'a região afl\ll dt~ um ar11pl!fit·c1dnr Pmi.«or-cormun,
a }11n~ào ha"l!·colclor é polt1ri=ada rei•ersu111C'ntc, enq11a11/a u1unçiio ha.\t.'-<!tnissar é pvlari:t1tla Jirc.·tw11e111e.
as mesma~ condições
existeot~ na ~ião au' M Ja configuração base-comum. A
regíiio ativa da configuração emi,wr-co1num pode c;er urihLada para .tmplificaçào de tensão. corrente ou polC:"Jléia.
A região de cone da configuração en1i - or-comum
não é tão bem definida quanto a configuração b:ise-comum. Obsen e. nas caracterisuca:. de coletor da figura
3. 13. que 1, não é igual a zero quando 18 equi,ale a zero.
Para a configuração base-comum. lJuando a com:ntc de
encra<ti /,era •!!Wll a zero. a corrente de coletor equi'-alia
apenas ã co11en1e de ~rura.çào reverc;a J,,>- de modo que
a cuf\·a /, = O e o ei'o Ja,, ten!>ões eram pra11camatte
o me:.mo .
Lcmbramo.. que
lc
fc
e
1,
~~,-=-
,,
-
+
- ' cc
-
~
1,
B
p
.. '•
IJ
VaH -
+
/j
1,
•
•
e
•8
+
e...~.. '\ào
..
-Vcc
-+
n
p
t
E
lc
lc
e
8
•
e
. '•
E.
(•)
figura 3.12
tb •
Notação e simbolo1. uulv.Mos m configurnç-:io emiMor-co1nu1n. (a) Oôllbbtor np11: (b) tr.i.ns1s1or p11p.
Ca~ 3
123
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
fc· (mA1
T
T
•
90µA
~:.....;--' !ili) ,. "
_ _, 70µA
1
----+- .. --+--
•
••
60 µ.\
(Regi.jo
de Cll•• .içilo)
l
-'-- -
1
la;:. 1 \
i a = 10 , •
.SOuA
5'
\ (i:= 20V
3
2
1
~::::l========t:::r::r:r:::r::~ 'ºµÀ
_
_ . . ;_
1
_ . ; . _ . . . . . , . . , _ ._ _ _.,...
1 -
'i
10
l
la:o ~
15
~
J"
=oµ ..\
10
O
20 Vc-r 1\ 1
'
1
0.1
0.4
0.6
0.8
1ll
\&,; ,,.,
IRegíâo de oonc)
t:J ,QIO
(b)
Figura 3 13
Cun<as cantctcrisricas de mn aansistor de silício na configuração cmissor-comwn: (a) curva característica do
coletor: (b) curva camctcrisaca da btie.
A razão paro essa djferença nas caraccerislicas de
coletor pode er justificada pela manipulação apropriada
Para refoincia futura. a corrente de coletor definida pela condição I - O11.1\. terá a notação indicada pela
das equações 3.3 e 3.6. Isto é.
seguinte equação:
Lqu.ação 3.6: lc
= a /F + l eso
lc1-..o
A substiruição reswta em
leso
= 1-
a
f,,=0 11A
(3.9)
1'a fi!!Ufll 3. l4. as condições que envof,etn es.sa
corrente recém-definida são demonstradas com seu sentido
de referência a:.sinalado.
(qu:içào 3.3: lc = cl{lc + Is) • TCBO
A reorganização resulta em
Paro uma amplificação lint•ar (di'ítOrfào mmíma).
fc:;;::
lcoo
u/8
1 - l!
T
--
1 - l!
(3.8)
Se considerann.os o caso discutido anteriormente. no
qual 1. - OA. e substituumos um \alor tip1co de a como
0.996. a corrente de coletor rc:.ultante será a :.eguinte:
lc =
a(OA)
1
a
+
l cBo
- 0,004
o rPgião di: corte para a configuração cmi~{or-comum
e dt;.finúia por Ir = la~
Em ou~ pala\ras. a região abaixo de 1. - OµA
deve ser C\ i1ada.. caso seja necessário un1 sinal de saída
não disrorcido.
lcBO
1 - 0.996
250/a o
Se luo fosse 1 /.tA, a conente de coletor resultante
com 11 = O/\ seria 250( 1µA) = 0,.,5 m·\ , como se refl ete
na CUl'\'a característica da Figura 3.13.
.-----<> ('
Bo
•
'• =0
figura 3 .14
Condições do c ircuito relaci~ a /cw-
124
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
QuanJo empregado como cha\ e em um circuito
lô~ico de computador. o trnnsistor terá dois pontos de
operação de inh:r~:.e - um na região de cone e outro na
região de saturação. A condição de cone idealmente
de\eria ...er I - O mA paro a ten~o J escolhida.\ LSto
que o' ator Je lc n geralmente e bai-..o pdtll di:.l>Q.:.ÍtJ\.O:o
de !>Ílic10. ha' .:ra c:urte puru fl11ulidadc de chm·eamento
quandu 1. = IJ .IL-4 utt /< - / <.to apenas part.J tran.sistores de
si/ic10. ,\las. c:m 1ran.\istoro.~ de gf!rmânio. o corte para
o cha•·camento rerJ de_fi111clo conforme 05 condições
e.xiçten/"5 quando /t = 1, li<» Fssa condição geralmente
\.'. obtida cm lran~1~torci. de gcmuin10 ªº' ertendo-sc a
Solução:
a) Na 1ntc~'ÇOO de J, • 30JL-I e i ~ = 1O\~ I = 3.4 m,\.
b) Ltihnmdo a figura J . 13(b). obtemos 1, = 20 ,1\ na
inter<;eÇ".io de J ~ = 0.7 V e J"c ~ = 15 V (entre i·cr =
1OV e ~O V). D:i Figura 3. 1l(a1. concluímos que J 2.S m .\ na inter.;eçào de 1.-= 2011A para J'cr. = 15 \ '
Beta (P'
Modo CC 1\o modo CC. o:-. valores de 1, e 11 ::.ào relacionado<> por uma quantidade chamada de he1a e definida
pela seguinte equação:
polarinçào da junção basc-cm1~sor cm algurt" décimo"
de
lc
/Jcc= -IB
\'Oll:..
Lembramo~
que. rara a configuração ba e-comum. a cur\'a característica para a entrada era e-.rimada
pelo equi,11lentc a uma hnhn retn, que resuha\ a em f '11,
- 0.7 \ ' para qualquer valor de I maior do que O mA.
O me"llK' pode o;er feito com a configuração emissor-comum re ultnndo no cqu1\ alente apro~imado da
Figura 3 15 O!> re!>u ltado!> con1pro' am no:.sa conclusão antenor de que. para u1n tran!>l!>tor na região aU\a
ou no estado -1igado". n ten:.ào ba!>e-t>m1s.sor é de 0.7
\ 'es~ C350. a teru.ào é fi\n para qualquer \'alor de
corrente de ba!>e.
EXEMPLO 3.2
a) Utilizando as cur,ns caracten ticai; da Figura 3. 13.
de1c:nnine I paro /" 30 ,uA e 1e e= 1O\ '.
bi Utilizando ru. curva cam~teri)ti1:.is da Figura 3. l3.
det~e I para 11,, - O. 7 V e J, r: - 15 \ .
(3. 10)
onde 1, e 11 são determinados e1n um ponto especifico
de operação da curva carac1eri-.nca. Para os disposiri\'OS
práticos. o 'ator de P \iuia geralmente de 50 a mais de
400. ~cnndo a maioria no meio de:.sa fnixa. Assim como
a. certamente p re\-ela o \1llor relat1\0 de uma corrente em
relação a oulnl. Para um Ji,po~lll\ o com um p de ZOO. a
corrente de coletor é 200 \"CLCS o \alor da corrente de ~Na!> folha!.~ ~pc!(.1ficac.;õe:.. 13..c é geralmerue lido
como h,.,... com h dc:ri\-ado Je um cll'Cu1to eqw,aJentc C..\
hibndo. que ..crá llptt"St."ntado no Capitulo 5. A!> letra:. FE
dcnvam. n:~pcctÍ\':lmCDle. da amphlicaçào de corn-ntc
direta (/ornard) e d3 configumção emissor-comum.
Modo CA Para a ao3Ji..c ( ' A. um beta CA é definido da
seguinte maneira:
(3.11)
tO)
90
10
HJ
3'(}
-IO-
JO
!O
10
11.2 11.J Oh 1 OJt
1
(17 \
F'çura 3.15
Equ1\:1lc11te linear por panes pana C'UJ\a
caraa:teristica Jo diodo do f-1guru 3 13(b).
A deliignação formal paro p, .\ é faror de ar11plift.ea('tio de curf't'11Te di~ta c111 cr11i~'ur;:on111n1. \'isto que a
corrente de coletor é geralmente a corrente de saída para
a configuração emissor-comum e a corrente de ~ é a
corrente de entrnda.. o termo an1pli/ic:arüo e mclwdo na
no1nencla1urn anterior.
A l:.quai,:ào 3. 11 tcrn formato semelhante ao da cqu.r
çào para Oc, da ~-ção 3.-1. O proccduncnto para obtcr a, ,
na cun a car.ll."lLTL'1Ka não foi dL>sL"nlo por caw.a d3 dificuJdadc de medir variaçi>L~ de I e e I ~ na cun a car.ictcru.tica.
Musa Fquaçào 3.11 pode "4.'T dL-scrita com certa clareza e.
nll verdade. o tL~-ultado pode ser utih7.ado para dctcnnitwOc ,. utilir.indo--.e uma equação a ..er apresentada cm btne.
Na" folha'> de dado.;. em geral //t A é chamado de /J
Observe que a única diferença entre a notação utilizada
para o beta CC. ~,,._"Cificrunente p,,. 1111 • é o tipo de letra
pllm cada quanndade sub,crita.
TraruótO<es bipolares de junç3o
Capitulo 3
A aplicação da Equação 3.11 é mais bem descrita
por meto de wn exe1nplo oUJDêrico. utili~ndo-se as cur\"35 carnctcristicas mostradas na Figwa 3. l 3(a) e repetidas
na Figura 3 1(l Detenn1narem()) p°' para uma região da
curva carJcten'>Lrca definida por um ponto de operação J6
7,5 V, como indicado na Figura 3.16. t\
= 2511,\ e 1'c
reqrição de Vc constante exige que seja desenhada uma
linha \c.-rtical atrJ\é5 do ponto de operação cm J'cr= 7.5 V.
Em qualquer ponto dessa hnha 'crt1al. a tensão i · l é 7,5
V. unl3 constante. A variação em/,.(M.>.como mosll'ado
na Equação 3.11. é defio1da então pela ~olha de Jot'>
ponto'>. um de cada lado do panto Q. ~endendo-se pelo
eixo \'enical co1n distâncias aproxi.rood3meote iguais en1
caJa lado dc."-5C ponto. Para Í!.'>O. ru. cur. ru. 1. = 2011A e 30
11.\ atendem à c:<igência 'icm se disl3Jlciar muito do ponto
Q Elas estabelecc1n também \;dores para I fuciln1en1e
delini\e1s. sendo desnecessana a Ulteipolaçào do vnJor
de la entre a.s curvas. Dc\'cmo., mmc1onar que a melhor
determinação geraln1ente é feita mant~se o menor t:JH
J>O:.'>t\el r-.as duas anterseçõo entre 1.eo filo \erucal. os
do1, \alo~ de 1, podem "crdcrenninados desenhando-o;c
uma linha honzontal -.obre o ci11:0 \cnical e lendo-se os
\3li>res resultant~ de 1. O Po. resultante para a região
pode 'Cí. COWO, determinado
_
PCA-
~lc
_ l c1
- I
H, - 1111
~·a ="1 mA
3.1mA - 2.2mA
- 10 /l A
-
2,7 n1A
1,
flcc=
ln = 1511A ::: 108
Apc<;ar de não serem cxataincntc tguai.<;, os 'lllores
de fJt e '1c cosrum.,m ser bem próximos e intercambiâ' ea!.. l:.lo e. <:J.!>O o \'alor de Pc, ~eja conheàdo. p~
·'e que '>CJa mai ... ou m~"tlos o mesmo de /Ice e ,,~,·crsa.
Tenha em mente que. em um mesn10 lote (de fabricação).
o "aJor de f variarü wn pouco de wn tran:.istoc para outro. :lJ"."31 de os tran'i'torc, possuin.'111 o mesuio código.
A '1lriaçào rode não -.er significati,·a. mas. pana a maioria das apliC3Cões. é !.UJi<.:1ente para \ abdar a afirmação
.•
IJOµA
1
!10 µJ\
l
+
1
?Oµ.\
,,
j
•
------4----1
1,,
"{';
\/,.
lc 1 /i
l----
u
Figura 3 .16
l1..:h!m'l1nação de p
IOµA
E .;a solução rc\ela que. paro uma entrada CA na
base. a cortente de coletor será aproximadamence 100
vezC!'> n1a1or do que a corrente de base.
Se de1enninarmo:. o beta CC no ponto Q. obteremos
1
1
l c,
.l.IB
- 30 _ti A
= 100
p<>T
8
-
125
.. - t·
15
e P , a panir da~ c.:urvu'I curacleri~•i~,., do ~vktor.
25
126
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
anterior Geralmen1e, quanto menor for o 'alor de J,.1 , .,.
mai5 próximos serão os valores dos dois belas Visto que
a 1endência é buscar valores cada 'ez menores para lccva \al.idaçào da afi.rmaçiio é então confinnada.
Se as curvas cnracteristicas li\essem a aparencia
moscradana figura 3.17, o valordeftc, :.eriaomtsmo em
qualquer região delas. Ob:.erve que o mtenalo para 16 é
fixado em 1OµA e o espaçaLneoto vertical entre lb CUI"\ as
é o mesmo cm qualquer ponto das cunas caractcrbricm>.
hto e. ., mA O cálculo do valor de p,,.. no ponto Q mclicado rc~11ltar.i cm:
Na análise a seguir, o subscrito CC' ou CA não c;erli
incluído em fJ para e,;uir o excesso de shnbolos desnecesS<lrios nas eApressões. Para situações cc.p será reconhecido simpl~mente como P<.l e, para análises de CA.
con10 Pc~· Se um 'aJor de P for especificado para uma
conlig.uração em particular do transistor, nonnalmen1e
será utiliado laJllO para Ch cálculos de CC quanto de CA..
E po.:.sl' el estabeleccr uma relação entre Pe a utiliL.artdo-se as rctaç&~ bâ!>ic~ tk:.1.11\ olvidas até agora. Se
p = J,118 , Lt:IIlO" I = f c /l. e se a = lc!IL, temos /E.= l c a..
Aplicando-os cm
(.
lc
a
9mA - 7nlA
~5
-
uA - 35µA
lc
--- lc + -f3
temos
2 mA = 200
IOµA
e. dí1•idindQ ambos os lodos ''ª equação por/,, ten1os
CC no mesmo ponto Q resulta em
~o bela
lc
l
1
- = l + -
Pcc= -Is = 40µA
/J
a
8mA= 200
.
jJ = ufJ +a= (/J + l)f.L
ou
rc' clando que. se as curvas 11vcrcm a ap3J'ência ~trada.
na Figura 3.1-. o \•alor de PLJ e /Ice s~rá o n1esmo cm
qua1quer ponto ela..-. curvas caraclensricas. Ob:.en.-e. em
eçpec1al. que fuo =O 11A.
Embora um conjunlo real de curvas caracteristicas
de um tmll~storjnmais seja exntamCTite igmJl ao da Figuro
3.17. temos un1 conjunto de curvas camcterisricas para
comparação com os resullados obtidos de wn rraçador de
de maneira que:
a=
fl
fl
(3. 12)
+
C(
fi= - -
ou
1-
a
cun-a (a ser descri.lo mais adiante)
li ,_
1 0 1----------------------------------~~
t) ~-------- - ----- - ..
Ponto Q
18
"" -UI 11A
R ~----------------..._--..:.--------------7
~ ---- - ----------·1
1
6 -------------------Tt, --------------------~
1
1
4 ..-------------------"----------------------~
1
J
1
1
1
-11------------------.....------------------------~
1
1
Figura 3.17
1
!
10
I~
' •:O pA t /«tn- OpA )
1
/
CW'\ ns carac1er!.tica., nas QU315P,, é o mes1no en1 qualquer ponto~ Pc, = Pc'C·
•
(3. 13)
Ca~ 3
3. l8(a). e precisamos aplicar a polariz.nção correra para
colocar o disposiú\.o na região ativa.
O primem> passo é indicar o sentido df' lc coofo11ne a
seta do sunbolo do transístor, co1no na Figura 3.18(b). Em
seg.uida. ouuas coc1'Cllt~ são inseridas como mostra&>. tendo-se em mente a Lei d:b Correntes de Kirchhoff: /l - / = lc.
Isto é. lc ê a soma~ lc e 18 e amb~ devem entrar na ouutura do transh.1or. Por fim. as fontes são int:rodtuidru. corn
polnndadcs que estão de acordo com o~ scnbdos de I e / <.
como ~tra a Figura 3. l R{c), compleJando a illL..traçào.
A mesma abordagem pode ser usada para os lmn."istores
pnp. Se o trarm<áOr da Figur.i 3. 18 fosse um pnp. todas as
com:ntese polaridades da Figura 3. l8(c) serimn invertidas..
fcBO
= }-
Cl
mas. utilizando a equivalência de
l
--=P+t
1-
(l
deri\1!da da expressão 3Jltenor. chegamos a
lcEo
ou
= <{J + l l/cso
l lcEO
~ fJ/CBO 1
127
n1os que temos um crans~1or np11. tal como o da figura
Além disso. lembre-se de que
f cEO
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
(3. l4)
Região de ruotura
Tal como no caso da configumçào base-comum.
existe uma tensào emissor-c-0lctor máxima que pode ser
aplicada e aincb permanecer na região ativa estn.·el de operaçiio. 1'a Figura 3.19. as curvas caracteristicas da Figura
como andicado na f igura J . 13(a). Beu é um pardllletro
cspec1aln1cnte importante. po1:. ofotte wna relação direta
cnttt OÍ\.CU. de corrente dos circwtlh ck entrada e salda
pam wna conJiguraçào cmLo;sor-commn. Isto é~
[ 1c =
/11~
3.8 foram estendidas para dern onstTar o impacto sobre as
características em nÍ\eis elevados de ~ J. Em ni,cis altos
de conente de base, as correntes quase ascendem \etriC41ln1ente. enquanto em nheis mais baixos desenvot,·e-se wna
região que parece apoiar-se sobre si inesma ~ região
é j)311iculannen1e digna de nota porque um aumenlo na
correrue estã resultando em un1a queda na tensão - algo
totalmente diferente do que ocorre com qualquer elemento
resisti' o no qual um aumento na corrente resulta em um
awnento na difttença de potencia! atra\c!-!. do ~tstor.
Coru.1dér3-sc que regiões dessa natureLa tem uma caractt."Thuca de resist~ncia ne.gativa. Embora o contttlo de
uma resi,:;tência n.:galÍ\'3 possa parecer c.~tranbo. este li\ro
apresentará dtspos1tivo:o e sistemas que de?JX"lldcm ~
tipo de camctcristica para executar a tarefa desejada
(3. 15)
/ E= l c - Is
= Pls +Is
temos
1 1,
= (j3 + 1)18 1
(3. 16)
Ambas as equações anteriore.. lim um papel imporl3IllC na arullii>c feita no Capi1Ulo 4.
Polarização
A polarilação adequada de um amplificador em
ernê.sor-comum pode ser dctcnn103da de manct.m semclh:mte à usada para a configuraçào ba!.c-comum. Suponha-
lc
1
>
?
+
-=-'
•
.,
-
•
(~)
Figura 3.18
(b)
{e)
Detenninação dn polariznção nproprinda para um IDllSist.or npn em configuração ellussor-co1num
128
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de dtcli!M
/e
tmt\)
7
6
:\
-
60 µA
_
j()µ..\
40µA
--....
30µA
'
3
1
.,•
:!OµA
j
j
IOµA
•11
1
-!
1
1
' • : OµA
u
Figura 3.19
O 'aJor
~\lll'llC: do
5
10
15
Rcr;ilu ck
~btên..:ÍJ
ocg:11i,.. - R
1
1
1
10
B\'cro
25
i ·cF.
rci;ilo de ruptura de um inn..i ,ror n3 contiguraçà\1 cmi-....11-comum.
recomendado para um transisLor
:.Oh coru:li~ões nonna~ de operação é denominado B J'aocomo~ n.1 l agura 3.19. ou l ,.,. - ~na f-iguro 323.
Ê menor que 81'00 e, na realidade, frL-qunitcmcntc eh~
tem a lll\:tadc do \ alor de 8 vl ti()" NC:-.."1 reg1ào de ruptura..
c.~tcm dWb r.1.1õe~ para :.i rnudança dr:i.-.uc:i nas Cl.Ir\as.
Uma dela.., é a rupturu por 11\alanch~. mencionada pard
m.i.'1mo
a configuração base-comum, cTiqunnto a outra. chamada
perl'uraçio (punch-through), de,•e-c;e no Efeito Early, n
<;er nbonbdo no Capitulo 5. No tot;il, o efeito de avalanche
é dominante porque qunlqucr aun1cnto da corrente de base
decorrente 005 fenõmenos de n1pturn aumentarã a corrente
de coletor resultante por um fator beta E$'4! aumento na
corrente de colccor contribuira. por sua' ez. p:!1U o proce:.so de ionização (geração de portadores livres) durante a
ruptura. o que cau~r:i urn aurnento adicioll3l na corrente
de base e ni' eb ainda nlais eh.~' odo:. de corrente de coletor.
Uma configura ão coletor-comum ~ mostrada na
Figura 3.21 com o J'C"i,tor de carga conccrado do emissor para o terra. Ob.;cne que o coletor e· tâ aterrado.
apc!>ar de o tran!>i-.tor encontrar-se conectado de uma
forma que se a..."--in.:lha a configuração cmrs"Or-comum.
Do ponto de '1-.ta de projeto não há necessidade de
u1n conjunto de cur\'as cM:lcteristrcas da configuração
coletor-comum para :i c..colhn dos paràmctros do ctTCUÍto
da Figura 3 ..21 Pode-se proje1á-lo utilizando-se as curvas caracteri!>trCa:. da configuração en1issor-comum da
Seção 3.5. 'IJa prálica. a..-. cur\·as carJctcrística5. de saida
para a confi~raçio coletor-comum são iguais 3:. cunas
cnrac1cri!>UClb da configuração enussor-comum. Para a
configuração coletor-comum, a.-. curvas camcteristicas
de saída são um !!rifico de 1,, \t'r~"' ~·, f paro unm faiu
de 'illore!> de! 111• A corrente de enLrada. portanLo. é a
mesma par:s ~ cun:t' c.rracteri,ticru; de coletor-comum
e emissor-comum. O e
horizontal de tensão p:ira a
configuração coletor-comum ~ obudo sunplesmente
1nvcrteTido o ..inal c:b tcn'\ào colctor-cm1-.sor da., cun11S
caracteriq1cas da configuração emi;;sor-comum Por fun..
há uma diferença ~util na CS4."al3 \êrtical de lc para b curvas da confii:,'llraçào cmi,-.or-comun1. se /t é c;ub uruido
por l t para as cur\'ll~ caracteristicas de coletor-comum
(jã que a .:: 1). Para o circuito Je entrada da configuração
colcl()r-comum. ª' cun·a., caractcri~Licas de l>a.<;e da configuração cmi!;,or-comum 'ião suficientes para obtermos
'º
3.6 CONFIGURAÇAO
COLETOR-COMUM
,\ tcn:eira e último configuração de tr.tn«i<>tor é a
roft•ror-comum. mo~da na Figura 3..!0 com as OOClçôes
adequad~ ... de tensão e corrente. A configuração coletOT-comum é utilirodJ principnlrnente pam o ~IO de
impedâncias. pois possui alto 'alor de impedância de entrada e bai'o \"alor de impedância de sa1da. isto é. o oposto
daquela encontrnd.t paro a<i configumções de base-<0mun1
e de emi..:>sor-a>mum.
as
i11fom1aç~ n~~as.
Ca~ 3
'"i
..
n
B
,,--
+
--
"
+_..__
B
-
r
~\ILI
+
n
-
1 BR ..=_
e ~lc
+
n
la
-=.. l 'tt:
1
p
Bf! -
clf
1c
--
-
~
....1,
8
figura 3.20
Jf
..'•
B
'•
"
E
"
e
e
Ili)
(b)
Notaçiio e i.imbolo:. u~ parn a configuração co1ctor-<Oll1UIJJ: (a) 1ran:-;i.1or pnp; (b) 1ranshtor rrpn.
e
E
Figura 3.L -
129
ILt J::
E
p
Is
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
ao como 20 V. A Linha verttcal no gnifico
de 50 m..\, c B 1
caractcristicru. d.:finida co1no J·,c. especifica
o valor mírumo de J'c.r que pode ser aplicado :.cm que o
trans~'loT mia na região não linear chrunada de reg1ão de
saturação. O \-alor da VcE.., é normalmente de cerca de 0.3
V. especifico para esse transístor.
O ,-aJor mã..~imo de dissipaçiio de potencia é detern1inado pela equação:
~
CUJ"\ as
1 Pc~.
Conliguraçiio oole'l.Or-comum utilizntlo para
- VcFi]
(3.J 7)
casa.nk..'1\tO de in1peddncias.
3.7 LIMITES DE OPERAÇÃO
Para cada transistor. existe uma região de operoç{io
nas curvas caracteriscicas que gnranre que os lirrutes para
o t.rons1s1or não serão eAcedidos i: que o sinal de i>aida Lerá
um minllllo de distorção. bisa regulo foi dcfinld:l para as
CW'\as roracteristicas de um uaru.1storrnMradas na 1-'igura
3 11_ Todoi. os limites de operação são d.:t~"nnmados corn
base cm umà fo lha de dados padrão. <k.~l!t na Seção 3.8.
Alguns dos limites de opcmçào são autoc'<])ILcativos,
como a corrente máxima de coletor (llOmlalmcntc chamada., na!) folhas de dados, de corrente de coletor contilu1a)
e a teno;ão máxima coletor-emissor (frequentemente abreviada con10 B l',1:0 ou 1~1t•1t 1:0 na fofhn de dados). Para o
transistorda Figura 3.22, lc,..., foi especificndo como sendo
Para o di-;positivo da Figura 3.22. a dissipação de
pot:incia de coletor é de 300 mW. J\ questão que surge é
como traç:rr a curva de dissipação de potência de coletor
especificada pelo fato de que
ou
Pc_ = J'ccl c= 300 m\V
i'c1 lc = 300 m\V
Em lc-,. Em qualquer ponto cla.s cun·a.c; caracteristicas. o
produto de 1·ú por lc deve ser igual a 300 m\V. Se escolhennos o \ator má'<imo de 50 1111\ pora /< e o aplicarmos
à relação anterior. obteremos
= 300m\V
VcE(50 mA) = 300 mW
VcElc
300 mW
VcE
= 50 nlA = 6 , ,
130
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
1,-lmAl
. 50
;o~ ~
1
r
til}jiA I. /
1 ------- \
---
'
\
/"
40
~ 11A
\.
"
.r
Região de
•õllU r:l\,'l'O
~
..
'
30
~
40µ ·\
' ...
/
'
1
20
.
'
f't
""'"
: \
...
{L
l c= J(IO ~
"-...
.11.lµA
~
' ,_
./
::!OpA
---- ... _
IOpA
10
1
1
oJ'
s
3\
/
R~
10
t
f
la=Op.'\
10
IS
l 'ct
dec:one
Figura 3.22
Oelirução da rcgtão linear (sc:m dístorção) de opcF.u;ão do transístor.
Em Va . Como resultado. descobrimos que. <;e 1, = 50
mA. então J'< = 6 V na curva de dissipação de potência,
como indicado nn Figuro 3.22. Se ngorn escolhenno:. o
valor má.'timo de 20 V paru v<I· o valor de 1, serã
(20 V) lc
= 300 n1W
lc =
3001nW
20V
- lS mA
definindo-se um segundo ponto na cur\'a de potência.
Em lc = l~- Se agora escolhermos um' alor inrennediãrio de J<. como 25 mA, e calcularmos o \alor re:.--ultanle
de l 'a . obteremos
A região de corte~ definida con10 aquela abaL'\O de
lc = lcco- Essa l'C{!tão também deve ser evitada para que o
~nal de saída tenha o mínimo üe rustorção. L:.m algWll:h
folhas de ~ ~t.c"Dlc lct10 é fornecida. Deve-se Ullb·
zar, cnlào, a equação '~To= PICMJ para :.e Ler uma ideia do
nível de corte. seª" ctm·a.-. caractcristica." não csti\crcm
disponíveis. A operação na região ~ultantc da Figura 3.22
gar.mtin:í uma distorção mínima do sinal de saida e valQrel.
de corrente e tensão que não danificarão o dispositivo.
Se as camcteri~cas não estiverem disponi,·eis ou
niio constarem da folha de dados {o que ocorre muitas
vezes). de\ e-se simplesmente assegurar que 1,-. J', e
seu produto J', /< situem-se nos intervalos n1ostrados na
eguinte frux.n:
Jt'ci(15 rnA) = 300 m\\.'
la;o
e
Vcf: =
300 m\\I
25 nlA
= 12 \
,
como também é indicado na Figura 3.ll.
~ormalrnente, u1na estin1ativa aproximada da curva
real pode ser obtid.-1 utilizando-se os três pontos definidos
anterionnente. É claro que. quanto mais pomos ô'ermos.
1mis p.n:cisa será a curva. mas uma es~ri\-a aproMmada
quase sempre é suficiente.
~
Ic
<
lc,. ..
VcF_ s \.'cF. ~ VcF.,n1,
(3.18l
' 'cri e :.ií Pe••••
Para as curyas caracteristicas da configuração base·co1nun1. a curY'3 de potência máxima é detenninadn pelo
seguinte produto dos p;irãmetros de saída;
1 P<._
= l'cBl c j
(3.19)
Ca~ J
referência a essa folha de dados para examinar a maneira
como o panimetro é apresentado.
A informação fornecida na Figura 3.23 e dad-1 pela
fain:bild Senuconductor Corporalioo. O 21\41 23 é um
l1'3nsi!>IOr npn de uso g~ com a idenúficação do encapsulamento e do~ remnruus aparecendo no canto supen or
direito da f igura 3.23(a). A maior parte das folhas de d:vfos
\ 'c-.IO que a folha de dad~ representa o cio de co-
muo1caçào entre o fabricunlc e o usn:írio, é muito importmtc que as informações fornecidas ...eJam rec.onhecidas
e corretamente comrreendidas. Embora não tenham sido
apresentados todos os parâmetros. um número ra7oável
deles se tomara fanliliar. Os parâmetros resmntes serão
~- ··I)
Carrmle
* "llclor
?N~l l.l
lJaid••
:m
"·.
"
"
\.,,...
T....... e14••<ml-•
1 T~ rulelur b•""
T.....,....,,,,.,.b;ue
,.,.,
,,.,
-u•
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SJI
Ir
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Dts: e ~kúlil>di...
1
T,,.:!S~
~'"""""de lS ("
hu.I Lk ~utpcrllllir• J.. j.nt\;àl
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Figura 3.2:!
Folha de dados ck um IJ':lDSlSlOC.
131
introduzidos em o urros capitulos. En1ão. ba, erã uma
3.8 FOLHA DE DADOS DO TRANSISTOR
E.'WECíflC/\ÇÕf-" '\1 \ '<l't .\S
Jh.ptd!"Kioçiie
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
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êdiscriminada em 1·alorl!s nulumos. caroc1eru1ícas tér111i,·as ~ carac1erís1ic.•as elétricru. A':. caractab.úc~ elélricas
são d1\1d1das pos1erionncntc em ~ligado~. -uesltgado" e
de pequenàS sinais. As carnctensttcas no ~do ""ligado"
e ~d~ligado·· n:lcrc m-sc a limite!. CC. e&!) car.ictcrístícas
de pequeno~ sinais incl uem os parâmetro:. importan tes
para a operação CA.
Observe na lista de valores mà.~Jll05 permitidos que
JN-., = i ·,.t:<> = 30 V com lc·- = 200 mA. A dissipação mámna do coletor P, "''' = p n = 625 m, .... o mtoT de redução
de capacidade desig:na que o '-alor má~imo de potência
dis..'iipada deve ser reduzido 5 mW a cada 1 "C de aumento
na temperatura aci1na de 25 º C J\as características no
estado ""desligado", lc11o é definida como sendo de 50 nA.
e, nas caracteristicas no estado -ligado... Vc - 0,3 \'.
O valor de hn: \'aria de 50 a 150 para Í r'"' 2 mA e J',.... = l \ '
e cem um valor mínimo de 25 para um valor de conenté
acima de 50 mA. na m~ma tensão.
O:. limitô de Opéraçiio estão di=fmidos pBra o dispositivo e são n.-pd.Jdo:> a seguir no formato da Equação 3. 1&
utilizando hn:= 150 (limite- sup<..Tior) e ler.o ::./Jlc_,= ( 150)
(50nA) = 1.5 JIA . Certamente, parn muitb aplicaçõe!... o
vnlor 7.5 JU\ = 0,0075 mA pode ser considerado como de
apro~1mada.meme
OA.
Limile!> de tJperação
15 µA < l c < 200 mA
0.3 V
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Vcli
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30 V
YcEl c < 650 01\V
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
134
V. ,r
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--fn
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"Ja-. caracr.ensrica.o; de pequeno-. 'inai,. o valor de
11;. (/Ir") e fornecido juntamente com um grifico que apre-.cnla sua , ·afiação com a corrente de coletor. como na
Fi~ra 'l 23(b). 'la Figura 3.2J(c). é demonstrado o efeito
da temperarura e da corrente de coh:tor no v:dorde h (/J. ( ).
Obseneque. à temperatura an1biente (2.5 CI. hn Cflt.-.. )apre~ta um '"ªlor máximo de 1 cm aproxunadameme mA.
Conforme /<" ultrapassa esse valor. h1 i cai à metade para/
50 mA. Também cai a esse valor se/<diminuir para 0.15
1nA . Lma \CZ que se crata de un1a curva normalcaJJ. se
empregannos um 1tao:.C.tor co1n Pt, - h , - 50 à tempera1uro ambiente. o vnlor máxuno paro 8 mA e 50. Com J,
= 50 mA. oblem-~ utna queua de 0.52 e 11 = (0.52)50 =
16. Em ouu-as pala\ras. a nonnaJiação re\ela que o 01,el
n:3l de hn: cm qualquer valor de lc foi dt\ uhdo pelo 'alor
má.\.imodch,_ a lc.."IJJIX-'I-.ttur.i ambu:nacc fc""" mA. Obscnc
l3mbCm que il ~ala horiz.onUtl da Fi!,"UJ"3 32.J{c) ~ wro
c<.c:lb l~tmica No Capitulo 9. a-. escala.' IO<pritmica.-.
'crio e~3minadal' m:no; detalhad3mente. É interes-<;.ante
\'Oltar aos gráfico<; de.'\ta seção com mais calma como umn
fomui de m i..ão para as primeiro-. seçõe> do Capitulo 9.
VarfaflO de capacltâncla 1\S capaci1iincias e . . e
C d3 Figum 3 2J(d) são os valores de capacilânci3 de
entrada e de sa1da. respecti\ amente. p.1ra o transistor nn
configuração ~-comwn. Seu ni\cl é tal que Sé:\.l unpacto
pode 54!r ignorado. exceto para frequêncib relari\'amente
ele,ada-.. Caso concrário, podem er aproximados por
ctrcuito~ aberto em qualquer análi~ CC ou CA.
Tempos de chaveament o :\ Figura 3.23(c) inclui
O!> parâmetnh importante:. tiue definem 3 rc:.po~1a de um
trdlll>i~tor a uma entrada que alterna do e~1&1o-~hgado..
para o ..ligado- e \llce-\ ersa. Cada panimetro será <hsculldo cm dt.-talbe n.a Seção 4 . 15.
Figuras de ruído venus frequência e l"Mlrtência
de fonte ,.\ figura de ruído é uma medida da PL~
adicional que ê .;ornada ã resposta de s1111l dcstj3'b de um
amplificador:. "\a Figura J.23(1). o v:ilorcm dB da figura
de ruido ê C"tib1do para uma ampla re-.~1a em treqoencia
cm detenninados niveis de resi'1tênc1a de fonte. Os 'atores
mais bai~o' ocor 1em nas frcquênci~ mais elC'\-adas p:ira a
de correntes de coletor e de re.,istência de fonte .
v3rie<bJe
.
A medida que a frequência cai, 11 fi~'llra de ruído aumenw
co1n uma fone sensibilidade à corrente de colaor.
~a Figura 3.23{g). a figura de ruido é uaçada para
\"ário:; \"lllores de resistência de fonte e corrente de coletor.
Para \."ae.b valor de corren1e. quanto nwor a re-.isténcia d:i
foo1e. maior a figura de ruido
Parimetros híbridos As figuras 3.23{bJ. (hl. (i) e (j)
fomn~ os componentes de um n1odelo equi\'alente híbrido para o tran:.1stor. que scrj d1..cutido dt.'1.alhadamente
no Capilulo 5. E:m cada caso. obst.'T\ e que a 'ana1r'iio é
trnçnda e1n funçio da corrente do coletor - un1 nj,el de
definição para o ctn:U.ito eqw\nJente. Para a maioria das
aplicaçl>t.~. o~ parãmeuo~ mai:. in1portantc são hfe e h.r
Quanlo rnaior a corrente do coletor, maior o \ator de li e
rncnor o de h . Como J.l duo. todo:. os parâmetros serão
di~cu11do~ em detalhe~ seç&:s 5.19 a 5.21 .
Antes de tertninarnwh a descnç:lo daJ> CUJ'\'a5 ~­
tcn .. uca:.. lembramos q~ ~ \."lmlb caractensllcru. n:a.c. do
coletor nJo foram d:ltl1~ '\a' cnildc. a m:uona db folha>
de t.Wdo., íorm.-cida por grande pJ.rte dos fabricmh.~ não
ofcn.-cc cun~ ca.ractcn...t.ica.., completa.,. E:-.J>1.-ra-i.c que
º"dado., di~poni\ ci" ~am suficiente' paru que o dispositivo scjt1 ullli7.ado adcquad:imcntc no projeto.
ª"
3.9 TESTE DE TRANSISTO RES
Como oo caso dos diodos. hã lrcs 1nanc1ras de \fflficar um lr3Jlsi:.tor: por ml!lo do trc1<;uJor de <.un w. dtb
metlidon·:. digitais e do ohm1metro.
Traçador f'!r> 't:-vas
O traçador de cun-a:. da Figum 1.4 3 prodUL o grãfico
da Figura 3 2~ quando todos os controles estão corretarncnte ajw.tados. Os quadros nienores à dir\!1ta delennin.im 3) c:.cal~ utihmd•> para ru. curva'> caractcn~lJCTh. A
'iens1bihd.ide 'emcal ede 1 m \ d1v. resultando na escala
exibida no lado e.:.querdo da tela do rnonitor A seru.ibilídade horU.oaw é de l \ ' lli\, n.,"ltulwndo na L"!>(ala m~­
trnda abai"<o das cur\"as carnC1eri,t1ca.. '\ função degr:iu
revela que a.s cur\'as são separada:. por diferença:. de 10
JIA começando em Oµl\ pa.ru .i curva 1nfcnor. O último
fator de escala f(lmecido pode er utili7.ado rara detem11na1 rap1dan1ente o p:irãmetro Pt , e1n qualquer região das
curva~ canu:teru.uc.b. Basta mull1phcar o fator MO!.trado
no painel pelo número de dh.i'iÕe-. entre as cur"as de 11 na
região de intcre--se. Pore'\emplo. dctcnninaremos íJ, em
5 \ f. Ncs:.a rci?lào d.i
um ponto Q para 1 = - m..\ e J
tela. a distância entre as cunas de 111 e 'I>de uma di\isào.
co1no 1nd1cado na Fi~'Ul'a 3..25 Ut1hZI111do o fator esp.:c1ficado, concluun<b que
-
Uuhando a Equação 3.11. temos
fJc,,=
-
tJ.lc
j, /I \ ",.r.-._
1.8 mA
=
lc, - lc,
la: - IR,
- 180
co111provando o obtido antenonncnte.
8.2 mA - 6.4 mA
40 1' A - '3-0 Jl •.\
TraruólO<es bipolares de junç3o
Capitulo 3
--- ......
--
20 111,\
.....
--•.........i......
l81nA
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16 mt\
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'i V
f estadorn de trans1stor
Há uma variedade de te tadores de tr.msiStor disponí, eis. Alguns 'iÍn1plcsmente fazem pane de um medidor
di~tat. como o mo:.trado nn Figura 3.'.?6(a}. capaz de 1nedir
uma \'-ariedade de grandezas elétricas em um circuito.
Outro'. como Ilustro a Figura .3.:?6. dedicam-se a cestar
um nümero lin1itado de elemento:. O medidor da Figuro
3.'.?6(b) pode ~r usado p.irn testar trans&ores.JFET.!> (Capitulo 6) e SCR.!. (Cnp1tulo t •) de.mro e fora do ctreuito.
Em todo:. o:. c3.!>o!>. u alimentação de\ e~ primeiramente
de:.Jig3<b no c1rcu110 em que o elemento aparece para
assegurar que n baccna interna do dbpo:.iu' o de leste rulo
~J.1 d:miticuda e paru fomccc.."T uma lcitura correlll.. Uma
\a con\Xtado o tratl'>t!>lor. a cha\c pode M.'r mo\·1da por
ioda.-. a.-. comb1nnçõc-. po'sÍ\'ct-. ate que :s luz de teste se
a~cnd3 e idcnti tique O!'. terminais do tr:m"i'10r. O testador
um~>m indicará OK se o tran,1 toT npn ou pnp estiver
funcionando corrctnmcntc.
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O µA
Q\ '
10 \
Qualquer medidor com capacidade de testar d1odo
também sei"\ e para 'enficar o e!>cado de um cratbtstor.
e01n o coletor aberto. 3Junção base-emissor de\ e re:.uh.ar
em uma tensão bai>..a de cerca de O.7 \ '. com o terminal
\ennelho tpo,iti\O) conectado à base e o preto (negau,o)
uo Cmt!',Or. Um3 cn,cr..ão dos tennmau dc\e ~uU.arem
um.a indicação de OL p.1nl n:pr L'l.Cntar a Juncào crn pobri1..açjo n:' ~ D.i m1.."Sma forma, com o cm1"'1' abato.
os c-.tadlh de pol3n7~çào direta e rcvel'S3 da junção b:l!.c-colctor podem ......... vcnfi1..-ado~.
Ohmímetro
Um ohrnimctro. ou a.'> cscallli. de n:~istt.Ui3 tk um
D\1~t (di!,.'11.3.I nrultimctcr - multimctro dig1td). pode :.cr
utili7.ado p3ra , ·criticar o estado de um trans1stor. Lcmbr:unos que. p:1J"3 um transi,tor na região atÍ\'1. a .JUf1çàO
ba-.c-emÍ<i.'><lT~tlÍ polariTada dirctruncnte e a junção ba.ie-colctor, polarimda re\'crsa1ncnte. Portanto. a junção po-
136
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
Bau,o R
(J)
Figura 3.27 \ 'crificaçào da junção basc·cmí~
dirct3mcntc poluiuda de um trarui-;tor 11p11.
AlloR
y;
id
1
n
JFEI
')("R
+
-
-
...
E.
th)
Figura 3.28
\'mfacac;ão d.l Jun1,-ão ba..e-1..olctor
rc\ cri.an1ente polMizada de um tr3n..,i,tor 11p11.
Figura 3.26
Testadores de tran~1~1or (a) medidor
dil!1tal: (b) t~t3dor especifico. (Conc:.i:i de 8-k.. Preci:.ion
Corporauon.)
3.1O ENCAPSULAMENTO DO
TRANSISTOR E IDENTIFICAÇAO
DOS TERMINAIS
l3.ri7ada diretamente deve rcgistrnr um valor de ~ia
lll31' ou me~ b1i~o e a junção polarizada l'C'\ersamenle.
um \-alor muito mais alio de rest~tencia Para wn U"aDSistor npn. a junç.lo polarizada clm!ta.mente (polaru.ad3 pela
fonte interna do ohm1mclr0) da b~ p.va o c:tnb...or di!\C
<;ertc-.l:kiJ, como m<lê'traa Figura 1.17, ~ltandoem uma
leitura que gerahnente está no fai~a entre 100 n e alguns
quiloohms AJUDçiio base-coletor polariz.1da re\ersamente
(no\amcnle. polan..zada reven.amente pel:t fonte mtttna do
ohm1II'k."UU) de' e ser "cn ficado como mo t.ra 3 Figura 3.28.
com wna leitura maior do que 100 i l l Para um transl'itOr
pnp. O!> tenninai.s <k.CY\·em ser in,eni~ para cada junção.
Ob'iamente. uma resistência pequena ou grande em amb:b
a:. direçõo (in,enen~sc O!> tenn1ruu~) para cada junção de
wn t.ran'l!.tor- npn oupnp 1od1ca um J.1,po..iti'o defcill.WhO.
Se ambas as Junçõ.:s do trJn<,1<;tor rcsult:im em leitura" adequa<bs. o ripo do trans1 ..tor também pode er
determinado o~ervando-se o polaridade do~ rransistore:.
ao -.e reali.z.ar uma medida na junção b.lse~r. Se o
tcnninaJ po tti\O (+) for conectado 3 lxhe e o tCl1lllJ131
ne1!ali\o (- t ao l."ITIL,.sor. n leitura de um3 b3lU resi... tência
indicará um tran"1stor npn e n leitura de uma alta ~sténcia. um transi:.tor p11p. Embora um ohmímetro também
po'58 ser utilizado para detenn1nar º" terminais de um
t.raJbi:.tor (b:l!>e. coletor e e1n1s~or). i.:.!>O pode ~a feito
-.implc--'l111..'fllc obst."TVando~..,c a orientação do:> tcrmma1s
Apó:. o ttan5istor ter .:.ido fabricado utilizando-:.e
u1na da!> tecn1cas descritaS no Apéndice A. são adicionados
co1numente terminais de ouro. alwnín10 ou niquei e toda
a C!>trutura é en~ulada em um Ín\'ólucro. como o que
é 1no!>trudo na f 1gura 3.29. O.. tran!ti.,tores de construção
m31s robust.i ~o dispositt\O.:. <le all!l potência. ~uanro
os que pol>.!>ucm um JX.'qU~ l.'tlcapsulamcnto mct.ilioo (na
forma de chapéu) ou e:stnuurn de plástico são di:.~ÍU\OS
de baixa ou média potência.
Sempre que p<K'1\el. o cnca(l"ulamcnto do t;raru;ist«
dc,crá ter alguma m:m:.açào par.1 1ndic-..ir o.. termi~ que
estão cQncet:ldos 6'C> emiç.;or, coletor ou ba.'>e do lnill"'stol'.
Alguns do'.'. ml!todos maí utili7ados C\tào 1ndic:id0" na
Figuro 110.
A es1rurura interna de um encapsulan1en10 T0-92 da
linho Fairch1ld é mostrada na Figura 3 3 1. Note o tamanho
ben1 pequeno do dispo-;imo semicondutor real. l lâ fios de
conexão de ouro. uma armação de cob1 e e um enca1>5ula1ncnto de m:iterial epó~
Quatro (quad) U"aJlSbLor~ de silic10 p11p indi' iduai..
poden1 ~ aconJ10ooado:. em um encapsula1nento plá:.tico
de l i.I ptnos em linha dupla (01 P - Duàl ln-hnc: Package).
con10 1nd1ca a f 11?ura 332(a). As concxõe:. mtcrnas t1'h
pinos ~ào m~Lrad.a!. oa l-1gun1 3.32(b). Co1no no c:ncap~ulan1cnto CI do diodo. a dcp~~ào superior na ~upt."liicu.·
no cnc3psulamento.
dctcnnina
-
-
º" pmO!. de numcros 1 e 14.
Ca~J
(cl
(l\)
(ti)
Figura 3.29
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
Vários 11pos de transismr: Cal b:uxa potência: (b) média potência: (c) media para alta potência.
Ponto
bruneo
EBC
e
B
E
Figura 3.30
8
EB
Identificação dos u:nninais do 11'311Ststor.
l11jeç5o :1,ial
de compo:.ta molWw.lo
lb)
(li)
Figura 3 .31
(C)
Esrruturn Uliema de um 1mns1smr Faircbi ld cm um encaps:ulamento T0-92_
!Vi~u
-11p.!rior1
e
B
e
1.;
1)
l~
NC
11
1
l
2
)
4
s
6
7
e
B
F
:se
E
B
e
l\:C - Sem
Figura 3.32
Tra n~ii.tor pnp qU3d de sdicl() do
li
~
-1
131
e
COOCA::io Ultcru
tb)
upo Q2T2905, da Te><ai. l ru.IJ\UJlenl,. (3) a.,pecto; (b) cone:.;õe;; dol. pinos.
137
138
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
con1inuar a ..er o material líder de fnbncnçào. hã urr:i
farniha de <>emícondu1ores chamados de scmiroodutorcs
conipostos til \ '(o ais e o cinco referindo-se ao número
de elétron~ de' alencia em cada cle1ncnto) que estão fazendo iniporta.ntes a\o.nços no desenvol' inlcnto futuro. L'm.
cn1 pan1cular. é de arseoeto de indio e gálio. ou loGa.\s.
que 1e1n cnrac1en.!>U~ de tram.porte n1elhonu.I~. Olllnh
mcluem Ga.AL\s. ,UGa..' e Alln1' . que estào ~ dc!>CO\ oh. 1doi. p.lJ'8 fin:. & maior' eloc1tladc. confwbilidadc
3.11 DESENVOLV IMENTO
DO TRANSISTOR
( "onforme mcncionudo na Seção 1. 1. a 1.:1 ~ \1uorc
prc\.! que a quan tidade de tran-.1:-torc-. cm um c1rcu1to
integrado dobrara a cada doas ano\. \ pre-.enl:ldo pela
primeira'ª cm um artigo e"crito por Gordon F.. \1oore
em 1965. a Jlre'·i~o te\e um nivel de prcci-.ão impre~sio­
nan1e. Um grãfico da contagem do 1ronc;is1or em relação
ao anos. que aparece na Figura 3.33. é quase linear ao
longo do tempo. O incrí,el número de 2 bilhões de trao'''ºres em um unico CTfC UllO integrado. UTi)ÍDlJldO linhas
de 45 nm. \-ai muito alétn da co1npreen-.ão. \;ma linha
de 1 pole!!?ada contém ma is de 564 n1íl hnha:. de -t5 nm
usadas 113 conscrução de CJs ho1e cm dia Tente craçar 100
1inha!. em l pol~ de largura com unl lá.pi!> - é quase
impo~~Í\êl A!> d1n1eru.õt::. relati\ 11!> de trocar linhas de 45
run em l polc:gada de largura ~!>emelh.anMe a dcsathar
um.l linha com largura de 1 polegada t.'tD uma ~Irada a
e c:.tabíhdadc. além de ter umanbo n.'tlULido e tccruc:b de
làbncaçiio melhoradas.
Atualmente, o proc~or l ntcl ' CoreN i7 Qwld
C ore tem rruiío; de -30 milhõ..-.. de trjn 'iÍ'-IOrcs com uma
velocidndc do c-loctde 3.33 Gll7. cm uma pastilha ligei-
ramente maior do que 1.6- quadrada. Rccent~ desemotvimentoc; da Intel incluem o proces.,ndor Tulro-ila. que
abrigara mais de :? bilhõe.5 de trnn,1,torc' Curiosamente.
a Intel conrinua a utilizar <>ilício em suac; pe quisas de
transístores que serão 3~. menores e 25°0 mai" rápidos
do que o mais 'elozes atualmente, u-.ando tecnologia de
20 nm. A IB\ 1. em conjunto conl o Georgin ln:.titwe of
Technology. desen''Oh-eu um tranSblOr de silicto e germânio
capaz de operar a f~ SU!')l.."'t°io~ a 500 Gllz - um
au1ne1110 enorme para os padrõei. atuais.
qua!>C 9 milh:b de cxlcru.ào.• Embora .;e diga que a lei
de l\toon: acabará por !>Ol'rcr diticuldadc.. n:lac1onadJ'> a
dcn,idadc, de-'-Cffip.:nho, confiabthdadc e orçamento, o
con"cn"o da comunidade industrial é que ela ainda SCJU
aphcá\ el por mais uma década ou dua-.. -\pesar de o 'lihcio
t
Co11~ cio tnQSÍS!or
IOJl,)(Xlfl (I
"-'"'
:-.; <'d . . : bilb'o
1.on.1.XIO••~) :-- ----------- -- ----- -- - - -
1
M
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TO&•• I
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-------------------------------
Hll,00(11 KJJ
ICUIOO !M~I 1 .<n1111•~
-- -- - - - - - - - - --- - -- - --
....
100 IJf•)
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"nddi:-IO..i
IUJ~JJ
10 l
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11n::a-opco ~do:
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1 _ _ ___,c.__ _ _,.;_
1 _ _ _......:..._ _ __ _
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1
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::nJJ
JOll'
~
&mia l..,pmmiC11
.,
.\nu
"..,,...., lint.. - - - - -
Figur 3 .33
Contagem de tran!>i!>tore' cm CI ''E'l'SlL> letupo parn o pcriodo de 196() atê o presente,
• f.m ~ u..?llK&• ,,..., -.:nu .:11m11 dcwnhar ""'~ ck 2M iml hnh:t< cm urn~ hnhil úc 1 cm de C0111fi11WC1ilo oa briur.i 11.f••~• d~ 11m1 uuk>atndl de
!_1 Ll9 dó: ""111pim.:CUl.
Ca~ 3
A inovação continua a ser a espinha do~ I desse
campo em constante deseuvol\ imento. com um grupo
sueco apresentw1do um transistor em junção. destinado
principalmente a sin1pliflcar o processo de fabricação. Outro introduziu nanotubos de carbono (uma molécula de
C3lbooo sob a forma de um cilindro oco. oom diâmetro de
cerca de l 50.000 da largura de um fio de cabelo humano)
como um caminho para transíi.cores mae:. nipidos. menores
t m.lli. bamtOJ>. A Hcwleu Packard está dCSéll\ olvt..'ndo um
trnru.1!.Lor Crossbar Latch. que rmpttga uma grade de
condução paralela e fios de sinaJ para criar jtmçõcs que
funcionam como chaves.
Uma pergunta frequentemente fe1tl há muitos unos
ê: para onde esse campo vai daqui para a frente? Obviamente.. com base no que vemos :itua1mente. não parece
ha, er limite para o espirito inovador de pesquisadores
nesse campo, em busca de novos rumos de investigação.
8.
9.
1O.
11.
12.
13.
1
3.12 RESUMO
15.
Co.,,..lusões e conceitos importantes
1.
l ..t.
16.
Disposiuvos semicondutores possuem as seguintes
vantagens sobre as válvulas: são ( 1) de tao1anho
1.
3
5.
menor: (2) mais leves~ (3) mall> robustos: (4) mais
eficientes. Além dh.:.o. requetmi: ( t) nenhum período de aquecimento~ (2) nenhuma é.\.lgência
especifica de aquecimeot.o : (3) telbões de operação
menores.
Transistorcssão dbpo~iti\O~ de três termin1tis com
trés camadas scmicondutorn..", uma delas bem mais
fina que as outras. As camadas extcm3S ..ão de ma1erial do tipo 11 ou do tipo p. <;endo a camada interna
do ripo oposto ao das e~te111a.s.
Uma das junções p-11 de um transistw é polariz:ada
diretamente. enquanto a outra é polarizada reversamente.
A corrente de emissor de um tran.sistor é sen1pre a
maior corrente. enquanto a corrent~ é sen1pre
a menor. A corrente de emissor é sempre a son1a das
outras duas.
A corrente de coletor po~ui duas componentes: a
corrente de portadores majoritários e u de portadores minoritários (tambêm chamada de corrente
17.
Tril.Mistores bipola1es de junçlo
Na região alivn de um rransistor. a junção base-emjssor é polarrzadn diretamente, enquanto a
junção ba:.e-coletor é polarizada rcYersamentc.
Na n..~ião de corte. ns junções base-emissor e base-<:oletor de um transístor são ambas polarizadas
n.>\ ersamentt-.
1\a região de saruraçào, as junções bal>C-em1!>Sôr t:
ba:.e-colet0r são polarizadas diretamente.
Em média_ pode-se considerar que a tensão base-t.-nussor d~ um tr.msistor cm opt..T.lcào é 0,7 ' 'A quantidade alfa (a) relaciona ru. corrente:. de emissor e de c-0letor e é sempre próxima de um.
A impedância entre tenninais de UJll3 Junção polarinida diretamente ê sempre relativamente pequena.
enquanto a impedância entre tenninais de uma junção
polarizada reversamente é geraln1ente muito alm.
A seta no c;1mboto de u1n transistor 11p11 aponta p;ua
fora do dispositi,·o. enquanto a seta de um transisror
pnp apon1a para dentro do sin1bolo
Para efeito de amplificação linear. o cone para conJiguração emhsor-<:omun1 será definido por lc =lc-.tl>A quantidade beta (/J) indica wna relação imponarue
eot.re as corren1es de base e de coletor e \'aria normalmente~ SO e 400.
O beta CC e! deftrudo por uma S.lmple:. razão de
correnles CC em um ponlo de operaçio. enquanto
o bc'ta C•.\ ~ seosí\ el às caracterísUcaç na região
de iotcrQ,-SC. l\a maior parte dos ca'iOS, no entanto.
o.<; doi:. sio in1cialm.:otc considerado.!> cqw\'aleot~
como uma prt1Th!1ra aprox1maçao.
Para ter ccnE:7ll cfe que um transistor oper.t dentro de
seu ni,·eJ rm~imo de potencia, deve-!'e SÍrTlJll~t.e
encontrar o produto da tensão coletor-emissor e
-
18.
•
~
4
da corrente de coletor e compani-lo com o valor
especificado.
Equações
·-..,.·
lc = lc + Is.
lc
Cl.cc = -.
lc
lc
fJcx: = -.
Is
lc
= /Jls.
d~fuga ).
6.
i.
A seta do símbolo do
traD!>i~lor
dcímc o sentido
convencional do nuxo d e corrente no emissor,
:lhliÍm definindo o sentido da., outra:. correntes do
139
V8 c
::: 0.7 V
lcco
= -leso
- -1
1 - u.
dispositivo.
Um di positivo de três termin:ú nttessita de dois
conjuntos de curvas características para definir
a= p +I
completamente suas caracterisrica".
Pc_ == VcEfc
fl
IJl :I)~/\
140
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcWM
m
3.13 ANÁL:ISE COMPUTACIONAL
OIC/.O(çW-c
E
Cadence OrCP. O
~
r-
as
~ fdit...
~~~~~~~~~
lec:b fia«
~·._
L'ma 'CL qu..: ã:> l.-.ir..icb..'li•>tica., du trnn.oili~ foram
~"tltad:!,, nc-.tc capitulo. é con\ cnicntc e:umnwmo,,
wn procedimento iur.1 obtê-las uuli7.ando o PSptee para
\\-IJ1d,o\\ •
uan-.ic;torcs ~t<1o listtdos na bib 1oreca E\" L
e começam com a lcrm Q. A biblioteca conr.ém doi.; tr.mistcn:s npn. dois tninsi tores 1>np e duas configurações de
Dmingwn.. O faro de haver un1a séne de cun<JS definidas
pelo-; \'alores de /1 e:<ige que umn \'lllTCldurn nos \"alOJeS de 11
(uma 1umoJun.t deJi:i.lt!) seja feita dentro de uma''llf'redura
de tensi>e:) coletor-ernissor. ~1 ns is-.o não é neces:.ário paro
o diodo, poi' re-.ullann en1 apcnns wna ctna
Prime1ramen1c. o c1rcuno da f 1gura 3.J.t é estabelecido utilizando-se o mcsn10 procedunôlto ékfmído no
Capuulo 2. A ten:.ão 1'".estabelece a 'arredura pn0<:1p:ll.
enquanto a tensão 1/j/I detcnn1n3 a \arrcdum de r~e.
Para referencia tutura. observe o campo oo C3Dlo ~pc=nor
direito d3 b.ur.i de femi mcntas com o controlc de rolagdll :i mcdic:b que for dc.,1.:nhando o circuito. E~ opç-Jo
Jl'!rmitc l'C\.\lpcr.ll" componente\ antcrionn~'lltc utiliz:tdos.
Por Mrmplo• ....: um l\.-..,,.,1or foa utili7,ado h3 algum tcmpo. ba.,ua mo'er a barra de rolagem até que o ~..tor R
apareça. Clique sobre a opção e <l w.;i.,1or '\UT'gir.i na tela.
Uma' c-r c<.tabclccido o circullo confonne a Figurn
3 l -t • .;elec1one o ícone Ne\\ imulation Profile e inira OTC-\D J.-1 como o Name. Em 'eguicb. selecione
c~ate para obter n caixa de diólogo i:mulation Settin~ .
O .\Dai~ is ~-pe ...era OC S\\.'eep, con1 a "ffP ''ariable
sendo uma \ 'olrage ourcc. fnsim \ 'CC como o nome paro
a fonte de te~o que passou por varredura e selecione
Linear para a \iU:Tctlura. O Starl "alue é de O V. o End
\alue. de 10 \ e o lncrcn1cnt, 0,01 \ '.
É tmpona.nte não escolher ..~.. no canto superior
direito da cai~a para i.alr do coolrole de coofigunçõe:s.
lk\emos. pnmearamcntc, cntrJr na \anà\el de\arredura
de fctAc ~l\.-C1onan<lo Seconda11 S" eep e tru.crmdo \ 138
como a fonte de tcn!\ào a ser \àJTida. \;o\'3JnCntC. ·cr.!
unu '.irrcduni Linear. ma~ agora o valor dc p.lrtld:i scr.i
de 2.- \' Jl3fll corre-;pondcr com uma co11cntc 1ntc1al de
20 µ ;\. contonne dctcnnrnado por
lfldoot
~
~e
l:!«lP
cãdence
°'
la=
\'u - l'sc
R11
-
1.7 V 0.7 \
= 20 •11A
IOOJ.!l
O F.nd \alue é de 10.7 V para coa1eo;ponder a uma
corrente de 10011 ·\ O 1ncrement é definido a 1 \ : corres..
pondendo a uma mudança nn corrente de base de 20 111\.
Ambas as 'nmdura:> estõo definidas. m:is. antes de sair da
caix11 de diálogo. \trifique se an1bas estão ati,-adas por
um tique na cai'<• ao lado de cada \arredun. \iuilas
•
1
-
Cimllto usado paro a obtenção das cur\'ti
caractrn.:.nca:. de coletor do uaru.1stor Q2 2222.
F
l.
.3 4
'ezes. ao ~trar na scpmda 'ilm.'<ium. o usuário deixa de
e:.tabelcce-la anl~ de ~da Clll.'11 de d ialogo. Lma 'ª
que amb:b ~CJ.ml ~l«iooad.1>. deixe a caLxa de dialogo
e selecione Ruo ~pice. O l'C'iult..ido será um gr:ifi"-o com
uma tcn...Jo \ CC '.m.mdo de O a 1O \ '. Par.1 <:!>"labclcett a:.
vána.s CUf\'a.'\ 1. aplique a ~-q~Th.:aa Trace--Add True paia
obter a caixa de diálogo Add Trace. Selecione IC (QI ). a
corrente de coletor do 113n.,i'1or paro o eixo vertical. t.:m OK.
e as curvas caraclcri~1ica... np:trecerão. Jnfeli7JTiente. porém.
elas se estendem de - 10 m1\ a +20 mA no eixo vertical.
Isso pode ser corrigido pela -.equêncin Plot-Axis Setting5. o
que novamente n..~ltarà n:i cnr11a de diálogo A 'cis St-ttin~
Selecione V-Ax.is e. sob D:lt. Ran~e. escoU1a liser Defincd
e defina o 1nlCl'\alo de Oa 20 nlA Um OK. e o gnífico da
figuro 3.35 aparecaá. L:gend.l.:> podem ser adicionadas ao
gráfico u:;ando--se a \er.iào de produção do OtCAD.
A prin1eira cur\'a na p.ine inferior da Figura 3.35
repre!>eota / 11 = 10 µA . A cur'\n acun a é /11 "" .to µA. a
próxima. 60 µA e b~im por diante. Se ~olbenno:. wn
ponto no meio das CW'\U> c.arJctcn>llC:b deftwdo por
i cL = 4 V e/ - 60µ...\.como mo~trado n a figura 3.35(b).
p pode ~ dct~'TlllinaJo por
,, - lcIs á -
-
-
li mA
0011 1\
- 183.3
Tal como o diodo. º' ourro... purã1netros do dic;positivo terão um cfei10 ,jgnificatíYo sohre ns condições opemcionu1,. Se rctomanno' a;; csp.."<:1 lic:1ções de transistore<>
usando Edit·P. pice l\1odel para obler a caixa de diálogo
Ca~J
fl!I SCKW.IC.oo.:!
• !ilr
[d4
141
fia I ~ "1V Dttno I01CAD 1 - 1
~ ~ !1o1
y--
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
.O: nd.,..
TQ(lls
li•"j%
••
• 11('11
·Figura 3 .3S
Curvas carac1erii.t1CA!> de coleror para o tmnsis1or da figura 33 -l.
PSpi~e Model
Editor Demo. podero:nos apagar todos os
par.lmctros, exceto o valor Bf. Ccn1fique-!>c de manter os
paréntcsõ cm tomo do valor Bf durante o proc~so de
c..~clusào. Ao :>air. a caixa de dui.Jogo ;\ lodel Editor/ 16.3
~rá pedindo que as alteraçõe<i ~jam ..al...·as. Foram
sai...~ como OrCAD 3- 1 e o circuito foi simulado novamente para obter as caracteristicas da Figura 3.36,
<;eguindo-se outro ajuste do intervalo do eixo vertical.
é n.-conhectt que. api..-sar de beta ser fomcado. o desem-
Observe. primeiramente. que as cun·as são lodas
horizontais. o que sign3fica que o componen1e está isento
de quaisquer elen1cntos resis1i,·os Além disso. o espaçamento igual das curvas reYela que beta ê o mesmo eo1
penho efetivo do disposilÍ\ o vai i.cr muito dcpendOUI! d~
seu-; outro!. par.imctms. Suponha que um disposib\O ideal
seja c;cmpre wn bom ponto de partida, ma.'> um crn:u.ito real
fornece um conjunto diferente de resultados.
-
IC -
toda a extensão. ~a interseção de J',E = 4 V e l a = 60 µA.
o ªº'o ' alor de p é
R 1' -
t •
-+
i-+--
.! --t--··
.
•
1
•
~
·Ter: ui~"
-mj~i;~l
+
.=-=~-:T· _:_.._
'
-
.,1 . ..•
-
•
•
•
1
'
..
.
'
\'
_..,.
1
~,fCf!UCRt~:J-l~ói. X olllM
Figura 3 .36
•
lJ:I,.. 31 A
1
• oet0>
14.6 mA
- 243.3
60µA
~
-
-----+--. ·~,_
la
-
O 'ator real da anil~ que acabamoi. de .qire:.enur
ff.l~t)IA
-
/(
-
Y.o.Ql51
___
...._
Y..v« • IO
Cun•as caracterisnOb ide:i15 d~ coletor paro o transi.-.tor da f~ 3.3.t.
142
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
PROBLEMAS
• \wa .as.m.>e~ 1nd1cam
os problemas JNI> difice~
Seção 3.2 Construç.Jo do transístor
1. Q..:u:. .i.> do.1lõtllilU1t~ dad~ ao; dob tipos de mms1:.tor
bip>I,.. de j~iio (T BJ )'1 Lsboce a ~trurun básic3 de cada
ame idmlifique scw. 'ános ponadores DlJDOIJW10S e ma,JOriWi~ IÀ~'nhc o 'li1nbolo
grafico pró'\imo a ad.1 urn.
Al!!lllm infonn:iç-ão será alterada se uocutDLD o ir.msistor
de !>dic10 poc- um de gcrmân10· 1
l.
Qu:sJ e a pnnc1pal diferença corre um di~i\o bipolar
e um unipol.v'?
Seção 3.3 Opefaç3o do transl.stor
3. Como d.." cm ~.,. polnnzndas as duas~ de um lmllSistor pua que ele opere ndoquadnmcntc como amplificado(?
~. Qual /: a ongcrn d3 con·cntc de fuga de am transistot?
S. Esboce wm figura scnlClhantc a Figur;a 3.4'aJ par.a a junção
polmmda dircwncnlc de um transistor npn. lndique o
mo\im.."nlo rc:;ultantc dos portadores.
6. Esboce wn:a figura "C~lhante :i F1~ 3.-i.bt para a função
pobrizada re\crsamentc de un1 ~ npn. Indique o
IJIO\"Üncmo l\."'SUhantc do-. portadores.
7. Eshoct- uma lil!Ur.l semelhante à Fi!!'Jl'l 3.5 para o íluxo
dos pon.adon-s majonlino; e minorit.ários. de um trmsistor
np11. lod1quc o mo' tmcnto do) ponadorcs ~ulmu.?.
8. Qml d3..s correntes do transhtor é ~"lllpre a ma.iol'! Qual é
~tpt! a menor? Quai:. l>ào li!> dll.ll corrcu:..--s n:bID-:uncntc
pro,im:i, cm amplitude'?
9. Se .. C\Rter1tc de cmis:.or de um tnubbtor ~de 8 mAe
1 100 de/,.. d..:tcnninc os' atores lc e 1..
'•é
Seçio 3.4 Configuração base-comum
1O. De mctr'ona. ('ho.~c o-. 'lin1ooh-.s llAr& um tran_,i.~ pnp e
pan wn nplt e. cm ..egu1da. 1ntrodUD <b senados de tlu.'{o
con\cncioo.11 para cad.J corrente
li . lltilin.ndo ª"curvo, carac1cri ..11cas da figura 3.{. d.!termtnc l'u cm/~ - 5 mA paro I~ .- 1. 10 e~\ P00cmos
flre..llm1r que ' 1 ,, tem pl)llCO 1nl1U~l\tia ~ 3 ttlação
entre l 'll e 1,·!
1?. •> Dctcnnint.: u \'ulor 1néo1u da ~i,tmcia CA para a cuna
C3tll:lcrisUl'I da f 1guru 3.1 ll(bl.
b) Para os cín:urto~ no., qunis a magnitude dos 1csistorcs
i!c:mt1WI0\1h1n,, o apn1:0..11naçio lenam Fi~ra3.IO(c}
ê '"ilida (com base nos rc,ulQdO) do item (alT1
13. •) Utiliand<I ª' cuna" CIU"ilch.!ri,,1icas d3 Fib'Ul'a '-~. Jeli'nJUJX a corrente de coletor 1"6UJwuc. ,;e lc= 3.5 m.-\ e
· ~ ... 10 \ '.
b) RepiLl o item ta) parn Ir.• 3.5 m,\ e l 'Q • 20 \'.
e) e KllO b modificaçõc, cm l'c:a afcuram o \-alar rcsulW"k de lc?
d ) Octcmunc de IJ13llcirn apro:tim:ida como lc e 1, estão
n:la..--ionaJa,, com ~e no' r~ulUIJo.; am~
14. •) Uuhmndo a.~ cuna.-. caractcrhticas das fi!!Ul':b 3.7 e
3 .• cktmninc I rmra 1 • 5 \ e I' = O...,\',
b) Det.ttm1nc V r.cro /t 5 mA e 1 • 15 \
e) Repita o Item (b) uuhzando as CUJ'\'bcuxtaísricas da
fit,>ura 3. IOcb).
d) faça o ~...,mo utihzando ai. CU?\b canctm!>llcas da
Figun 3. IO(cl.
e) ( "ompare •~ soluç<'\c!. para 1'11 no~ 1lL'n.<• (b). (cl e (d). A
difcn:nça podc ~cr ignorada se cm gcnil cncon1ramos
''1IORS de tcn!>lio da ordem de ~ \"Olts?
-
D~o ac ... dt" 0.9'1. • determine
/1 se 11 = 4 m.A.
b) Determine~'<' 11 • 1.8mAe1, - 20 µA.
e) Dctcrmux: l c se 1, = 40 µA e a, é 0.98.
16. 8 bocc. som..""Dtc: de mc:mõna.. a configuração ~-comum
de um transt,torTBJ (npn cprrpJ e indique a polaridade<b
polariz.3çio aplicada e os sentidos das cOfl'CnU:s rcsWtmli:S.
1S. a)
Seção 3.S ConfiguraçAo emissor-comum
El:a5 'Ião difcrcntt'!>'! De que maneira se
17. Defina/, e I
rclac1on:mr• ~ \"3Ion::. s.io normalmente rrõximos?
18. Utílir.i.ndoasCUl"\~d.i F1irurn 3.13·
a) Dctcmunc o \'a for de /, com:spondcnte a l '..:r. = - 750
mV e l rr=-+4 \ '.
b) Dctcnninc o 'ator de J'n: e J ~-' com:spondmte a I e=
3.5 mA e/• • 30 JIA.
* 19. a) Para •~ curva" caractcristica~ de cm1~sor-co1DUJD d.1
Figura 3.13. determine o beta CC cm um ponto de
3 mA.
opcTIIÇ'ào com l'<T = ti \ ' e I
b ) Dctcrminc o ''ilor Jc a correspondente a cssc ponto de
opcnçào.
+6 \ ', dd...--munc o \'alor corrcspondcntr de /CU>
e) Em 1
d ) Calcule o \lllor apro'<im:ido de / 1 ,.,,. util~ o 'alar
de bela CC obtido no atem (a).
*20. 1 ) Utilizando 11.> cun"» caractcnsttcas da Figuna .3.13{al.
dctcnninc lcw p:ua l ~c = 10 \
b) Dctcrmiac Jkr. para/• • 10 JaA e J 1 , - 10 \
e) Ltdiz.ando o ,-.lor de Po: dctcnninado no nem lb).
a=
calcule:/..,_~
21 . a) UtiLÍ7.llndo as CtJn-a,) caractcrisúcas d.1 Fif!UI"ll 3. 13<a).
determine fio: para 11 = 60 µA e 1, , = 4 \
b) Repita o item l•l
para'• .. 30 µA e J',t = 7 \ .
e) Repita o item fa) pan 11 = 10 µA e l ,t ,_ 10 \ .
d) Rc\cndo 05 re-rulbdo obtidos de (a) a (e). o \--alOT de
{J1 , \'31Ía de ponto a ponto nas can1ctcristicas'! Onde
se ~atam º"' '1llon::. n1:1is altos'? Podemos dcscn,·oh-cr
nlgum:1 conclw.io &cntl :.obre o \'alor de fJ cm tm1
conJuntodcc:nctcri'\t1Cb fornecidas na Figura 3 13(a)?
*22. 11) Unh7.llldo as CW'\"35 canu:tcristicas da figura 3 13(a).
detenninc I'<.. p:irn /6
60 JlA e J',, 4 \
b) Repita o i1cm (ai~ 11 '"' 30 tu\ e l',, "' 7 \ .
e) Repita o item (a) p.11'8 /, = 1OµA e r, ., = 1O\!.
d) Rc\cndo ~ rc:-sultado-\ de (a) a (e). o \alor de /J,,.. "-aria
de poruo 1 pontl\ nas curvas caractcns11cas'> Onde se
""
.;jruam º' \"alorc' nui~ altos·) Podemos ~oh'CI'
ai~ ronc:llhào sobre o \1llor de p, •cm wn coojnnao
de cun-a> C'llDC1c:ri.. tic:b de coletor?
e) Ch poru<b ~"'"'Olhidos neste C'{ertlCIO são os mtSlllOS do
Problcrm : 1. Se e-.~ rrot'lcma foi rcsoh ido. compare
os \-.IOl"C" de ÃT e A; .. para cada ponto e romrotc o
r~llado p:ua cad.1 wn Jo \atores.
23. Utilizandoª" cunas caractcrísticas da Figura 3. 13(a).
determine tlrr para /1 .:?5 µA e f 'n: = 10 \ Calcule.
então. n.'C e o ,-aJor ~ulw11e de J,. (Utilize o '-ator de I r
dctcnnmado por Ir= /Jn/1 )
24. a) D3do que Gc-c .. 0.9~0. dctcnninc o \"alor corr~
de Pn
b) D:ido que /Jrr • 120. cktcrrninc o valor correspondente
de a.
e) Dado quc/1._, • l:!Oe 1, ... :.?. mA. dclcnninc / . e 111-
Ca~J
?S. QOOcC, somc:ntc: de mc:móna. a configvraç;lo emis~r­
<0mum (parn npn e pnp) e mlTOduza a pof.,rüaçi.\o apropriada Cllm os &enlldo:. de correntes para 1., e: lr
r,
Seção 3.6 Configuração coletor-comum
ló. Um.1 ti:nsilo de entrada de~ V~ llTICdid.I da bll-..c para o
::? 1. Prcwm1ndo-~
qu.:a tensão de emissor ~1gac\atamentc a lé~de baM! e
que 1' (mi')= O, I V, calcule a amplificação de: len'>ào do
crrcuito ( 4 = VJ 1-;) e o oorrenlé Jc cmil.sor para R1 = 1 lúl.
?7. P-ara um traosil>lor que ap~lC cuna-:. caracteristicas
11.i Figura 3. 13. e&b<>ce cUf\as ck entrada e :;alda da
conriguração coletor-comum
terra) e aplicada ao círcu110 da Figura 3
ª"
ª'
Seção 3 .7 limites de operação
28. Oçterminc a região de operaç-lo par.a um 1ran<.is1or que
Jpre-;ente ~curvas earacteri-.11~ d:l Fi~....,ra 3. 13. 'e l , .,..,
- 6 mA. B r'tuJ - 15 V e P.
- 15 m\\'.
?9. Determine a regiilo de ~ P4fl'l um tranSistor que
apttl<Jllc! a curvas éáracttn~lteb cb figura J..S, l>t' lc.,,.
7 mA. B r·,,11 .. 20 V e P ..... - ~::? m\\'.
Seção 3.8 Folha de dados do transa.stor
JO. U1tll.t.3ndO o Figura 3.23 como rcfcttncitt. determine a
ÍJ1'3 de ten1pcra1 urn pennlliG::l pant o dt'J)O!>•ll\ o t."ll'I gn•u~
Fahrenhe1l.
31. U11lir..ando 11 1nfonnoc;ão fornecida na Figura 3.2J, ob~õlnd4) P1,,...,. Vu..,,,• 1, ..rn ~
e.bocc hmn.et. de
c>peroçâo do dispo~ili\a.
"a<.·
°"
31. Com bil..-..: no:; Jados da f1i,,'\Jra 3.'.!.3.qu:il éo \aklr l!l>pe'T".i.do
paro I t~<> uti1itando--.e o valor médt0 ck ftcc'!
Trat\Sistores bipola1es de junçlo
143
3J. Como a fãru de "11lon::. de h 1 f f(Figuns 3.~3(c}. nonnali7JMfa pana hn:= 100] se compara com a faiu de \'111~ de
h,..((Figura 3.23(b)] para a faixa de fc entre O.l e: lO m..\?
34. Utilizando ª" curvas coructcrí'!ticas da Figura 3.::?3ld).
dctcnninc se • capacitincia de Cfltmda na configuração
bL~ :romc:ntn ou diminui para val~ acscc111cs
de potaici31 reverso de polariza~ào. É posshcd c.wlicar
porque.,
*35. Uulizmdo as caractcristicas da Figura J23{b). determine
quanto o nÍ\"Cl de h 1, v11riou de: seu valor cm 1 mA para
-.cu \lllor cm 10 mA. Observe que a escala \arical é lopritmica. podendo ser necessário co~-ultar a Seção 11.1..
~'C-SC c:omidcrara \.-arioçào c.-m uma silll3Çào de pro.JdO?
*36. lJ11hLlllldo a CUf'\ a caractc'ristica da Figw113.13fc), determine o ,._lof' de Per cm / r = 1OmA para os tres \-alorn de
temperatura fom«idos na figurn. A variação é significatj,.. para a f.U:n t!e tcmpcmturo cspccifJcada? Há algum
cl~ que dcvcri:i ser coasider.ido no dcsm,oJvimcnto
de um projeto'>
Seção 3.9 Teste de transístores
37. a) Ltilinuvln DS caractc:risticas da Figura 3.24. dctc:nninc
fJ.. p;u'8 lc= I~ mA e Ver = 3 V.
b) Dc:lcnnine Prr c:m 1, = 1 mA e Va = 8 \ '
e) Odcmrinc A·' cm lc = 14 mA e: l <z = 3 , .
d) OC'rcnninc: Pa c:m lc = l mA e 1'rc = • \
e) Como o:. valores de Pc1t. e Prr se comp3111m rm cada
-~
.,
~.
OA apromnaç.lo Pci -:::..p"A é válida para cs:.c conjunto de
carxtmstica:.?
Polarização CC
TBJ
Obietivos
Scr capaz de cktcnninar os valores de corrente continua para as várias configurações importantes com TBJ.
Entc:ndcr como medir os valores dr temào importantes d..: uma configuta\"ào com TBJ
. .
é
lliá-los para detcrmin.i.r s.c o
cu'c\nto opera corretamente.
Conhecer as condições de saturação e de cone de um ctrcuito e-01n TBJ e os OÍ\ei:. esperados de tensão e corrente estabelecidos por cada condição.
*
Scr cap:iz de rcahz.ar uma análise por reta de c:irp das configurações mais comuns com TBJ.
Fanuliaru.ar-'.SC com o procesi.o de concepçilo dé ampldicadore:. co1n TBJ.
•
Compreender o funcionan1ento básico de circuitOS de cha..enmento co1n transisU>tCS.
Começar a entender o processo de wlução de problema.o; em circuitos tnm i~ri7mio .
Desem-ol\er um sentido para o faton.">S de estabilidade de uma configuração com TBJ e para o modo co1no eles afetam
~u.a
operação devido a mudanças cm caractcristicas c:.-pccíficas e allcrnç~ ambientais.
4.1 INTRODUÇÃO
Para a análise ou o projeto de um amplificador com
transístor. é necessário o conhecimento das respoo;tas CC
e C A do :.istema. É con1un1 in1aginann0:. que o uansistor
é um dispos1úvo mágico capuz de aumentar o \-alor da
entrada CAnpltcadn sem o auxílio de wna fome de energia
externa. a \erdo.de.
qualquer 011n1ef1to enr tensão, corrente nll pntincia CA
é resultado de unia 1ra11sferenc1a de t!1U!l"!i!ia da'ifan1cs
l~C aplicadas.
A aoali:.c ou o projcro de qualquer amplifiL-ador ele.
trômco.. poruuuo. uuliL.a dll8.!> componentes:ª' rcspa.~ CA
e CC. Fctizmcnti:. o tcorl!rna da supcrpos1ção e apbcavcl
e a análise da.'\ coodiçõcs CC pode ser totalmente separ.ida
da respo-;t:l
\ fas deve-se ter em mente que. durante a
fase de projeto ou 'iintese, a escolha d~ JJ3fâmetros para os
valores CC e"tigidos i ntluenciarã a resposta CA e\ice-vma.
O \'alor CC de oper ação de um transi<;tor é controlado por ,·ários fatores.. incluindo unia , .asta gama de
e"-
pontos de operação poss1\.Ct:. nas curvas caracteru.1i~
do dispositi\'o.. a Seção 4.7, será estabelecida a faixa
de operação para o amphficadOT com transio;tor bipolar
de junção (TBJ). Uma \C7 definidos a corrente CC e os
valores de tensão de.<iejados. um circuito que estabeleça
o ponto de operação escolhido deve ser projetado. Vá.rio
desses circuitos serão anali~s neste capítulo. Cada projeto determinani também a estnbilidade do sistema, isto e.
o quanto ele é sensi' el às variações de temperatura. outro
tópico que será e,pforado em u1na seção deste capindo.
Embora "'àrios círcuiros sejam estudados neste capítulo. bã cena semelhança encre a análise de cada configllração devido ao uso recorrente das seguintes relações
básicas imponarues de um cmnsistor:
1 V8 c
, ,, =
õill
(P +
0.7 V 1
1>Is
= lc j
1lc = /Jls I
(4. 1l
C4.2l
(4.3)
Polarização CC - TBJ
Qpit1.do4
Na 'erdade, uma vez q11e a análise dos primeiros
circuitos seja claran1ente compreendida. o caminho para
a solução dos circuilos seguinle:. começará a se comar
bem e' idente. Na n1aioria dos casos. a corrente de base
/ 6 ê a primeira quanudade a ser determinada. Uma vez
conhecido o valor de/"' as rela~ da Equaçiio 4. 1 até
a 4.3 podem ser aplicadas para que se1am definidos os
panimetros restantes de interes~. As semelhanças na
análise! se tomarão imedialamL'llle ób\ias à medida que
do sinal aplicado. Visto que o ponto de operação é
fixo na CW'\1l.. também é chiunado de ponto q11ie~ce111e
(abre~ iado como ponto Q). Por definição. quie~ce111e
sigrufica em repouso. imóvel. inativo. A Fi~ura 4. 1
mostra a.s caracteristica~ de saída para um dispo:.1lÍ\ o
com quatro pon10:. de operação indicado:.. O t."ircuiio de
polan.zaçào pode :.er projetad o para e:.tabelecer a operação do dispo:.iu,10 cm qualquer um des:.õ pontos ou
em outros dentro dá região a/h·a. Oi. 'atores máximos
permitidos para os pariirnctros são indicados na Figura
4.1 por Ulll3 Jmha horizontal para a corrente má.uma de
coletor/'- . e umn linha \'crtical para a ten,.,ào mi.~irna
entre coletor e emissor r. .<:~~- A restrição de potência
n1áxima edefinida na mesma figura pela curva Pe. . No
e-<tremo inferior do gráfico está localizada a região de
corte. definida por / 1 ~O µA. e a região de ~ar11raçào.
definida por
< i', 1..,.
O disposiri,·o TBJ poderia ser polarizado para operar fora desses limites n1âxi1nos. 1nns o resultado da
operação seria uma miução considera' e! na Yida útil do
dispositi\o ou sua d~cruição. Ao limitannos a operação
à região atira. é possível selecionar diversas área.s ou
pontos de operação diferentes. O ponto Q escolb1do
depende do tipo d~ utilizaçào do circuito. Podt'OlO:. considerar. aind:t. aJgurnru. diferenças entre O!> \iÍnO:. ponto:.
8\3IlÇanno:> no capitulo. As cquacàõ paro 11 sào tão
similares para várias configurações que unrJ. delas pode
SL"'l'" deduzida de outrJ pela simples relrmda ou adição de
um oa dois tern1os. A função bã'>ícn deste capitulo é proporcionar ao leitor certa intimidade com as caracreristicas
do TBJ que permita a renli1nçào de um:i análise CC para
qualquer circuito q ue e1npregue o amplificador com TBJ.
-
-
r·,.
4 .2 PONTO DE OPERAÇAO
O termo polari=a<;ào que aparttc no titulo deste
capitulo :.e refere genericamente à aplicação dé tensões
CC cm um circuito para c~tabeleccr \·aJores fixos de
corrente e tcn.-;ào. Para amplificadores com transi.'\tor,
a corrcnlé e a lcnsão CC resultantes estabelecem um
po11ro de operação nas curYas camctcrisucas que definem a região que será empregada para a amplificação
mostrad01> na Figura 4. 1 para aprest.>ntar algumas 1dttas
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Figura 4.1 Vários pontos de opc11IÇio dentro do:. limiles de operação de um ll3n:.istOI'.
.
•
146
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
básicas sobre o ponto de operação e, consequentemente.
sobre o circuito de polarização.
Se nenhwna polariz.ação fosse usada. odisposimo estaria inicialmente desligado, resultando em um ponto Q em
.4. tsto é. rorrenre nula atrn.vés do disposiU\O (e tensão igual
a Zêl'O). Uma vez que é necessário polari.zarwndbpo:.iLho
para que ele possa responder à faixa completa de um smal
de entrada.. o ponto A não !>Cria adequado. Para o ponto B.
!it wn :>in.:ll for aplicado ao circuito. a 1ens'io cacorren1cdo
di!.1JOMU' o '-anar.lo cm tomo do ponto de opcr.11:00. pcrmitindo que o dL"JJ<):>ili\ o responda tanto a c=<cursào positiva
quanto negativa do sinal de entrada (e po....si'elmcntc as
ampJífiqw?). Se o sinal de entrada for adcqll3d:unente escolhido. a tensão e a corrente do dispositivo sofierào \"DÓação,
mas não o suficiente para levá-lo ao cone ou ã <aruroçào.
o ponto penniliria algun1a variação poslh\'ll e nlguma
negativa do inal de s.'lida. porénl, o valor de pico a pico
seria limitado pela proximidade com 1', 1 = OV e l = OmA.
Operar no ponto e também suscita preocupação quanto às
não linearidades geradas pelo fato de o esp;içamento entre
a:> cut'\as de J, nessa região se inodificar rapidamente. De
1nodo geral é preferivel operar onde o ganho do disposiú\ o
é razoo,elmen1e constanLe (ou linear) para garantir q~ a
ampWicnç-.Jo em toda a excursão do sinal de eru.mda !>Cja n
mesma O ponto B está cm wna região de esp3Ç8JllaltO ma1..
hoear e. portanto. de operação mab linear. como nmtm a
Figura 4. 1. O pCl1110 D coloca o ponto de operação do db-pos1LJ\ Opróxnno dos \afores máxunos de tensão e potêncta.
Logo. a C.'<cwsào da tensão de saída no <;cntido positt...-o serà
limitada caso a tcrt:>ào máxima não deva ser excedida. Por
conseguinte. o ponto 8 parece ser o melh<>r ponto de operação em tem10$ de ganho 1inear e maior excur;ào possível
para tensão e conente de saida. Essa costxuna ser-a condição
desejada para nmplific.udores de pequenos tjnais (Capitulo
5), mas não se aplica necessariamente n amplificadores de
potência. que serão ...-istos no Capítulo 12. Es.sa discussão
se concenrra na polarização de tnmsistores para a operação
de amplificação de peq11e110:; \inais.
Um outro fator 1nuilo importante na polarização deve
ser considerado.Após a seleção e a polanzaçãodo TBJ em
um pomo de operação desejado, o efeito da tempemrurn
também deve ser le\ ado em conta. A temperacura acarreta
mudanças em parâmerros do disposit.i\·o.. como o gmho de
corrente do uan.si:;tor ifJcJ e a coITC'Jlle & fu:ga do transistor
(l ..w). Te111pc1atur.b> mais elevadas resultam em corrcnt~
de tbg3 mruores. modi licanclo a.'\ cond:tçõcs de opcrnção
e
~"Cid:b pelo circuito de polw.açào. O resultado ê qu.:
o projeto do circuito deve prever também wna estahihdade
à temperarura para que as variações não llO!JTetem mudanças contjder.i\-eis no ponto de operação. \ manutenção do
ponto de operação pode ser especificada por um j ator de
esra/lilúkule. S. que indica o grau de mudança do ponto de
•
operação decorrente da "clrinçào de ten1perarura. E desejá,el
um circuito aJtamcn1e e:.lã,el. e a estabilidade de alguns
circuitos de polarização básicos será comparada.
Para a polarização do TBJ em sua rt.'giâo de operação
linear ou ati\ a. de' em ocorrer as segujnres situações.
I A jun<;ào ba.\e-emis,or dn•<• '~~tar 110lari=o"'1 Jiretamt'llle lregiõo p mai5 po'íitil•a) com uma tcn.~ào
1'C.\Ulta111e dtt polari:at;ào dirt>U1 ele <:erca de n.6 a
(), 7 ' .
2 A j1111<;<.'io hc1.,<•-colt~or df!'·e e:.tur polari:t1d11 rt'\'i•r.wltlt.'lllt! f~iiion n1uí5 po'ifi\"cJJ, co111 a tellsào rt>t't'nu
clt: pulari:.u1,,iio situada dt!nrro dos /i111ite.\
nuíxin10~
cio cli.,pu.\ifil'O.
(Observe que. para a polarização direta. a tensão
atravé:> da junção p-n é p-po:.iti,·n. enquanto para a polarização f'e\ersa ela e oposta (re\ersa) com n-positi\a.]
A operação no corte. na saturação e nas reg1õe:.
lineares das CW'\a:. caracteristic~ do Tl3J são:
1. Operação na rrgião linear:
Junção basc~or polari.Lada dlrctamente.
Junção bru.c<0lc1or polarizada rcvcrsamcutc.
2. ()peraçào na região de corte:
JWlçàO ba~·enussor polarizada reversamente.
Junção b3Se-coletor polari7Jida reversamente..
3. Operação na ~ào de çaturaçào:
Junção base-emissor polari1ada diretamente.
Junção base..çoletor polaríz.nda diretamente.
4 .3 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO FIXA
O circuito de polarização fixa d;i Figura 4.2 é a
configuração mais simples de polarização CC do transis1or. Apesar de o circuito empregar um 1mnsis1or npn.
º"
as equações e cálculos w aplicam igualmente bem a
u1na configuração com transistor p11p. bastando para isso
que in\ erta1no:> Ol> sentido:. de c-0rrences e polaridades da!>
tensões. Os -;enodos das correntes da Figura 4 .2 ~o os
sentidos reais. e as 1ensões são definidas pela notação-padrão ~ dWb letra5 subscritas. Para a arullise CC.
o circuito pode ser isolado dos valores CA indicados
pela substituição dos capacítores por u1n circuito abeno
equivalente porque a reatância de um capac1tor é uma
função da frequéncia aplicada. Para CC,j·= O Hz e Xc =
/?rrjC - 1. .Jrt0)C - :.cn Além disso. a fonte 1'," pode ser
separada em dulb fonte:> (apenas parn efeito de análise)_
como mo tra a Figuro 4.3. para permitir uma separação
dos circuitos de entrada e snida. Isso reduz também a
ligação enire os dolS parn a corre11te de base 18 • A separação é ceTtlmente valida, pois podemos obsenrar na
Figura 4.3 que J'< e:.1.â conectada diretanlente a R, e Rc.
como na Fígu:ra ~ .2.
1
Polarização CC - TBJ
Qpit1.do4
147
Vcc·
+
Rc
R,,
~ lc
Qiuldc
mlr.lda C,\
o
e
1.
1
-
+
Rs
(
-
smaldc
!>aiJa CA
e~
+
' cc -
o
+
8+
VaE -
E
Figura 4 .4
\ 111
\
1
~talha f>:ise..emissor.
un1 resll>tor de base. R11- ajusta o valor da corrente de b:be
para o ponto de õJXração.
CrJ"1;ui10 de polluizaçio ma.
Figura 4 .2
~
'"
\ú_
e,
1
Malha coletor-emissor
'
R•
e
•
o
Figura 4 . 1
A ~o coletor-emissor do circu110 aparece oa Figura 4.5. com o seoudo da corrente l c e a polandade
result4ntc atra\õ de Rc tndicados. O valor d3 corrrote
do coletor bti dirct.:nncntc n:lacionado oom /• atra\~"!> de
•
,.-
•
o
-r-
,,
1 Te = filB
ª+
E
fqui valente CC' ~Figura 4.2
Polarização direta da junção base-emissor
Aruhsc prime1rami:nte a malha ba!>e-emi~or moslrad.l o.a Figuro 4.4. Ao aplicanno:. a L..-1 <135 Tensões de
KirchbotT no scnlido horário da malha. obtcrnos
(4.S)
1
É interessante obser\'ar que. como a corrente de
base é con1r0lada pelo \alor de R8 e 1, está relacionada
com 1. por uma consuuue /J. o valor de J, nào e função da
re:.is1enc1a Rc. ~lodilicaro valor de Rc não afetará l ou lc.
<leMl.e que o dbp<htll\.O seja m11011do na n.>g1ão ®'a. r-.o
l-ntanto. como \ ercano:. adiante, o vaJor de Rt dctcrnnnará
o va.lor c!c 1·a· que é wn imporltmtc paràmC'tro.
Aplicando a Lei das Tensões de Kirchhof'f no sentido
horârio ao longo da malha indicada na Figura 4..5. obtem<K
e
1\'cc = Vcc - l cRc :
Ob.<;ef\ e a polaridade da queda de tensão através
de R., como estabelecido pelo sentido indicado de 19 •
Resolver a equação para a corrente I resulta no seguinte:
+
ln =
Rc
(4.4)
A E{Junção 4.4 ê fácil de lembrar se tt\'em1os
+
'a+\() -
e111
menle que a corrente de base e a corrente atra\'és de R8 e
que. pela leí de Ohn1. a corrente é a tensão sobre R11 dividida pela resi~tência R11• A tern.ão sobre R~ ~a tem.do l'cc
aphcada menos a queda atra\es da JWlçàO base-emissor
( 1·. ,:). Al~ d~o. corno a tensão 1'a da fonte e a tensão
l 'ac entre n ~e e o emissor são coru.wnto., a escolha de
lc
Vcf
/
Figura 4 .:S
\faJha coletor-ernis~or.
T
(4.6)
148
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
que significa que a tensão entre a região coletor-emissor
de um transistor na configuração de polarização fixa é a
terüão da roote menos a queda através de Jt .
Como uma bre\-C revisão da notação de uma ou duas
letrns em subscrito. ob1>erve que
(-1-.7)
onde l'ç é a tensão do coletor paro o emissor. e r·( e J't
são. res-pecrnamente. as te1tsões de coletor e de emissor
ao terra \ 'e.).5e cCbo, como Vt = OV. temos
(~.8)
1 VcE = Vc 1
EXEM'"LO ".l
Para a configuração de polari7l1Ção fixa da Figura 4.7.
determine o seguinte:
a) l 8Qe l rQ
b) Vc,-Q
e) J' 8 e r·-,
d) VB(
Solução:
a) Equação -t-t:
Vcc - \'se
la =
Rs
Q
12V - 0,7V
240
i.n
= 47 .os µA
Equação 4..5:
fc,. = flls
AJém diSl>O, vi to que
l\/sE = Vn - \1EI
(4.9)
e l 'c"" O\ '. temos que
(4.10)
Tenha em mente que os vnlores de tensão como S',t
são detennin3dos colocando-se a ponta de pro\~ vennelha (positi\.'a) do volrimetro no coletor e a ponta de prova
preta (negativa) no enússor. cotno ilustra a Figura -t.6 f'<
represenia a tensão do coletor paro o temi e é medid:l co1110
rnostra essa mesma figura. Nesse caso. as duas leituras são
idénticai. mas. nos próximos circuitos, elas poderao ser
bem diíeremes. A compreensão da diferença entre as duas
medições pode ser bastante útil na solução de problem&
de circuitm. com Lransi.stor.
= (50)(47,0RµA) = 2,35 m.4
,..
"
b) Equação -l.6:
V< F {J ~ J'(( / ( R .
- 1:? \ - (2.35mA){2.2k!l)
- 6,83 V
e) f!gr f',v"' 0,7 \ '
l'c = I', i - 6.83 \ '
d) Usando a nolaÇâo de duplo subscrito, temos
j'! BC' = I B - , l = 0, 7 \,' - 6.83 V
= - 6,13 \ '
sendo o 1>inaJ negall\O um mdicaLi vo de que a Junção
está polaruada ~\ ersam.ente. como deve ei>tar para uma
a1nplificação linC3T.
\ cr =+12V
Rr
2.2 kO
C2
I
t---
en1rada
<:A
o
e
\
)
' é:
1
(/)
...
IOµF
1
IOµF
. ~C('
saída CA
--tl(t-----<O
1
\(L
/J : 50
I
-
e
...
Saturaçdo do tran.si.stor
(/)
1
__J
E
•
-
,
+
O tcnno saturação é aplicado a qualquer "istema
em que os nívcil> alcançaram seu.'> valores m:i..'l:imo~ Uma
esponja saturada é aquela que não é capaz de reter nw"
nenhu1na gota de liquido. Para um tmnsistor que opero na
região de saturação. a corrente apresenta um valormã"<lmo
para uni pmje10 e.specijico. r..1odificando-se o projeto.
Qpit1.do4
o nivel correspondeote de sarurnçào pode aumentnr ou
diminuir. Obvian1e111e. o ni' e! mais aho de saturação ê
defuúdo pela corrente máxima de coletor fornecida pela
folha de dados.
As condições paro saturação são geralmente evitadas
porque a junção base-colecor não esl.á mais polarizada
re\.ersamente. e o sinal amplificado na sa1da estará dis1orrido. Um ponLo de operação na reglào de saturação e repreSêlltado na Figura 4.8(a). Ob~c qllê ele Sé cnconLru cm
uma n.-giào cm que as curvas caractcnsbc~ se agrupam,
e a tensão coletor-emissor tem wn \aJor ml-nor ou i~rual
a 1·~~· Além disso. a corrente do coletor'-' relativamente
• •
alta nas cun~.L~ carnctcnsticas.
Se aproximam1os as curvas ca:rncteristicas da Figura
-l.8(a) dnquelns na Figura 4.8(b). obteremos um método
direto e n:ipido paro a deten11inaçào do valor de saturação.
Nil figura -t8(b) a corrente é relativamente alta e presumimos que a tensão V<1 seja OV Aplicando-se a lei de Ohn1.
a resistência entre os tenninais de coletor e emissor pode
ser definida da seguinte maneira:
VcE
Rcc = lc
TBJ
Polarização CC -
149
OV
= - =Ofl
'e. ..
A aplicação dos resultados ao esquem3 do circuito
t'h-ulta na confieuroção da Figura 4.9.
Para o futuro. portanto, se houver necessid:ide imc.
.
-
.
diaca de saber qual é a corrente de coletor maxun3 apt0:\1mada {\"alor de saturação) pura un1 projeto em parucular..
é prece.o msenr um curto~circullo equi\ alente entre o
coletor e o ~r do transístor e calcular a co11en1c de
coletor resultante.. Em suma. cstabelt->ça V,, = O \ '.. Para
a configuração com polarização fLXa da Figura 4.10. o
curto-c1n:uito foi aplicado. lazi:ndo com que a tensão
utravé.' de Rc fosse a tensão aplicada l'ct· A corrente
de saturação rever;a resultante para a configuração de
polariniçiio fi~n é
lc
=
Vcc
Rc
(4.. 11)
lc..,, -
o
Cb>
(;a)
Figura 4 ..b
Região de i.aruraçio: (3 ) real: (bl npn)xunada.
.------r--o V cc
e ~RcE =O íl
(Vct •O V. lc "' lc,.)
E
figura 4 .9
Detenninação de 11,..
+
Vcr.=OV
figura 4 .1O Oetemlloação dl! l c,,. para uma confi&'llração de polarização fi:1: 3
150
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Uma ~ez que / ( ...i é conhecida, temos uma ideia dn
1nixima correme de coletor possível para o projeto escolhido. e o \alor deverá ficar abaixo deste se desejarmos
amplificação linear.
[XE'.l!"LO " . 7.
Determine o valor da corrente de saturação para o
circuito da Figura 4.7.
pelos mesmos panimem>s de eixo. O resistor de carga Rc
para o configuração de polarização fixa dete1minará a
inclinação da equação de circuito e a interseção resultante
entre os dois groficos. Quanto menor a resistência da carg;i.
ruais acentuada a inclin3ção da reta de carga do circuito.
O circuito da Figura 4.1 l(a) btabelece a equação desa.ida
que relaciona~ \.3niÍ\ eil> /, e i a tlu segumte maneira:
1 \'a =
Solução
12 V
- SASmA
l c.,.. =
2.2
kfl
Rc
\.cc
\>'cc - lcRc
1
(4. 12)
As curvas características de salda do transistor também relacionam a:. mesmas du.as variáveis /<. e Vc.E· como
O projeto do Exernplo 4.1 rei.ultou cm / " = 2.35
mA., que está discante do valor da saturação e que é aproximadruntnte metade do \' aJor máximo para o projeto.
Análíse por rela de carga
Lembre-se de que a solução por re1a de carga para
um c1rcu110 com díodos foi detenni.nada por meio da
:.Ob~1ção da curva característica real do díodo sobre
um gráfico da equação de circuJto envol\·endo as~
vaná' cu ck cm:u1Lo. A intcrs.cçào dos doh> gr.ificos definiu
•
3!> coniliçik."!> ttab de operação do circllllO. E cb:uruda de
anál1SC p<>T reta de carga porque a carga (resistorcs) do
orcui10 detemnnou a mel inação da linha reta que conecta
os pontos estabelecido<; pelos parâmetros do circuito.
\ mesma abordagen1 pode ser aplicada aos circuitos utilizando TBJ. As curva e; características do TBJ são
sobrepostas a um gráfico da equaç.;o de circuito definida
! ,
tnostra a Figura 4.11 (b).
As CUJ'\ as caracten.:.ticai. do disposiuvo de lc \ 'f l.)1.0
J'cr são fumec1das na Figura 4. l l(b). Agora de\emo'
sobrepor a reta defiruda pela l:quação 4 .12 às CU!\ as carne~
tcristicas. O método mai' dueto dl! traçar a Equação 4.12
sobre ª' cUf\11.l> caractcru.t11.:a!> de saída consiste cm utih.mr
o làlo de que uma a-ta e determinada por dois pontos. Se
estabelecenno:; que /t é igual a OmA, dcfiniremoi. o ci.,.;o
horizontal como a reta $-Obre a qual um ponto está locaJ17,3.
do. Aplicando lc = Om i\ na F.quação 4.12, descobrimcK que
e
(4. 13)
definindo um ponto para a linha reta, como moc;tra a
Figurn 4.12.
AI
,
50µA
8f- - - - - - - -
7 ....
40µA
r
b
s
t
+
-
~
~uA
-
3 llJ'
•
1 /
(a )
"
~
b,,.
Figura 4 .11
J
«e:
-
R,
Vcc
J
IO µA
-,
,_
º'
{"=oJJi'I
1
1
1
.s
10
15
lcr Q
l bl
Análise por reta de carga: (a) o cimrito: (b) &!>curvas características do disposití\o.
1,
<' 1
Qpit1.do4
Polarização CC -
TBJ
151
/
_ . - Rrlll dr Cllf!!.<I
º'
Figura 4.1~
Rctn de carga para polarizaç:lo fi~a.
Se agora estabelecem1os que l'cr é: igual a OV, o que
di."fi:nl! o eixo vertical como a reta sobre a qual o segundo
ponto scrà tlcfinido, conclu.ircrnol> que I é det1..nninado
pela eq•ctÇào:
e
lc
=
(4.14)
como mostro a Figurn 4. 12.
Ligando os dois ponto definidos pelas equações
4 13 e 4.1 4. podemos desenhar a linha ma esmbelecida
pcla l:!.quação 4.12. A lmha resuhan1e no gnifico da ~Figura
.i.. I '.:!é chamada de reta de carga, uma vez que é definida
pelo resistor de carga R,. Ao solucion:innos o valor resullante de/,,. o ponto Q real pode ser esmbelecido con10
indicado na Figuro 4.12.
Se o 'alor de 18 for modjficado ~la \·ariação do valor dé R., o ponto Q se move !>Obre a ICta dé carga. como
mo"tra a Fit,rura 4.13. para valores cre'\C'elltes de 18 • Se
J~, for mantido lixo e R, aume111ado, a reta de carga se
deslocnrá como ilustrado na Figura 4.1-t Se Ir for mantido
fixo. o ponto Q se n1overá como demonstrado nessa mesma figura Se Rc for fixo e l'cc dimixiuu:. a reta de carga
se ~locará como mostra a Figuf3 4. 15.
\ a:
'
~Ct
F:;··1r'l
~
,3
~lovimentodopontoQcom~'alores
cresceo1es de J,,.
,.
\'
a:
Ct'
figura 4 .1
Efeno do aumento no valar de R, m
carga e no ponro Q.
reci
de
152
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
\ ', ( ,.
Rc
o
\ r-
EXEMPL04.3
Dados a reta de c-.irga da ~ igura 4. 16 e o ponlO Q definido. dcttTilliné o 'alore!> ncc~0i. de J'a· R, e R,
P3f3 UJJl3 conliguração de polanaçào fiu..
Solução:
Pela Figura 4. 16:
Rc
R8 -
= Om1\
\<cc
=
la=
e
i 'cc = i 'cc = 20 V em l c
lc
e
\'cc
lc
= -
20 \
10 mA
- 2 kO
\'cc - i ·sc
Ra
\'cc - \ '.1r1:
Is
-')º \' o·7 \ ' = 1n tn
25 tlA
4.4 CONFIGU~ÇÃO DE
POLARIZAÇAO DO EMISSOR
= - cm \'cl = O \
Rr
O circuito de polarir.içào CC' cb Figura 4. 17 contém
u1n resistor de emi~r para melhorar o nível de estabilidade da configuração com polarização fixa Quanto
12
~------ N> µA
- - - - - - - - 50 µA
,_..----~--~--~.....;:i~-~--- IOµA
I :Oj&o\
•
1
o
Rgura 4 .16 t''\ernplo 4.3.
10
l :;
Qpit1.do 4
Polarização CC-TBJ
1·cr
~ 'e-
1
R1
Rc
... o
f
+
(
C2
e,
+
t
-
Is
B
Rs
~
153
o
\t
"
-
-
Vcc
+
Vu
-
E
R6
l'E
+
''J:
-
Rc
Figura 4.19
Figura 4 . 1 7 Circuitu de polari.taçào do TBJ com rei.h.tor
de emfo..)or.
mais estável for u1na configuração. menos sua resposta
ficará sujeita a alterações indesejáveis ~ 1emperotura e
'ariações de parâ1netros. A melhoria da estabilidade será
demoru.-nada mais adiante nesta seção com um exemplo
numérico. A análise será feita primeiro pelo exan1e da
malha base-emissor e depois pelo l.bO dos resul1ados paro
iovbligar a malha coletor-etníssor. O equivalente CC da
Figura 4.17 aparece na Figura 4.18 com W1l3 separação da
fonte para criar uma seção de entrada e de saída.
~talha basc-<:missor.
A substiwição de Ie na Equação 4.15 resulca em
O agrup31DL·n10 <los lénnos resulta cm
- ls(Ra + <fJ ,_ 1>RF> + ''cc - \'sr= O
A multiplicação por ( 1) resulta cm
Malha base-emissor
A malha base-emissor do circuito da Figura 4.18
pode !ierredesenhadacomo mosua a í1guro..t.l9. Aaplicação da Lei das TetJsões de Kirchhoffpara tensões ao longo
da 1D3lha iowc-0da. no sentido horário. n.-sului na equação:
e o cáJculo do valor de 18 fornece
Vcc - VaF
la=-----RB + ({3 + J )Rt
(4.17)
{4.15)
Lcmbrc·SC de que mcnc1onaml>!> no Capitulo 3 que
(4.16)
Figura 4 .18
f.:.qu1valente CC d.J figura .f 17.
Obsene que a únicn diferença entre essa equação
para J, e aquela obtida para a configuração com polariznção fixa é o 1mno (/J + l) R,;.
Lm resultado tnteressante pode vir da Equação 4.17.
se ela for utiltmda para esboçar uin circuito em !>Cne que
retome à mesma equação. l::.sse é o caso do circuito da Figura 420. ~ ~lv1do para a corrente'• resulta na~
oquaç-Jo obud3 antenonnente. Ob crvc que. mdcpcodcntemcnté da tensão b:bc-cmissor V8 c. o rcsi!)1or Rc é n;Jktido
de volta para o circuito de entrada por um fator (jJ-1 ). Em
outras pala"'raS, o re<>.i.stor do emissor, que é parte da malha
coletor-emissor, ~aparece co1no" (/J + 1)R._ na malha b:sse-emissor. \'istoquepé geralmente 50 ou mais.oresistordo
emissorapa1euta o;;ermuito maior 110 circuito de entrada. De
modo geral. pon.11lto. para a configuração d:i Figura 4.21.
j R, = Cfi
+ 1)Rg 1
(4.18)
154
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
+
'
+
lc
-
-
-
-
Figura 4..20 Circuito derivado da Equação 4.li'.
Figura 4.22
8
enquanto a tensão do coletor pnni o terra pode ser detef'minada n partir de
fJ
e
Figura 4 .21
r\ Equação 4.18 se mostrará í1til oa análise a seguir.
l\a realidade. eln proporciona um rnodo mais fócil de
lembrara Equação-1.17. Utiliznndoa lei deOhm.snbemos
que a corrente auavé:. de wn sisten1a é a tensão ID\ idida
pela rcsiSlên<:ía do cítcuilo. Paro a malha base-emissor. a
tensão é f ' 1'. - -" ,,... Os valores de resistência ~o R,, mais
Rc retleudo por (ft -..1). O resuJtado e a Equação 4.17.
Malha coletor-emissor
A malha coleror-e1níssor aparece na Figura -L22.
Aplicando-~ a Lei das Tensões de KirchhotT na malha
indicada. no ~Lido horário. resulta em
Subst1twndo lc a: lc e agrupando os termoi.. temos
l ''a
1 Vc
= \'cr + VE 1
= \'cc -
{4.21 t
lcRc: 1
A tensão n<1 base em relação ao terra pode ser determinada pelo uso da Figura 4.18
1 \'s = Vcc - lsRs 1
1Vs =
ou
,,B, + Vr
(423)
(4-2-1)
EXE\.1PL0 • 4
Paro o circuito de polruirnção do em.issor Yisto na Figuro 4.23. detenuine:
a) 111
b) Í c
e) i'cE
d) l'c
e) l'c
f) J'B
s> v,,c
+ !,{~· + R1J = O
= Vrc - lc<Rc + RFJ
l \ 'c
ou
Valor d-J i1npcdância refletida de Rr
i ·(', - Vc·c
i\1alha cofdOr~i:.~or
1
(4. 19)
..\ notação í'c com .subscrito -;imple<> indica uma
ten.~o do emissor para o terra e é detenn1nnda por
(4.20)
Solução:
a) Equação 4 .17:
20 V - 0.7 V
\ 'cc - \ 'BE
lo=
-l30kfl + (5 1)(1 kfl)
Rs + (ft + 1)RF.
19.3 , ,
481 kO
40.1 pA
=
b) t< -
=
Pia
- (50)(40.l µA)
~ 2.01 mA
Qpit1.do4
+20V
? tíl
430 kO
10 J.lf
l
v.
10 µF
fJ :
)
•
V·
Figur.a
~
23
155
para o 'alor de fJ : 50 e paro um no' o 'alor de p :
100 Compare as \'ariações de 1, e l'ct para o mesmo
aumento de p.
Soluça o:
Ltil1nndo O!> resultados do Exe111plo 4.1 e repelindo-os
para o \.'alor d(! p == 100. obtemos:
da 'nrtaçào de p 11a respo..ta da
configuração rom polari=açào firo da F°tg111T1 ./,7
E{.:·110
50
JJ
T lkíl
TBJ
Polarização CC -
Circuito d~ pol~ esà:\el do mussor
pans o Exemplo 4.4.
Equação 4.19:
J (~ = i.~ ,
l ,(R, +Rr)
= 20 V (2,0 l mA )(2 kQ - 1 k..'!)
- 20 V 6.03 V - 13..97 \ '
d) J'1 - l '< , - f<R<
- 20 V - (2,01 mAX:? k.O) ; 20 \ ' - 4,01 V
- IS.98 V
e) 1c = V(' - v ('L
- 15.98 V - 13.97 V
= 2.01 V
ou ~·e= JERc ::: lr;R,.
c)
= (2.0 l n1A)( 1 kO)
2,0l \ 1
" - I' L
t) ,. -- rar
' =0,7V + 2.0 I V
=
= 2.7 1 V
l c (tnA)
---47,08
50
2..35
4'.08
4,7 1
100
40µ.F
1
r. (J,A)
A corrente de coletor do TBJ aumentou 1~ • de\'ido
a uma '-ariaçào de 100°0 no valor de p. O v-alor de la
permaneceu o mesmo e o f'c1 diminuiu 76• •·
Vrilizando os resulmdos calculados no Ex.empJo -t..J e
repetind<H>s depois paro u1u valor de P 100. temos:
F.jeun do ~w de PTW resptM>ta da et•ifigwr.Jt;ào
rom polun::n4Ylo cio {!fllL)SQr Ju Figwv 4.1...l
J1
l c (111,l)
J',1.
(1
50
' • (JlA)
40.1
2.0 1
13.9-
100
363
3.63
9.lJ
J
Agora a corrente de coletor do ·raJ aumcnl.3 aprox.imadarncntc 81°8 de.,. ido ao aumento de 100"~ cm p.
Obi;er.c que 1. diminuiu, ajudiilldO a manter o \'alor
de lc - OU. pelo men()!>. reduzindo a \miação totnl de
fc dt!';do à \~nação em /J. A variação de 1·ú diminuiu
aproxunadamente 350,'o em relação à variação anterior.
O circuito da Figura 4.23, portanto, é mais esti\el do
que o circuito da Figura 4.7, para a mesma Yanaçào
dep.
g) 1 ·~ = 1'6 -
l'c
=1,7 1 V 15,98V
= - 13,27 V (com polarir.içào rever-a. como
exigido)
Melhoria na estabilidade da polarização
A adição do resistor de emi. sor ao circuito de polari7.3Çào CC do TBJ acarreta uma melhoria na estabilidade.
isto é. as correnles e tensões CC pmnanecem pró~imas
aos valores estabelecidos pelo circuito quando modificações nas condições externas, romo temperatura e betn do
mmsistor. ocorrem. En1bora uma análise matemática s~ia
íomecida na Seção 4.12. u1na comparação dn melhoria
atingida pode ser obtida como mostra o E:iíemplo 4.5.
EX'::• ir1LQ i .5
Prepare uma t.1bela e compare as tensões e as correntes de polarização dos circuitos d.1s figuras 4.7 e 4.23
Nível de saturação
O nível de satur.içào do colclor ou a corrente de
coletor m.i~ima em um projeto de polarinu;ào P<Jdem su
determinados utili7..ando-se o mesmo método aplicado à
configuração com polari7ação fixn: estabeleça um cuno-cin::uito enll'e os terminais de coletor e emissor. como
n1ostra a Figura ..t..24, e calcule a corren1e do coletor
resultante. Para a Figura 4.24
Vcc
(4.25)
A inctu:.ào do resistor do etnissor leva o ní,el de
saturação do coletor para um valor abaixo do oblido com
uma configuraç-Jo com polarização fixa utiliz.ando o mesmo resbtoT de coletor.
156
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
PtiatoQ
/
11-----~~-=-- •o
Re
o
figura 4.24
Detcrm1nação de/,
pabri.raçio e.t.1\ cl do cm1s~or.
'
p3111 O CllLUJlO de
F:1 L·-i
.lr
R.:u Je ~para a configuração de
polari1açào do em''"""·
EXEMPLO 4.6
Oe1ennine a corrente de sntur:içào para o circuito do
Exemplo -t 4.
Solução:
lc..
=
-
Vcc
Hc + R1
20 V
2 kn + 1 ln
-
20\'
3 L:fi
61>7 nlA
que e aproxi~damente três 'ezes o valor de I do
9
Exemplo -t.-t
An il:s,... ':'>Or ret:i de carga
\ nruilise por reta de carga do circuito de pol:ui7,açào
do em1;;'-0rdifere pouco daquela utilimda para a configuração com polarimção fixa. O valor de 11 dele'lllinado pela
Equaçào-t.17 define o valor de/ 1 nas CUl'\2'5 carncteristicas
da Figura .i 2S (indicado por laQl
A eqLl.'.lçào para a malha coletor...emis'°r que define
a reta de carga é
coano rno~tra a figura 4 2S. Valore~ d1ferentQ de J ,
moverão. é claro. o ponto Q para cima ou para baixo na"
reia de c~a.
EXEMPLO 4.7
a) Trace a~~ de ouga para o circuito dn Figura-1.26(a)
nas CUf\ ª' aracteri,tita\ p:lra o transístor que ap3rece 0.1 Figunt 426(b).
b) Para um ponto Q na intel'eÇào da reta de carga com
un1a corrente de base de 15 /lA. detennine os \-alore:.
de 1, (1 e rr°1.J•
e) Dctcnn1n1! o beta cc· no ponlo Q.
d) Usando o beu pata o circuuo detenninado no atem
(e). calcule o 'alor de eJado de R11 e indique um
posi;ível valor-padrão
So luÇdO:
a) Doa~ ponlo!> sobre a:. c~as caracterii.ticas são necc!)Wios para desenhar n reto de carga.
E1n 1<T O\':
\'cc
lc = - - - 1.2 LO + 1.1 kO
Rc + Rc
A
~-olha
Je lc = O rnr\ re:.ultn em
·•· -- \'eC 1lc =ll mA
\'C.r,
(4.26)
18 V
18 \'
3_\
L;{l
= 5.45 mA
F.m /l - O m \ : IQ:- J«"< IR V
A reta de carp rNJltante aparece na Figura 427.
b) A (l3n1r da" c:iracteri,ricno; da Figura 4.17. determinamos
como obtido para a configuração com polariz.açào ÍL\a.
Escolh\!1\do I ra= O V, temos
l'c.c ,
e)
a 7.S \ '. l cfJ ::. 3.3 mA
o heta cc re-.ultante e:
1
(4.27)
'\JmA
15 !lA
= 220
Qpit1.do 4
157
Polarização CC-TBJ
Vcc= 1 \'
Rc
,
25µA
·-
•
~w
5
20µA
f
o ,.,.
.1
e.
15µA
)
r o
3
e,
Ili µA
.,
:1 µA
RE
1.
w
1
o
·Figura 4.26(a)
(~ircuiio
111 =0µA
para o E-.emrto-t7.
5
Figura 4.26(b)
15
10
E'\cmplo4.7.
1 / cl mAJ
- - - - - 3() llA
6
5.~ mA
"'
lc =3.3mA3 .
º
1
o
>/
\ 'ti = 7,5 V
10
15
\
20
\~F
\ 'rr: H! V
"
Figura 4.27
f.xerr1plo -l.7.
d) Aplicando a Equação ~. 17:
la
Vcc- VnL
= ---=-"---~R8 + (fl + l)RE
4.5 CONFIGURAÇÃO DE PQLARIZAÇÃO
POR DIVISOR DE TENSAO
18\' - 0.7V
--------Rs + (.,10 + 1)(1,1 kfi)
17~1V
e ISµA
17 ~1 V
= Ro + (221)(1.1 kn) = RB + 243.J k1)
de modo que ( l511A)(R8 ) +- ( 15 µA)('.?43.1 Ul) "° 17,3 V
e ( 15 uA)(R~) - l 7.3 \ -3.65 V - 13.65 \ '
resultando em
Rs + 13.65 \ ' = 910k!!
15 uA
1'as configur3Ções de polarlzação antenore:.. n corrente lc1,1C a t.elbào 1cr"de polarização eram uma função
do ganho de co11ente p do Lransistor. No entanto. como P
é scmiv~I à Lem}>\.-ratura, pnncipaJmcntc L+m tr.m.sistores
de s1hcio. ~o \.:tlor ex.alô de bela gcmlmL-ntc não e bém
definido. seria deseJa\el descnvOl\cr wn ctrcUllO de pob·
rinçào m.mos dependente, ou, na verdade. independente
do beta do tnm. istor. A configuração de pol:trizaçào por
divisor de tensão da figurc1 4.28 é um circuito como eo;se.
Se analisado pceci.;amente, observa-se que a ~nsibilidade
às \11riações de bem é bem pequena. Se os parâmetros
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
158
Rc
R1
1
C1
)
v, o
o"•
C1
R1
Analise exata
Rc.
fígu ra 4 . 28
O segundo é conhecido como nu!todo apro.\i1tuulo, e pode
apenas ser utiliz.ado mediante condições especificas A
abord<l!!ein apro'1mada penn.ite un1a análise mais direta
corn econonlia de tempo e tmbalbo, e é particularmente
útll em projeros que saio descritos em u1na outra ~­
De modo geral, o método aproximado pode ser aplicado
à ma1ona das !>ttuaçõci. e. portanto. deve ser examinado
co1n o 1nes:mo 1nt~ que o mé1odo exato.
Configuração de polariza~o por dh. isor de
tensão.
do circuito forem escolhidos apropriadamente. os nheis
resultantes de / <p e J'c1 '-' poderiio ser quase tolalmeote
Para a análise CC. o cu·cwto da Figura 4.28 pode
ser redesenhado como mostra a figura 4.10. A seção de
enLrada do circwto pode ser redesenhada como mo!>Lnl s
i:igura 431. para anih.:.e CC. O circ~ito equ1vale0Lc de
Th6vcnin para o e1CCuito ã ê.qucrda do 1cnn1na1 da ba!>C
pode ser determinado do ~guintc modo:
R1n: a fonte de tensão é :.ttbl.-iituídn por um curto-circwto
equivalente. como tDO:.tra a Figura 4 .32:
independentes de beta Lembre- e de que \imos em discussões antenores que um ponto Q é definido por um\ alor
fL'<O de J,'.!e l ~ct'· como mostra a Figura ..J.19. O \alorde
111! 1 :.era modificado com a variação de beta. ma.s o ponto
de operação nas cur\'as caracteristlcas defirudo por 1, e
0
1crp podttá peultdllecer fixo, se forem ttnpregados o:.
par.imch'th upropnados do circuito.
ComoJª foi o~crvado, há dolS métodos que podem
scrcmpregados na análise da conliguraçãocom d1\1SOrdc
1 Rn. =
R1 R1
(-l.28)
tcn'lào. :\razão para a escolha dos nom~ para ~sa configuração se tomaràóbvia na análise a ~guir. O pnmerro
item a ser introdU7ido é o "'éroáo exalo. que pode ser
aplicado a qualquer configumçào com di,·isor de ten'lào.
Rc.
lc
Fi Jll a
1
-
r
- ,,_________~º~'~~--=-==
--
V
r
,
----
13
divi:.or de ten:.lo.
..
(~fgnOOJ. )
1
1
1
1
+
.
1
1
1
1
1
1
---
V.CE
Definição do ponto Q para a configuraç-Jo de
polariT.aÇão por di\ 1sor de 1en<1.10.
Figura 4 .29
,,
8
Rr
i
o
('o~ CC dn configuração com
Figl a "
~1
Figura 4.28.
Dc..cnl:io n:fcito do circuito de ontrnda d3
que o numerador é novan1en1e uma diferença entre dois
níveis de tensão e o denominador é a resistência de base
mais o resistor de emisM>r refletido por (jJ ... 1)-basunte
se1nelhan1e ã Equaçã<> 4.17.
Uma -.ez que 1. e conhecido. as quantidades resmnres
do circuito podem ser detenninadas do mesmo modo que
para a configumcão de polarizaçilo do errus.sor.. h10 é.
-"='
D~tcnninaçiío de Rnr
Figura 4.32
Erh: a fonte de tensão l ',r retoma ao cm:wto. e a lensào
Th~vcn1n de circuito aberto da F1~ 4.33 é dctt.'tlllinada
como segue:
Aplicando a regra do di"tsor de tcn.i;ào. temos
-
En =
(4.29)
O circuito de Thévenin é enlào redesenhado. co1no
mostra a Figura 4.34. e I,{l pode ser determinada prin1ei-
ramente peln aplicação da Lei da" Tensões de Kirchhoff
no sentido horário. para a 1nalha indicada.
l i 'cc = Vcc
l.fJ ~ 1)/• e o cálculo de
- lc(Rc + RE>
1
(-t.31)
que é exatamente igual à Equnçào 4.19. As equações
restantes para J'c· l'c e J', 1:8Jnbém são obtidas da meilll3
maneua para a configuração de polanz.ação do errussor.
EYE 11PLO
Detenníne a tensão de polarização CC 1·<~ e a corrente
Je para a configuração com d ivisor de tensão da figura
4.35.
Solução:
Eqwição 4.28·
Rn.
A substituição de !,, =
159
Polarização CC -TBJ
Qpit1.do 4
= R1 R'!
<39 kfl><3.9 kn>
39kfl + 3,9k0
-
/~
= 3.55 kfl
resultam em
I.:.quação 4.19:
I
8
-
F.ni - ' 'BE
R111 + fft + l)RF.
(4.30)
En
Embora a Equação 4.30 micialm.,'Dtc se mostre ddi.."n:ntc db equações dt.-scnvol\ 1d.a!> anlcriorm...'TIIC, observe
R2Vcc
= R1 +
R2
(39 kfi)(22 V)
- - - - - - - - ., V
39k!1 + 39k!l - ...
EqMção-tJO:
+
+
+
R••
-
-
En - \ '&
Rn .,. <JJ .... 1)Rr
:?\ - 0.7V
J.3\
355U1 + (101)(1.5kfl )
355lf! + 15151..fl
---"""-----'=--
= 8 _'8µA
Figura .33
l 11 •
lc
Detcnnirlllção de Enr
=Pia
= ( 100 8_'8 µA)
= 0.84mA
8
+
-=- .i:.,,,
~
F..quaçào 4 J 1:
1,.
VcF. = Vcc - lcCRc + RF.)
--
= 12\' - (0,84 mA)CIOk0 + l.5kflt
figura
4 .34 Inserção do circuito eqtm-alcmc de Tbé,cnin.
= .,., \' - 9.66 V
- 12.34 \ '
160
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
+22V
+
IOkQ
1, ~
--
,., ----t)1r.---.,_----1
(
\-"CE
R1
'••
Vcc -
IOiú
+
JOpF
'• J
V
•
+
4
12 ~
1
R2
'"J
JJ=IOO
R;»ll1
c11 12 >
=
-
3.9kQ
Rt
Fig1... a ~ .,6 Circuuo p:ucial de polari:mção para o cálculo
da ten'!ão apro:\imad:l de! base r;,.
F:C" lr.J 4. 3~
E."<empk> -1.1\.
Círcuito estabilizado em relação 3/J do
e a corrente de emis;;or pode er determinada a partir de
(4.35)
Anf:'"se aproximada
A seção de entrada da configuração com di'isor de
tellSào pode ser representada pelo circuito da Figura 4.36.
A ~hli:ncia R, é a ~tência cqwvaJente entre a base e
o Lerra para o irnnsistor con1 um resi tor de emiswr Relembre-se. da Seção 4.4 (Equação 4.18). de que a resísténcia rcílcbda entre a ba.'\C e o cmiSM>r e definida por R
=- {jJ - l )R . Se R, for muito 1naior do que a re<:Í<ilêncin
R:. a COrretlte 111 será muito menor do que 1: (a corrente
sempre procwa o caminho de menor resistencia ), e f.: será
aproximadamente igual a / 1• Se aceitarmos a possibilidade
dt.: que J ê prollcamente zero em relnção a I ou'=· entJo / 1
= f:. e R, e R; podem ser considerados elcmcntll<i em serie.
A 1ensào atra,·és de R,. que é. na verdade, a tensão de base.
pode ser determinada por meio dn aplicação dá regra do
di,isoT de tensão (dai o nome para a configuração). Isto é.
e
(4.36)
A tensão coletor-emissor é detenninada por
1 ~1:
Como R = (jJ + 1}Re ""' PR1.. a condição que define
se o mttodo apro:ttimado pode ~cr apJicado é
(433)
Em ootra5 p.'tlavras. se o valor de Pmultipltcado por
R, for no mínimo l O vezes maior do que o 'aJor de R:. o
método dpro:<.imado pode ser aplicado com aJto grau <le
precbào llôS ~"Uluidos.
Uma \CZque 1'8 está deremunado. o \'alord~ JcpOOC
~ calculado a partir de
(437)
Observe que. na ..;cquencia de cálculos da Equação
4.33 até a Equação 437./1 não aparece e 18 n:io foi cal~
lado. O ponto Q (dcrenninado por/< e í'ccJ ê, ponanto~
independente do valoT de /J.
4 .9
Repita a análL...: da Figura 4.35 utiliz.ando a têcnica
aproximada e compare as soluções para lc" e 1·<:Le·
Soluçao:
Testando:
JJR1:
(100)(1.5kfl>
>
IOR2
2:
l0(3.9k0.)
150 kfi
?
19 kO (slltisjeira )
Equação -t.32
R'!Vcc
Va= - - R1 T R-.
(3,9 kfl)(22 V)
=
(434)
/< R, - l1R1
mas. uma vez que Ir ==- lc.
EXE~1PLO
(4.32)
= f~ -
39k0 + 3,9k!l
"l , ,
Qpit1.d o 4
Observe que o valor de ir, é igu:d ao \-alor encontrado
pata Eno no Exemplo 4.7 Essencialmente. portanto, a
principal diferença entre as 1écnicas e.'tata e aproxjmada
éoefeíto de RTh na análise exata~ dis11ngue ETh de V,,.
Equação 4.34:
V1::
= V9 -
VE
J_1\'
fcQ ~ fc = - =
Rc
15 k{l
= 0.867 mA
TBJ
161
Tabulando os resultados, ten1os:
F/eim da n1rialçür1 de /J no rr1spo_ç1n da ronjiguruçi'n
('r1"J
áilisor de tm~iiQ da Figwu 4.J)
fJ
VBE
= 2 V - 0.7 \ '
= 1.3\f
Polarização CC -
,, ctg fl1
l ca (111A)
100
0.84 mA
11.34 ,.
50
0,81
l:!.69'
lllJ\
o~
n.-sultado mostram claraml.'Jtt~ a imunidade do
c1rcuito com relação a variações em {J. Embora Pseja
drasticamente reduzido pela metade.. de 100 para 50.
os "-alores de f, ll e i ,~Q são basicamente os m~s.
7
comparado a O.84 mA obtido pela :ináhse exata. Por fun,
\'cEe = Vcc - lc(Rc + Rc)
= 22 V - (0.867mA)(10 L.\ + 15 k!l)
= 22 V - 9.97 V
= ll,03 V
\'entt~
12.34 V encontrado no E:ttemplo -t8.
O:, resultadoi. para Í cu e rª11 cena.mente são próximos
e. rendo em vista a variação real nos valores dos parâmetros. un1 pode ser oon!-.1derado tão preciso quanto
o oucro. Quanto 1naior o valor de R. comparado a R"!.
mais próximas ficrun as soluções exata e aproximada.
O E.'<Lmplo 4.11 co1npara as sol~ cm um nível bem
abaiT(o das condições estabelecidas pela Equação 4.33.
·ota importante: revendo os resuhndos obtidos para
a configuração com polarização fixa, verificamos que
a corren1e diminuiu de 4.71 mA parn 2.35 mA quando
beta caiu de 100 para 50. ~a configuração com di\isor
de tensão. a mesma mudançn de bew resultou apenas em
uma mudança ro corrente de 0,84 1nA a 0,81 mA. Ainda
mais notá\el é a \ariação em Vcro para a configuração
de polarização fixa. A queda de beta de 100 para 50 rei.ultou \!tn um aumento na tensão de 1.64 V para 6.83 \1
(uma v3n3çào de mais de 30o<'/o ). Na configuração com
dt\ isor de tens.lo_ o aume1110 na ten:r..'io foi apenas de
12..3..i \ para 12.69 \ 1• o que represcnia uma mudanc;a de
mCOOl> de 3º .. Em resumo, portanto, a alLCraçào &: 5~ó
de bcUI l"C'!>ullou cm uma altcr.içào 5.upcrior a 300-. cm
urn panimctro importante do circuito na configuração
de polanmçào fiu e infenor a 3% na configuração com
divisor de 1ensão, uma diferença significnti,-a.
EXf\1PlO 1 1O
Repiro a análise exata do l:.xemplo ~ .8 com p reduzido
a 50 e compare as soluções para lcq e l ~Le·
Soluçao.
Ei.1e C."\etnplo não é wna comparação entre os métodos
C"(ato e aproxin1ado. mac; um teste de quanto o ponto
Q se moverá caso fJ seja reduzido pela metade. Rn e
E~ são os mcs1nos:
RTh = 355 kfl: ,
E111 = 2 \ '
F.111 - VBE
Is=
Rni + (/J + l }RE
-
2 V - 0 .7 \ "
355k!l + (51){ 15k{})
1.3 V
~-----~
3,55 kO + 76,5 lO
satisf ei111s. e o-. resultados revelarão a diferença na
solução~ o critério da Fquação 4.33 for ignorado.
Solucão:
Análise euto:
Equação -tJ 3 ·
flRc
- (50)(16.24 µA)
= 0.81 mA
= Vcc - fc(Rc + RE>
= 22V - {0,81 mA)(JOk!l + l.5k!l)
= 12,69 V
~ IOR2
(50 ~ I.:? k{l 1 ~
00 lfl
Rn
16.24 µA
leu = fl /IJ
\.'e~
EX(' 1PLO " 11
Determine os \alon.~ ele lc(} e VªQ para a configuração
com di' 1.....or de tensão da Figura 4.3 7 uulizando ~
Lécnicas nara e aproximada, e compare as soluções.
Nes.<re caso. a"i condições da Equação 4.33 não çcrào
En.
~
líJ( 22 kil )
!20 lJ1 (ru1o ~uri:./eila)
= R1 R~ = K21.fl l! 21L.fi = 17.J51..fi
=
I -
ª-
R1\'cc
221..flt IR\' )
Ri ,. R1 - 82 kn + 22 kfi
Ena - \lat
Rn + fil + 1}RE.
3.81 V - 0,7 V
1735kll + (51 )( 1.2lfi)
=--------
7
3.11 V
g ~_, n
-~IUL
=39 ,6 µA
= J ,8I \'
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
162
18 V
S,6W
12 t:O
t '·
10111'
+
)
v, o
22t.D
4 .3 ~
º"•
~ªo l'J - 51:1
10p.F
~igura
(
1.2 ill
Configuração com dh1sor de «mão para o E."letnplo 4. l I.
l c<J =
PI8
= (50)(39.6 µA)= l,98m..\
VcF.c.> = Vcc - lc{Rc
:::; 18 \ 1
-
+
Rc)
(1.98 mA)(5,6 J.Q .,. 1.1 kD)
cu.ito com polarização de emissor analisado na St.'Ção 4.4.
A equação rc~ultanh! para a corrente de saturuçâo (quando
VcE é ajustado para O\' no esquema) l!, portanto. a mesma
obtida para a configuração com emissor polarizado. Isto é..
= .i.54 V
(4.3 )
\'s = ETh = 3,81 V
\'E ;: VB - \'si = 3.8 l V - 0.7 \ ' "' 3.11 \ '
lc
u
\'céQ
i!l
/r "'
"'
~ "'
Ri
J.l I V - 2 c9 mA
1;l kO - _,
= Vcc - lc(Rc + RE)
= 18 \ ' (2.59 mA)(5.6 l..fi + 12 kfi}
= 3.83V
Análise por rela éc ca ga
As semelhanças com o circuno de saída da configuração com polanz.ação di! emi""or resultam nas me~llla!>
interseçõe:. para a n.>ta de carga da configuração com di\ lsor de ti:nsão. Logo. a reta de carga aprescnta.ci o m~o
aspccto mo!.trado na figura 4.25, corn
Tabulando os rt.~ultados. temos:
(4.39)
l er! ("IA)
f."a10
l,9K
1\prOXimado
:!.59
-
Os rcsultndos revelam a diferença entre as <;0luções e-.:ata
e apro~im:ida. f,. é cerca de 300CJ nmior com a <;0fuçào
11
apro'timada. enquanto f'cFct cerca de l OC?í. menor. Os result:idos apresent.,m valores notad:unente diferentes. mas.
embora PR~ seja quase o triplo de R.. os resultados ainda
são basicamente os 1Jlesn1os. Futuramente. porem.~
anális4! será orienUlda pela Equnção 4.33 p:ua assegurar o
similaridade entre as soluções exata e aproximada..
Saturação do transistor
O circuito de saida coletor-emissor para a configuração com df\i sor de tensão tem a mesma a~rênci;i do cir-
1l'cr = Vccl1 nrtt/\ 1
e
(4.40)
o
valor de la e. oh\ iamente. detenninado por
equações diferent~ para as configurações com di'1~r
de tensão e polari.mção do emi~or.
4.6 CONFIGURA~O COM
REALIMENTAÇAO DE COLETOR
Podemos obter uma melhoria nn estabilidade do
circuito introduzindo uma realimentnç.1o de coletor para a
base, como 1110 tra a Figura 4.38. Apesar de o ponto Qoào
ser total mente independente de beta (n1esrno sob condições
aproxin1odas), a seru.ibilidade a variações de beta ou da
Qpit1.do4
Polarização CC -
TBJ
163
aproxim:lçào /,~ ::: I é normaln1en1e empregnda. Substituir
/[::: lc - PI. e Ir ::: /< resulta en1
Rc
~ lc
, ., o
~
1
(
'I
R,.
o ,.,,
e,•
+
Juntando os cermos, obtemos
'
C1
e o cálculo de J. resulta en1
Figura 4 .3
(4.41)
CircuiEo de pol.ari7;.lçâo CC com
reahmenmção de tensão.
temperatura cosnrnw ser menor do que aquela e'Ustente en1
configurações com divisor de tensão e emissor polarizado.
'\o,·arnence. a nnãl ise será refeita. em primciro lugar. pela
análise da malha base-emissor e. em seguida. pela aplicação dos resultados à 1nalha coletor~missor.
Malha base-emissor
A Figura 4.39 mo mi a malba base~missor para a
configuração com realin1enração de tensão. Aplicar a Lei
das Tensões de Kirchhoffao longo da malha indicada. no
sentido hororio. resulta em
Esse resultado ê bastante interessante. pois o formato é muito parecido ao das equaçõe:. para 1 obtidas
nas configuraçõe:. an1eriores. O numerador é no\ am~le
a diferença encre tensõesdisponíveas, enquanto o dcnouunador é a ~u.tcnc1a de ba:.e mai!) os ~•i.tol'b de cotttor
e cm1...sor reOcud~ por beta. De 1nodo geml. portanto. a
rcalnncntaçio n:sulta na reOl.lxào da rcsistênc1a Rr de "olta
para o c.1rcuito d~ entrada, ussi1n como da ~istência Rc.
NonnalmcnLC. a equação paro 16 tem o formato a
seguir, que pode $er comparado com o resultado das configurações de pol:ui7.aç.ão lixa e de emissor.
V'
Is= - - - R1 + /JR'
f\a configuração cem polarizaçào fixa, PR 'não existe. J\a estrutura com emissor polarizado (com p + 1 ::: p).
É importante observar que a COJ rente atra\'és de Rcnão é lc. mas 1: coode 1:= /< + 111) . ~o entaruo. os valores
de /e- e /; são muito maiores do que o ,aJorusual de 18' e a
R' = RF..
\ 'is10 que lc-· Pia.
I
+
Rc:
~ 1,
+
+
"c c -=-
-
l'
G'•
,.
+
+~
Rc
-Figura 4.39
-1..38.
Nlalba base-emissor para o cin:uito d:l figura
-
Ce -
PV'
V'
- --Rr + {JR' -
De modo geral. quanto maior for R •quando comp3.-
rado com~. mai · precisa a aproximação
fJ
lc
V'
ú
== -R'
O resultado é uma cquaç8o com auséncta de p. a
qual seria bastante está"·el para ' 'ariações em fl.\ íw que
R ·costuma ser maior para a configuração com realimen·
taçào de remão do que para a de polari7.açào do cmis<;<>r,
a senSJ"bi1icbde a variações de beta é menor Ob,"iamenle.
R ·é igual a OQ para a configuração e-0m polari?aÇào fi~a
e. pomuuo. muito '>Cosível a variações de beta.
164
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
Malha coletor-emissor
IOV
,\ m:úh:l colctor-emisM>r para o circuito d:1Figura438
é mo<;trada na Figuro -L40. Aplicando a l et cb.s Ten.o;ões de
KirchholT 110 longo da malha indicada, no sentido hor.irio,
~)1.0
r---"'N"- - + - --11(r ---o 1••
lCIJl(h
111,...
1
'"•a-o-~1 ------~
IOµf
lc(Rc + RFl
+
\ 'cE -
1.2 kU
\'cc = O
-
(-l.42)
e
Flgur 4 .4 1 Cin:uito p..m1 o Ex.:1nrll' 4 12.
que ê e'8tlnle'me o resultndo obtido p:ua as configurações de
polarização do emissor e polarização por dl,i sor de rens;lo.
lé ~
= 10 \ ' - C1.07 11AX4.7 l.{l + l .2 li2 l
= 10 \ ' - 631 \
+
Rr
:::: 3.69 , ,
-
[Xl \1PLC'
Repita o F\.cmplo.J.12 utilizando um beta de 135 (500 ._
maior do que ,o E'ter1111lo 4.121
-
-Figura 4 .40
~falha colctor-c1ni""°r para o cimrito da
Figura 4.3X.
EXEMPLO 4.12
Dctcrminc o~' alorc.-, qutc'>ccntc~ de fc e J'crc,i para o
0
circuito d.i Fi\?Ul'll 4.41.
Soluç -...
Equação 4.41 :
-
111
Soluc t)
É imporunce observar. no cálculo de r, do F..'te111plo
4.12. que o ~ tenno no denominador da equação é muito nmior do que o primeiro. Lembramos
que. quanto maior for o segundo termo e1n relação ao
prin1e1ro. menor será a 'en,1bil1dade a varioçôes de
beta. e:.ic e"emplo. o \.alor de beta é au1nen1ado em
50°10. an1pliando ainda mais a diferença do segundo
1ern10 e1n rela~o ao primeiro No entanto. ê mais unponante obs.en ar nesse:. exemplos que. un1a \.CZ que o
segundo termo é relati' illllleute grnndc ern comparação
ao pnmeiro. a SOli1billibde a alleraçõe~ em beia ~era
s1gn1 ficatt\ amerue ~
Calculando/_. K"UIOS
\'cc - VJIF
111
= - - - - - --
R, + /3CRc + Rt>
10 V - 0.7 \
= ---------250 Ul + (90)(4.7 l..O ~ 12 L.fl)
-
= 11.91 JlA
fc0 = Pia = (9<>)( l 1.91 µ ..\)
- 1.07 mA
\'cf-t>
= Vcc -
lc<Rc + R1>
\'cc - \ 'sE
= Rs + /J<Rc + R1-)
10 V
0,7 V
=---------!50 L:íl + ( 135}(4.7 kil + l .2 kll)
1
93 V
!5'lk!l + 531 l..fl
13
-
9.3 \
781 L.0
9 _, \ '
250L.n + 7%.Skn
- 8.89ttA
•
e
lctJ == íJJtJ
= <135){ .8911A)
= 1.2mA
-
9_1 \'
I0-16.5 lO
Polarização CC -TBJ
Qpit1.do 4
e
\'ct:"
= Vcc -
165
llf \
lc<Rc + R1:.>
- 10 V - ( 1.2 mA)(4,71..{l + 1.2 kú)
l.J l..Q
- 10 \ ! - 7.08 V
91 lQ
== 2.92 V
Apesar de o valor de P ter !)ubrdo 500 .. o \tllor de Íc
"
apro:timadamentc 20.9~u. Se o circuito foi!: projeta·
auntcntou apenas 12. Jll11. enquanto o de J 'cc diminuiu
-
-
r, o-o
JIJ
"'
-1)1---
I
(
RF
1011F
1 ____...__....:...J
.._
do com polariT.açào lixa., um a~cimo de 500,'o em fJ
resultaria em um au1nen10 de 50-• em /t e em uma
o '"
JJe 7~
510 o
mudança dnistica na posição do ponto Q. <
EXEJv1PLO t.14
Determine o valor CC de '• e J'<. para o circuito da
IOµF
110 lO
-- -Figul".a 4 .4.. Circuito para o Exemplo 4.14.
figura 4 .42.
Solução'
ca."i-0, a resistência de base paro a annlise CC é
composta de dois resistores com um capacitor conectado entre a junção desses resistores e o terra. No modo
CC. o cap<icitor assume o circuito aberto equivalente,
e R. - R~ 1 .... R,.z.
üilculando 18 , rernos
K~
Vcc - VoE
Ra + {;J(Rc + RE)
Is= ~------'-"--
lSV - 0.7\
<91 kn + 1 to kfl> "'" <75>(3_l s.n + o.51 .kfl>
173V
= -201 k.O +
= J5S /I A
17.3V
285,75 kfi
= -:t°86.75 l.:O
AnalisP por r"t-1 de carga
1:
Dando prosseguimento à aproximação = /e. lemos
a mesma reta de carga das configurações con1 di~isor de
t~são e polariz.ação do emissor. O valor de 1-e sera defin1do pela coo1iguração de polarização escolhida.
fX r..:'P'O 4 .15
Dados o circuito da Figura 4.43 e as curvas carncteristica.s do TBJ da Figura 4.44.
a) Trace a reta de carga para o circuilo sobre as curvas
característica:..
b) Determine o beta CC na região central das ClU\8!> cnracteristicas. Defina o ponto escolhido como o ponro Q.
e) l:sando o beta CC calculado no item (b). encotllre
o 'aJor CC de /,_
ic = PL8
= (75)(35,5 µA)
d) Detennine l c" e ÍccQ·
= ?,66 mA
\'e = Vcc - 1/: Rc
=
Vcc - lcRc
36V
= 18 V - (2,66 mA)(3.3 k!l)
= 18 \f-8.78\'
z7 l.Q
= 9,22 \ '
IOpF
300 1· .il
R,
Conéições de saturação
IOµF
Com a utilização da aproximação/(• /e. verifica1nos
que a equação para a corrente de ::.aturação é a mesma
obtída para as configurações com di\ isor de tensão e
(
Rt
l-
o "'•
10 µF .
,., º,_____,,••.- - - - ,ii--- - - - - _ _ _ : ,-1
=1 50 µ1-"
-'=' --
polarização do emissor. Isto é.
(4.43)
figur.11 4 .4,..
Circuito para o Exemplo 4.l5.
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
166
e) L!>ando a~ 4.41 :
60 µ.,\
''cc -
\'e·
- 1.->
+=-R
-=
P_CRc
R_s _+-....;..=..
ls = _
IS
- 510kfl +
10
0.7 V
248<2.71.{l + 330{})
\.
= - - - -- -- -
·- - - - - - - 4<lp.A
~SJ
,__- ----.30µA
·- - - - - - - -
36 V
510 l fl - "'51.44 lfl
353 \ '
e 18 = - -- - = 28 11 A
~p.A
1261
~1n
r,..~----~--~~~~--- IOµA
:![....-~-~---:----:--- oµ..\
d) c·om b~ tl.1Figura4.45, o~ valore~ qwe:.cerues são
1
1
o
figura 4 .44
Curvas caractcrí'licas de TBJ
4. 7 CONFIGURAÇÃO SEGUIDOR
DE EMISSOR
Solução:
a) A rei.a de carga ei.tá troçada nn r'igura -1 .45. como
dctcnnioam ~seguintes 1ntcrst.-çõc~:
\'cF.
= o v· lc = Rc''cc
+ RF
36V
-2.7 kfi
n
330
+
lc = O mA: VcE
= \ 'cc
= ll.88mA
- 36 \
b) O beta CC foi dctcnnuiado )l\:lo uso de/•= 25 µ.Ao. e
l "cc com cc~ de 17 V.
A-. ~çõe!. 311tcriore:s ~'fitaram configurações cm
que a tensão de ~ida ê normalmente rct1rnda do terminal
coletor do TBJ. F~ "--vlº e:<aminará uma configuraçào
na qual a ten~ de saída é retirada do te1minnl en1i.;;sor.
corno moc;tro a Figura -t..t6. A configuração dessa figw-a
não é a única cm que a l~~o de .;;aidn pode o;er retirada
do temlinal emissor. '1,a \cnbde. qualquer u1na das configur:iç~ Já descrit.a!> pode ser usnda. desde que haja l.:ll
res14'tor no rumo er.ussor.
O equivalente CC do circuito dn Figura 4 46 .i:parece
na Figura 4 47. Aaplicaçãoda Lei llb Ten:.õe:.de Kirchboff
no ~ircuito de entrada ~uharo e1n
6,2 n1A
2511A
figura 4 .45
Dcfirução do pon10 Q p:i.ra a confi~ de pol1lri.l41.çào por ui"isor de tmsiio d:t Figuro 4.43.
Qpit1.do 4
e,
)
)";o
tJ:: 90
\'; o
Ra
e,
)
10 J.IF
C1
(
167
TBJ
Polarização CC -
e,
24-0 itn
º"º
---~(
º"·
tOµF
- 1'1.1:
Figura 4 .46 Configuração de coktor-romum (seguidor de
Figura 4.48 Exemplo4.16.
emissor).
-
e Equação .a.45:
\'ct(, = \'a - IERE
=
=
=
=
/f:v =
+
- \'a
Figura 4.47
\'u -
<P +
20 \
(90
1)loRL
+ 1)(45.73 µA)(2 L:íl>
:?O V - 8.32 V
Jl.68 V
(/J +
l)/B - (91)(45,73µ.A)
= -l.16 OL'\
l::.qu1valente CC da Fíg;u:ra ..J.46.
4 .8 CONFIGURAÇAO
(P + 1)18
181?.8 + (/3 +
e usando Í c =
J)/af?.F. =
VE.F. -
BASE-COMUM
A configuração base-comuin é única o.a medida em
que o sinal aplicado é ltgado ao tenninal emwor e a ba!>e
i'BF.
está no potencial do terra, ou ligeiramente acima dele.
de modo que
' - -----+ (/J + l
Vu - \'BC
8 -
RB
IRc
(4.44)
Paro o circ\1ito de saída. uma aplicação da Lei das
Tensões de Kirchhotfresultarã em
VCF.
Trata-se de uma configuração comu1neme usada porque.
no domrnio CA. ela tem uma impcdàncià de cntrnJa muito
bni;o;a, uma impedãncia de saída nltn e um bom ganho.
Um3 upiea configuração base-comum aparece na
Figura 4.49. Note que duas fontes são usada." ncs....a contiguraçào. e que a base é o terminal con1um entre o emissor
de entrada e o coletor de saída.
O equivalente CC do lado de entrada d3 Fieura 4.49
aparece na Figura 4.50.
It Rc. ·· l 'F.F. = O
Aplicar a Lei~ Tensões de KarehhofT ~ullar.i cm
e
1 VcE - Vu, - llflE 1
(4.45)
E: '(E\ IPLO 4.16
Delennine l'cie e Jf !J no circuito da figura ·t-l8.
Solu çJo.
Equação 4.44:
,,,
Rs
+ Cfl + l>Re
20 V - 0,7 V
240 l..!l + (90 + 1)2 k{l
=-
1-\ plicar a Lei das Tensões de Kirchhoff i malha
externa do cimJito da Figura 4.51 resultará em
Vn:- - V11r
:::
(4.46)
19.3 V
421 k1} = 45,73 µA
193V
2.W l..fl ~ IK2 li.!l
e resol\endo-se para J'cE:
f'cr = J'u - Ver
lr;Rc- lcRc
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
168
---i)t-- ""T"------.
"• 0-0
e
....,,.
.---- - --t1(1---o '•
-
Vcc -
lu -
+
Configuração basc-<:omum.
+
IOV
......
....__~--.~~---
Solução:
Equação 4.46:
\'se
\,IEE -
IF . = - - - .
RE
-
4 \ ' - 0.7 V
l.2k!l
Equivalente CC de entrada da Figln 4.49.
Figura 4 .50
Vcc -
~'C'11111'º ·ti1.
Figura 4.52
I
rr--~
+
-*'
iu -
2,4 U1
Rc
Utn
Rc
-+ .._______+___
Agura 4 .49
------t(. .--oo V•
---i) t--~----:"\
" • 0-0
18 =
lt
fJ -
= 2.7SmA
:!,15 mA
l = 60 + 1
=
2.75 mA
61
= 45.08 µ ,\
1'
-
-
Equação 4.~7:
Vcc = Vi·1: - \'cc - IP,Rc
\'
ª -
= 4 \ ' · 10 \ '
+ Rr)
(2.75 nlA)(2.4 kfi · 1.2 kOl
;- 14 \ ' - ('.?.75 mA)(3.6 k!1)
= 14 V -99\'
= 4J"
Equação 4.48:
Porque l .= !;.
1t'cF.
= \ 'F.F.
+ Vcc -
IF<Rc
+ Rc) l (·t47)
Vcs = l'cc - lcRc = Vcc - ft l sRc
= 10 \ - ({i())(45.08 µ.A)(24 l0)
= 10 \ - 6.49V
= 3,51 , ,
A 1en...1io de Vc., da Figura 4.51 podé scrdctemúnada
p.:13 aphcação da Lei das ·rcnsõcs de Krrcbhoff a malha
de !.ilÍch para obter-se:
J', /1 + l«R<'
ou
1'< t' - O
1:.x~tem di\ef'Slb configuraçõ~
Vc1=Vcc-lcRc
Usando J, ""' lc
temos
[ Vcs = Vcc - lcRc
4.9 CONFJGURA_ÇÕES DE
POLARIZAÇOES COMBINADAS
l
(4.48)
E.l(.E 1PLO .; 17
Detennine as correoces 11 e 18 e as tensões J ~ e r ~ 11 para
a configuração base-comum da Figura 4.52.
de polaru.ação de
TBJ que não <;e enquadram no- modelos básicos anali~­
dos nas seções an1eriores. Na verdade. exiS1em variações
no projeto que éXJginam muito mais páginas do que ~
possível ha\'erem mn l~-ro. 'lo entanto, o principal objetivo aqui é enfalizar as carocteristicns do dispositÍ\O que
pcnnitcm uma !loãlISC CC da configuração e ~mbclcccr
UlTI procedimento geral para a solução desejada. Paro cada
configuração discutida até o momento. o prio1eiro passo
tem sido a obtt-nç;1o de urna citprcssão para a com:nte d~
base. Uma Yez conhe('.ida a corrente de base, é possi,·el
Polarização CC -TBJ
Qpit1.d o 4
determinar diretamente a corrente de coletor e os valores
de tensão do cu-cuilo de saída. lsso não implica que iodas
as soluções seguirão esse caminho, mas sugere um roteiro
possível, caso u1na novo configuração sej3 encontrnda.
O pnmeiro exemplo t.ral3 s.1mplesmmte de um circuito em que o resistor de emi~r foi retirado da configuração com realin1entaçào de tensão da Figura 4.38.
A anais~ e bastante semelhante... mas requer que RE seja
retirado da equação aplicada.
A principio, ess:i configuração po<le parecer pouco onodoxa e bem diferente <bs anteriores, 1nas a aplicação da Lei
das Tensões de Kirchhoff ao circuito da base resuJ&ará na
correnre de base desejada.
EXE~1PLO
4 .19
Determine J«e f-'1 para o circuito da F igum 4 .5-i
So ução:
A aplica1,~ da Lei das Tensões de Kirchboff no sentido
horário para a malha base-enlissor resulta em
EXE\IPLO 4.18
Para o circuito da fiirora .t.53:
a) Determine /<.<! e Vc~{J·
11R1
b) DeteTIIlÍne V11• l"c· ir, e f',_,
Sol.JÇ.30.
Vrr - VsE
Rs
-
Substinrindo os valores. temos
_ 9V - 0.7 V
I
Vcc
Vst:
Ts = - - - Ra + PRc
20 V - 0.7
193 V
-=
680 kf l + ( 110)(-1-.7 kÜ )
1.1~ ~10
= 15.SJ
V.u:+ f"cc= O
ln· ==
e
a) A ausência de R1 reduz a reíletio do \alor de resistência simplesme11te à de R,,. e a equação para 11 é reduzida a
169
100 k! l
B -
- -83V
-IOOkfl
= 83 µ.A
µA
l c = fJla
= (45)(8.3 µA)
l c0 = {Jlg = (120){ 1551 µA)
= l,86mA
= J.735 mA
i'cft.> = Vcc - lcRc
Vc = - lc:Rc
= -(3.735 mA)( l 2 L.fi)
= 20 \ 1 - ( 1,86 mA)(.t,7 kÜ)
= 11,26 V
= -4,48 V
b)
i'o = - lsRs
Vn = VRF. = 0,7''
Vc = VcE = 11 .26 , .
(83 µA )( IOO kfi )
== -8.3 V
\'e = O V
Vac = VB - Vc = 0 .7 V - 1126 '\.'
= -10,.56 V
O E.1templo -l.20 emprega uma fonte dupla de l~'5o
e exige a aphcaçiio do teorema de Thévenin p:im detemi-
nar as incógnitas.
o próxirno exen1plo. a tensão CC esui conectada no
ramo emissor, e Rc está conectado direcamente ao terra.
Rc
'-er=20V
Rc
/l.
680Ul
IO µF
Yro
)
e•.
(
4.7 lill
o
''o
,., o
)
/1 =45
10 j.IF
C1
1J :
JOµF
C1
IOµF
(
l.2k0
l?O
e,
Figura 4.5l Rcalimcnla.çào de coletor com RE=on.
R•
IOOkn
figuni 4.54 E.'-mtplo 4. 19.
Va =--9V
º'"•
170
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
c..(c;., ~ 0LO ~ .20
Detcnnine I~ e J'• no circuito da Figura 4.55.
Soluç.ao.
A Te"lçit!fle1a e a tensão de Thévenin são determinadas
no circuito ã esquerda do terminal de base. como
mostram as figuras 4.56 e 4.57.
RTh
Substituwdo lc = (jJ . . . 1)11 • temos
= 82 kO li 2,2 kfl =
\cç
v,,,,
!
, = ---- - - - - -
R 1 -'- R"!.
O cin:uito pode ser. endio. redesenhado como na Figura
4.58. onde a aplicação da Lei das Tensões de Kircbboff
resulta em;
1.73 k...'1
l'a - ETh - Vaf:
la= ~"'---'-----'-""""
e
20V + 20V
8.2kí1 +22lfi
<P
1- 1)Rt
20 \ ' - 11.53 V 0.1 V
l.73kfl -(121)( 1,8 kí1)
Rl"- ·
40V
10 ..J lil
= 3.85mA
7.77V
219.53 kfi
En = IR2 - VF.F
= (3.R5 mAl(2,2 k.íl.) - 20 V
= -
= 35.39 µ.A
= -1153 V
l c = ftls
\'.( l =- :!)\"
= ( 1201(35.39 µA}
= 4.25 mA
-'.,
~
R1
8.2 tQ
e,
e,.
e
(
º'·..
10 11f
8
1
'. o
Vc = \c'cc - lcRc
= 20 \' - (-l.25 mA)(2.7 kfi )
= 8.53 \
g
\'a= -ETh - fsRTh
IJ = 1:0
= _..1153 V) - {35 .39 µ,A)( l .73 k fl)
= - 11.59 \ '
10 ,i.F
R!
figura 4 .55
2.l
"º
E
Ri.
l..8 U2
E.~cmp lo 4.20.
/3. = 1~()
-
l.:1~-=-11.53\'
li.2 !..Q
+
figura 4.56
Fiqt.. 'ª
Delennlnação de Rp.
· S:.S
Suih-uwição do ctrCUHO cquivnll?!lli? de
Theven1n.
4.1 O TABELA RESUMO
+
l'a-
-=.
~}
-
~·
_
-
er. -
figura 4.57
- ..,. ..
~
+
--
Determinação de Enr
""" "
A Tabela -l. 1 é uma re" ísão das configurações TBJ
mais comuns de um único estágio cotn suas respecrivas
equações. Observe as semelhanças entre as equações par.a
as várias configurações.
Qpit1.do4
Tabela 4 .
Polarização CC -
TBJ
171
Configuraçõe& de pol:irilllÇão TBJ.
ConOgunçlo
Tipo
EQu~(lc:)
---------------
pertinentes
------------~
'·= ---Vcc - \ 'BC
R11
fc = fJJ•• IE =
\'n:: • \'a- -
Polariaçã<i de
1/J +
l)/H
lc~
1'(
cmis>CW
I
' 'e<" - ,,llf.
-----R1 + f/J + l 1R,
11 -
= JJ/•. lc = !P + 1,/IJ
R, = f/J + l}Rc
1,.
R~)
\ Q. = Ver - lcl H, +
Apru\irWIÚa: fJRI' ~ lOR~
,
-
V -
a-
En - l'u
+ <P ..,.. llRc
VE
lt· = -Rt
lc = jJ/11 • IF = <JJ - 1)11
Vcc - Vcc • lc•Rc + RrJ
Vr i
-
'·:; -----Rr + f14Rc
Rei
\'cc - \'u
-t-
lc = IJl•·'E =
f/J +
1118
\'c1 = \'cr - lclRc - Rt)
....
)
\U: - \ 'jtF.
R. + lfJ ·+- 1)
'·=----lc = fJ/11. lc = l/J ..,.. 1)/11
''a= ''a -
--=- lu
+T
lt
+
-1 -
~
-=. lrr
IERE.
' 'a: - \ '11c
=---Ri
~
11;
/• a
fJ +
1• lc
== f:llfl
\'cr = ' 'zr - \'cc - lc.<Rc + RcJ
, .,,. =
''« - lcRc
.t,, =
Vcc - 1,
'·
/
\' - \' - 1'
e-•
----'-"'---'=--
" - Rn
li_
R~\'cc
R ,+ R~·
Ir.
-/J-.-.... -1
!Rr· + Rf.)
llL
172
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
4.11 OPERAÇOES DE PROJETO
Ate aqu1 a._, discuss.õ~ se conccni.rar:un cm circuitos
pn.:' iamcntc c-.tabclccidos. Todo, os elemento' e5tavwn
em ordem e trata\·arnos apenas de dc-.cobnr ~ \1llOre!\
de tcn~ e corrente da configuraçuo. Em um projeto. n
commte e ou a rensão devem c;cr e-.fk.--cificad:>s. e o elemento' ncce.'3rios para estabelecerº'' -:ilore. de--ignado-.
de\em ~determinados. F sse proces'o de intese nige
um claro entmdimenro das caracten ..ocas do di~-itivo.
da-. cq~°:) básica paro o circu110 e um entendimento
'iálido <bs lei;; básicas que rege1n a anãli.;e de circuitos.
como a tei de Ohm. a Lei das Ten!>Õe'> de Ku-cbhoff etc.
l\a maioria ~ :.iruações, o procec..so de pen!Wlr se tomo
um dnafio mator no desenvol .. in1ento de pl'OjetO:. do que
na ~u~ocia de análíse. O caminho em dueçâo a uma
soluç.10 õU rncno:. definido e pode exigir que ~ façam
\ária:. supo:.içÕà. que não prec1!>3n1 ser feita:. quando
..impl\.-:.mentc se e:.tâ analisando um c1n.u1to.
Ob' ii.llru:ntc. a scqu~nc1a de projeto J\.ix-nde do:.
componente-. que Já foram Csj)\!ctficado' e dJqtk:lõ que
-.crjo dcfinid<>!>. Se o transístor eª' lont\!S fomn o-p..-cificado... o projeto ficará rcdu71do \1n1p1c«mcntc ã detcT1ninação do" resi'\tores. Uma ve7 estabclectd<>" \WOre<i
tA..'Õrico' ~ re..i'itores. serão adotados º" "atores comerciai' mai<> prô:timos. e quai<;qucr vuriaç()e.. decorrentes
da não urilinção de valores exato .;erio aceiu<; como
pane do projeio. Essa aproximnçào certamente é \'álida.
con,idmndo-se as tolernncias geralmente a-.sociacbs aos
elem~nto resisti' os e nos parâmetro' do trans"stor.
e &\emos detenninar valore:. para os resi:.1ores.
uma da:. equações a ser uliliznda é a lei de Ohm na se!!Uintc fonna:
En1 um projeto paniculnr. a 1ensào ntrn"és de Li""ll
resistor pode ser frequetltemente deten11inada a pan:ir de
valore especifica<b.. Se C5p\.~ificnçõcs adicionais defmirean o "alor da coJTetlte, a Equação 4.49 pode !>C"r utilizada
para calcular o' alor exigido de resistência. Os primeiros
cxcn1plo:. dcmon.suariio como compo11en1~ paniculares
pode1n !>C"r dctmrunados a parur <las espec1ficacões. Lm
conjunto completo de proceilimcn10-, de prOJéto !>Cnl oitl!o. 1ntrodw:iJo para dtra:. configuruçõcs bem conh«id.b.
f <F 11>1,..,. 4.21
Dada a CUJ'\a camctttbllca <lo d1~pos1tt\o cti Figura
4.59(a). determine l 'cl . R8 e R, paro a configuração
co1n polarua~ão fi.'Ul da figuro 4.59(b).
Soluçao:
A partir d3 ma de carg3
\ 'cc = 20 \
Vcc
lc=-Rc
e
º"
(4 49)
(11)
E..:templo 4.21.
Is =
COlll
R11 =
=
\'cc
=
lc
\'cc -
20 V
8n1A
- 2,5 kfi
\ '11F
Rs
\'cc - \'se
Is
:!OV - 0.7 V
"'ºµA
l 9~l V
40µA
= 482.Skfi
Os valoreo;-padrào de resi~torcs são
Rt = .'.!.4 t..n
R• 470 Ul
Utilizando o:. vaJores~driio de ~istore:.. temo
1. = 41.1 µf\
qul! eo;iã dentro da fai~a de 5° • do valor especific3do.
'
lc <rnAl
figurn 4.59
Rc =
i r,=O\"
Qpit1.d o 4
~·
._ .inlo t22
lc. = ~lc
" -\ 'Rc-
Solução:
Rc=
VE = llRE
iif
Vs = Vai::
B
+
R,
-
+ R2 =
=
e
Vcc
=
••
( 18 k!l)(l8 V)
- - - - - -31\'
R1 + 18 kfi
•
e
l c ....
E.
= 3.5
Equaçiio 4.49:
lae =
18
~
2,4 \ -
• ..
i.n - 1.s 1..n
= lkfi
3.1
= Vcr + \lE = 10 \
8 mA
RE. = 3 ,5 kfl - Rc
Ri = 268.2 L.fl = 86..52 kO.
Vc
,, _
,,
''C ...- " é
Rc . R = Vcc = 28 \' = 3 s kO
3241..0 = J .IR1 - 55.8 kO
3. IR1 - 268.2 L.0
com
= 2,Skfi
4mA
l c..
J 1\ '
Vcc - Vc
lctJ
lcQ
28 V - 18 \ r
VE = 0.7 V - 2.-t V = 3,1 V
R~ Vcc
= 4 mA
-
l cRc
= (2 mA )( l 2 L.fl) = ~--' \ '
=
TBJ
Solução:
Dados que ler;= 2 mA e J'crQ = 10 \:determine R 1 e
Rc para o circuito da Figura 4.60.
V
Polarização CC -
(!
12.4 V
lc0
-ft- =
4 n1A
l IO = 36~16µ.A
Vcc - VsE
= Ra + (j) + l )RE
R _ 18 V - 12.-t \
e=
2mA
e
2,8kfi
Os valores-padrão mais pró~ntos de R são 82 kn e 91
ldl. ?\o enuuno, a urilinção da combmaçào em série
dos 'atores-padrão 82 kne4.7 Ul = 86.7 lúl ~ullaria
em um valor m uito próximo do valor de pro;c::co.
V -V
BE
com Rs = _cc
27.J V
µA - 11 1 kfl
3636
= 639,Skfi
EXEt IPLO 4.23
configuração com polarização do emissor da Figura
4 .61 cem as seguinte:. especifi~Õb. lc,, = ~lw. lc,,.,
= 8 mA, V e= 18 V e P= 11 O. Daennine Rc. Rc e R8 •
(/J ~· J)RF
lsQ
28V - 07V
=
36 36 •
- ( 1 11 )( 1 kíl)
... µA
=
A
-
Para valOl'\!$-padrào,
Rc = 2.4 kfl
RE = 1 kfi
Rs = 610kfl
ISV
Figura 4.60
Exemplo 4.21.
figura 4 .61
(\emplu 4.23.
173
174
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
A discussão a seguir introduzirá umn 1éenica paro o
projeto de um circui10 completo que opera polarizado em
um ponlo especifico. É co1num que a folha de d:ldos do
fabncante forneça tnformações sobre um pon10 de operação sugentlo (ou região de operação) para detennínado
transisw. Além disso. outros componente:. do sisiema
conectados ao es1ágio amplificador podem dcftrur para
o projeto a cAcun.ão de correnlc, a cxclmào de tensão. o
valor da fonte de !eru;ão co1nLun etc.
Na práltca, talvez seja ncccssãno lc\ ar l."ffi conta
muito:. outros fatores que podem afclar a escolha do
ponto de operação desejado. Por enquanto no.:. concentraremoo; na dctcrminai:,.~Jo dos valores dos componentes
para obter um ponto de operação especifico.,\ discussão
estari limilada às configurações com polari7ação do
emissor e por divisor de tensão. embora o mesmo procedintento po sn ser aplicado a vários ourro· circuitos
com transístor.
Projeto de um circuito de polarização com
um resistor de realimentação de erT'>issor
E11;am:ine prin1eiramen1e o projeto dos componentes de polariz:tção CC' de utn circuito amplificador que
apresenra um resistor de emissor para estabilização de
polarização. como mostra a Figura 4.62. A fonte de lensiio e o ponto de operação foram selecionados segundo a
infonnação do fabricante sobre o transístor utilizado oo
amplificador.
A escolha dos resistores de coletor e emissor não
pode ser felta direrrunente a partir das informações fornecidas há pouco. A equação que relaciona lb t~ ao
longo da ntalh.l coletor-emissor apresenta dutb \aruí\eb
d~oohecic.las: O!, rcsistores Rc e Rt. Ne:.:.c ponto. tlt.-vc
~feita uma anált!>c técnica quanto ao' alor da tt.'1\Sdo de
emissor em comparação com a tensão da fonte aplicacb .
Lembre-se da necessidade de incluir un1 resistor do emissor para o terra com o intuj10 de proporcionar um meio de
es1abilizaçào da polarização CC. de rnodo que a variação
da correo1e do coletor e do' ator de beta do transístor não
provoquem um d~locain~to e.xpre:-sivo no ponto de
operação. O l'e:hlStor do emi:;..or não pode ser dema,1ado
grande porque a quetb de tensão !>obre ele limita a faixa
de excursão da ten:.ào do coletor para o eollisor (a scr
observado quando a resposta e A for analisada). Os exemplos apresentado:. ne!>1c capitulo revelam que a tensão do
emissor para o temi costuma girar cn1 tomo de um qWU1o
a um décimo da tensão da fonte. A escolha do \'Blor nwo;
conservador de um décimo da tensão da fonte pennite
calcular o resislor do emissor RL e o resistor do coletor
Rr de tnaneira semelhante à dos exemplos anteriores No
próx in10 exemplo. apresentaremos un1 projeto completo do
circuilo da Figura -J.62 unliznndo o critério que acaoomos
de introduzir para a tensão de en1issor.
EXtM!>L( ;. '""•:
Determine os \"alores dos resistores no circuito da
Figura 4.62 Jr.)r.1 o ponto de operaçiio e paro a fonte de
tensão indicados.
Solução:
Vt = ~''cc = iii<20 V) = 2 V
2
V = 1 kfi
Rc = ~ - ~ =
lc
lc
:!mA
VRc
Vcc - VcE - \te
lc
lc
Rc= =
20 \ ' - 10 V - 2 V
2m...\
8V
- -2 mA
= 4kil
lc
2mA
Is - - =
- IJ_'l3 u A
/3
l30
,..
Vcc =2.0V
VR•
Ra = -
fcQ = 2mA ~
ennda
CA
•
)
lOµF
\'
2N44ôl
<P ISOJ
-aid:I
Cz
+
e,
Is
20 \
C..\
(
•
IOµF
~
Vcc - VsE -
Vc
Is
0.7 V
2V
1333 µ...\
1.3 \lfl
i a <' .. 1ov
" =
Cr:
TSOµF
Projeto de um circuito com ganho de
corrente estabilizado ('ndcpendente de beta)
Figura 4.62 Circuito de polarização estâ\el doenu'iSOI
O circuito da Figura ~ .63 mostra um componamento está,·et tanto para as \.'ilriações na corrente de fugn
quanto paro o ganho de corrente (beta). Os valores doquatro resistores de\em ser obtidos para um ponto de
p.313 eotbider:lções de
operação especifico. lima análise técnica na escolh3 da
T
projeto.
úpilulo4
PolarlzaçA<> CC - TBJ
175
R
lr = IOmA
0
C2
~
+
e
)
allnlda e \
EXe.tn• O 4 2:>
Dctt.-rnuné o-. .. alares de Rl. RL. R e R: oo circwto da
figuro 4 63 paro o ponto de opaação 1nd1cado.
Solução:
sziJ.i C,\
IOpF
\·cr~'" IV
IOµF
tensão do t."1Tl1ssor V1 , como foi feito n.a coru.1dcraçào de
projeto antcnor. leva a uma '°luçlo adcq11.;ul1 para todos
as n-..i,torc-. As cL:Jpa.' do prnJcto -.ào ck'1Il0ns~ no
pró"<imo c"<cmplo
(
,61mfn) = 80
-
e
Sub:.Lituindo o::; \-a.IOrõ. temos
R1 ::; -\, S0)(0.2 l...íl )
= l .6k!!
\.' = .,
~'t: =
1\,Vcc
R >.
2\
VE
\'1:
= 200 0.
. a -""' =
IOmA
lc
IL
-
fi,<20 \') - 2\'
B
e
2.7R1
Vcc - VcE - \ 'E
7
V _ ( 1.6 l..!1 )(20 \ )
R1+l.6lfi
-·
+ -' ~'2 l..!! =
32 kO
2.7R 1 -
27 .68 kíl
R1 -
10,25 k.0
(u....e 10 L.fl)
lc
-
8V
IOmA
2\
+ V1. =
0.1\
20 \'
10 \ '
IOmA
4.12 CIRCUITOS COM
f\i1ÚLTIPLOS TBJ
- 1 kO
Va = Vo1
1 \ 1 = 2.7 \
A' cquaçõe:. paro o calculo do:. resbtores de base R e
Rz e\igem maior r.ic1ocinio. A utilização do \alor <la
t~o de bibe calcuJada antêriormeme e do valor da
torne de tt.-ru.ào fome<-e uma ~- rm> com duas
•
• •
•
mcogn1ta:.. R e R2• L pos,1\cl obtcr outnl equaç-lo ao
compreendermos a função dC!üé:> doe. ttsblOn.':> de
proporcionar a tensão de ba:.e nccõ.S3n3.. ParJ que o
c1rcu1to opere cficiL.'lltcmcnLC. p~UIJli!~se qtte as corrente-. atrnvé'.'I de R 1 e R1 dl!\1U11 ..cr :rpro'timadamcntc
iguai" e muito maiores do que a conente de base (no
minimo 1O: 1). Fsi.c falo e a equação do divi or de
tensão fomeccn1 ns duas relações necessàrias para
de1cnninan11os os resistore"' de base. lsto é.
O:. c1rt:wt0> com TBJ apresentado:. ate 3.e"onl foram
apcna.' configuruçõc.. de um único csUigto. E.:.u !>e""º
abordará algun... oo, circuilos mais u.....ados com müJtiplo-.
tnn:.i,Lore... Sera dcmon-.trado como º"' métodos int:rodU71do, ate .iqu1 OC"tc capitulo são aplicávcis a circuitn-.
com Q03lquer númcro de componcnte5.
O acoplamento RC da Figura 4.64 é provavelmente
o mai-. comu'tl. ;\ tensão de saída do coletor de um e-;tãgio
é alimenmda din:tamente na b.'lSe do estágio sego1me por
o capacitar é
meio de um capacitor de ucoplamento
e'éolhido de modo a garantir que bloqueie sinais CC entre
. .
.
os ~tatt1~ e atue con10 um cuno-<:ircuno para qualquer
sinal de CA . O c1rcuuo da figura 4.64 tem doi.:. estágio-:.
com d1\ i~res de ten:..io. mas o 1nes1no acoplamento pode
ser us:ido entre qU.31quer combinação de c1rcw1os. uis
e,.
.
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
176
i'cc
R
- -......-o ....
R,
e,
+
' '\,
R
-
Figura 4.64
--
-
-
an:i1i~
--
-
-
Amplific:idores lran51storiz.ados com acoplamento RC.
como as configuracões de polarização fixa ou de segwdor
de emlS:!.Or. Sub!.Lituir Ce e os outros capacnores do cucuiro
poreqw' alcnto de c-1rcui to abeno resultl!ni O<b dot!> arranjos de polanLa\.io mostrados na Figura 4.65. O.. mé1odos
de
-
aprL"Sentodl>s ncst(; capítuJo podem. então, ser
aplicado:. a C2da Cl>tágio separndaml"lllc, vi~o que um estágio não afetará o outro. Naturalmente, a fonte de CC de
10 \ f deve ser aplicndn a cada componente isol3damenle.
A configuração Darlington da Figura -t66 alimenta
a saída de um e-;tágio diretamente na enuada do estágio
seguinte. lima \el que a fensiio de saída da Figura 4.66
é retirada diretamente do terminal e1nissor, no prô'<imo
capitulo veremos que o ganho CA é bnstante pró:'l:imo de
1. mas a impedância de entrada é muito elevada. o que
a toma atraente para uso en1 an1plificadores que operam
sob alimentação de fontes que tenham uma resistência
inten1a relatt\amerue alta. Se uma resistência de CaJ'\!3
fosse adicionada ao ramo do coletor e a tensão dê saída
rutirada do tcrmin.:tl coletor, a configuração prodULiria um
ganho muito alto.
Para a nn.ili!o.C CC dn Figura 4.67, assumindo p1 para
o primeiro tnmsi!>tor e /11 para o segundo. a corrente de
base para o segundo tran.-.istor é
~
e a corrente de emissor para o segundo transístor é
As~ummdo
que
p>> l para cada transu.toc, vcnficamO!>
o beta liquido para a configuração é
R
1
o
R,
o
R.•
R!
Figura 4 .6S
,..1
-
Eqw' alente cc· da F1gurn 4.6-l.
Rr ~
,..
-
Q
("("
f
+
"'
-1
'"
RL
Figura 4 .66 Ampüficidor Oarlington.
or,..
1
~ RL
....-
Qpit1.do 4
Polarização CC -
TBJ
177
e a tensão através da saidn do trnnsistor é
\ 'cc
e
(4.56)
A configurnç.lo Cascodc da Figura 4 68 lig:a oco-
letor de um transistor ao etnissor do outro. En1 essência..
trata-se de um circuito divisor de 1ensâo com u1na configuração base<omum no coletor. O resuhado disso é um
CU"CUÍlo com um ganho elevado e wna capacnânci.a l\liiler
redll2lda - wn tóptco a ser examinado na Seção 9.9.
A a.nâfuc CC é íniciada ao assum.inruh que a corrente at.ra.'6. da!. rb1stênc13!> d e polarização R. R~ e RJ
da Figura ~.69 é multo maior do que a corrente de base
de e.ada tran.\tslor. l..io é,
-Figura 4.67
Equivalente CC d3 Fi~ -1 .66.
(4.50)
que se compara diretamente com um amplificador de um
único estágio com um ganllo de p1,
A apliel.lção de uma análise semelhante à da Seção
4.4 resultará na seguinte equação para a corrente de base:
l B --
•
\1cc
Rs
Por cooseguinte. a rensào na base do trnnsistor Q1
é detenninada simpleqnente por uma aplicação da regra
do di\1.sor de tensão:
(4.57)
' 'sE1 - VaF.:.-
+ <Pt, + l)Rc
A tensão na b:be do transistor Q2 é de1enninada da
mesma manet.ra:
Detinindo
(~.58)
(4.5 1)
(4 .52)
Rr
R,
As correntes
r
(4.53)
e a tensão CC no tenninal emi'50r é
(4.54)
,.,.
e,
Cc
01
Ri..
R
-
e
R,
A tensão de coletor para t$S1 configuração é. obviamente. igual à tensão da fonte.
{4.55)
+
•. '\,
- J,.
-
•
-
Figura 4 .68 ,\mpllficador Cascode.
178
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
(4.6")
e a lcn~ào de colctor i·c.:
H-- - - o \'e,
•
(4.63)
1 \ 'e: = Vcc - lc1Rc l
A corrente atro\és dos res:istores de polaruaçào é
+-----o' 'c1 '"'".L.•
Vcc
(4.64)
e cada corrente de base é determinada por
--
(4.65)
-
FigurA 4 .69 EquivalCTitc CC da Figura 4 68.
IJJ.,
com
As tensões de emissor são, então, de1ennin;id.1s por
: VE, =
( vl~
e
Vo1 - ''se )
(4.59)
1
(4.60)
= Vnz - l'nt:
com as correntes de emissor e coletor detenninadas por:
\,'B1
R.t. 1
-
•
~t---...---11
(4.66)
ser apresentada é o par realimentado dn Figuro 4.70.
que emprega tanto um trnnsistor npn quanto un1 pnp. O
resultado disso é uma configuração que proporciona alto
ganho com maior estabilí<b.de.
A versão CC com tod~ as correntes nominadb
aparoce na Figura 4 7 1.
A corrente de base
\,'Bt,
+ R1.~
(4.61)
I~ = I c . = fj1 l s1
lc! - /3"!.l s!
\ 'cr-
C,
= fl-2-
A pró~ima configuração de múltiplos e..Ugios a
e
R
lc
\'<T
º•
1
T
Figura 4.70 Amplificador de par realimentado.
Figura 4.71
Equivalente CC dn Fi!,TUnl 4 .70.
Qpit1.do 4
de modo que
(4.67)
lc - IE, - IE,
=f31 ls
=
de modo que
1
+ P1/3;fs,
/3 1<1 - fJ'!.>18
1 lc
l3JJ~.ls1 1
==-
(4.68)
A aplicação da Lei das Tcn:.õt.-s de KuchholT dei.de
a fonte até o terra n.~ulta cm
ou
Vcc - lc Rc - VEB , - 18,Rs = O
\'cc - VER, - f31fJ'!.Js,Rc - Is Rs = O
/9 1
Vcc - VEB1
= Ra •
fJ1fh.Rc
e
Solução:
O eqw.. a.tcnte CC da Figura 4.71 aparece na Figura
4. 73. Note qu.: a c-.trga e a fonte não faz'--m mat:. parte
da rcp~--ntação gr'.tlica.. Pura a configuração de divisor
de tcnsiio, as equações a seguir para a rom:ntc ck- ba.<>e
foram descn\ol\ida.~ na Seção 4.5.
com
(4.70)
= VBE: 1
(4. 7 1)
[ V111
l'S
Det.ennine oc; \"llorec; CC para as correntes e tensões do
amplificador com acoplan1ento direto da Figura 4.72.
Note que ê uma configuração con1 polarização por
divisor de tensão St."'guida por oucrn de coletor-comum:
uma configuração ideal para os casos em que a impedância de entrada do próxi1no estãgio é bastante baixa.
O amplificador coletor~omum arua como um buffer
entre o~ C::>tãg1os.
la
1 Vn, = la,Rn 1
e
[ Vc, = VBt.i 1
(4. 73)
=
e
En
VEC1 -- VE1
de modo que
-
1
+ R-i
= 3 ., 6 V
--
2.56V
----2292 lú!
(4. 74)
\'C 1
=
(4. 75)
J0k!l(1 4V)
lOkO + 33 kfl
3.26 V - 0,7 V
7.671..fl + (100 + 1)2.:!kfl
Is
Vc'!
= R1 llR1
de modo que
Nesse caso,
=
R111
1)RE,
RTh = 331..il li 10 kfl = 7,67 lfi
(4.72)
VcE!
+ ({3 +
Nesse caso.
1 Vc1 = Vcc - lcRc l
1
RTb
ETh = R,
.
-
-
ETh - VsE:
R1Vcc
\tensão de coletor f é, = J'L é
1
179
A
{4.69)
\tensão de base t' 111 é
TBJ
de5\'notagem é qoe qualquer variação nos nheis CC de\ido
a uma série de razões em um estágio pode afetar os nr.:eis
CC dos estágios ~~uentes do amplificador.
E'<F"1P' <}
<\corrente de colelor
Polarização CC -
ll.17 µ A
lc, = fJIB,
com
- 100(1 1.17 µA)
.\ última configuração de múltiplos estágios a ser
apresentada é o amplificador de acoplamento d:imo, como
o que aparece no Exemplo 4.26. "\01c a ausência de un1
l~tor de aooplamen10 para isolar os ni\eis CC de cada
es&igio. Os ni\·eis CC en1 um e:.tágio afemrão diretamente os
dos c.""tági-Os subsequenres. A vancagem é que o capacitor de
ncopl!lmenco costwna 1im irar a resposta de b:ú.u frequl?ncia
do amplificador. Sem ele. o amplificador pode amplificar os
!.ina1s de fn.'quencia 1nuito baixa - m realidade, at~ CC.A
= 1.12 mA
!'\a f 1gura 4 .7). \ enficaino!. que
Í Vs2 =
\'cc - lcRl · J
= 14 \ ' - ( 1.12 mA)(6,8 J..fi)
= 14 V - 7.62 V
= 638 , .
(4.76)
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
180
Vcc
14V
Rc
6,8 LU
e,
R,
,.--~,..,,_--t (~--~~~- jl, .. 100
2oon 1 pF
1 Lfl
R..
10 kíl
--
1
-figura 4 . 7 2
--
Amplificador co1n acoplamento direto.
14 \'
Obvíamenle.,
14 \
l
R
1 \'e~ = Vcc 1
= 14V
~ 33 Ul
'
~''1
1
fl1= 100
1
\'cc= = \'e! -
•
....
e
VE-. = Vs,. - VsF...
6_18 V - 0.7 \ '
=
5.68 V
o que resulta em
(-t77)
5,68 \'
l ;2. lfi
= 4,73 mA
VF..1
(4.79)
4.13 ESPELHOS DE CORRENTE
F..qui\aletitc CC da Fi~'Ura ~ 7!..
=
Vcc -
Vc1
= 14 V - 5,68 V
= 8.32 V
-
1
j \ 'cc; =
e
T'
figura 4.73
(4.78)
O esp elho de corrente é um circu110 CC oo qual a
corrente utravC:-s da carga é controlada por uma corrente
cm outro ponto do circuito. Isto é, se a intensidade
da corrente que controla o circuito for redunda ou
elevada.. aquela que passa atrnvés da carga tantbém
mudarà na memta proporção. A discussão a seguir
de111onstrará que a eficácia do projeto depende do fato
de que os dois trnnsistores empregados possuem cun'a.S
características idênticas. &. configuração básica aparece
na Figura 4. 7~ .ote que os dois 1rn nsistores estão de
costas un1 para o outro e o coletor de u1n está conectado
à base de ambos.
Suponhamos que U'lllbistores idênticos resultem em
J-8,.1 =- J' 11E~
=- 1..,.
deflllido pela curva caracteru.Lica base-emissor da Figura 4.75. Se a tensão bai.e-emíssor
for aumentada. a corrente de cada um awnenwá na mesma
proporção.
e'•
como
Qpit1.d o4
I
181
TBJ
Com base na figurn ..i.74, verificamos que a corrente
de controle e detenninada por
,,_, __ ,
'
Polarização CC -
Vcc - Vot
I ~"OOll:llll.! =
R
(4.81)
revelando que. para uma V, e fixa, o resistor R pode ser
usado para definir a corrente de controle.
O cin.."UÍto também possui wna medida de concrole
embutida que tentará assegurar que qualquer \1lfÍaçào
nn corrente de carga seja corrigida pela própria configuração. Por exemplo. ~ 1, tentar se elevar por qualquer
T
Figura 4 .- ·
razão.
de COS.la.'> paro O OlllrO.
causa da relação l , - J<•/p.::: 11 /fJ,. Retomando a fit?ura
4.74. \cmos que um aumento cm 18 , provocara um aumento 1ambém n:i tensão i '1u,· Vistô que a base de Q~
está conectada direramente
coletor de Q . a tensão
v,E, tambrin ~ Essa ação leva a uma queda dt:
tensão no resistor de controle R. o que faz com que /k
a co11e11te de base de Q1 também se elevará por
ao
I
- -----
caia. ~ia:.. :.e J~ cm. a corrente de base/• cauJ... le,ando
tanto 1. quantol., a cair também. Uma queda em 1•• tà:rá
com que a correnie do coletor e, portanto. a corrente de
carga 1al'.llbém ~jam redu2idas. Logo. o r~uhado ~uma
o
Figura 4 . 7~
Q
Curva caractmstica de base pillll o transistor
(C Q i }.
Vasto que as tensões bru.e-emb:.or ~ dois Lransistores da Figura 4. 74 estão em paralelo. elas de\ em ter o
me-.--mo \nloc. Por conseguinte.'• = J,.. em cadn tensão
•
base-euussor definida. Faca t!\ ui.ente a p3rtrr da Figura
sensibilidade a mudanças indesejadas que o circuito se
esforçará em corrigir
Toda a sequência de eve11tOl> que acabamoi. de descrever pode ser resumida em uma única linha. como
mostrnmo.) a seguir. Obsel°\'e que e1n uma e"<tremidade
a co11ouc de caiga tc..-nlâ awncntar e. na extrcnudade da
sequência. a corrente de carga é forçada a retomar a seu
valor original.
4 .74 que
11 = la1 - 18 ?
e. se/• = 11 ,
ent.ão.18 = 18 , + 181 = 21a1
Alem di$so, Í runrruio = Í c 1 - 1. = Í c 1 - Y a1
ma..-. !e = /11181
então/. - = /J11a1 2111 Ul1 + 2)1• 1
e porque /11 é tipicamente >> 2, /" •
ou
/
_
81 -
f~-nolzo ~
/31
.__ __ _
Ob.)en·e-~-----
E EMP' O 4 . -,7
Calcule o espelho decorrente 1 no circuitocb Figura-t76.
Solução:
Equação -4-.15:
=:::. p,111
(4.80)
Se a corrente de controle é cJe'adá.. a/11 resuJtantc
aumentar.\. como <lctcnnina a Equação 4.80. Se 1. 1 1omà·
·'-~ l1l3.IOr, a tensão V841 deve aumentar. como dclcnnina
a curva de resposta da Figura 4 . 75_ Se l 'u1 aumenta,
então J'u-, deve Ler um acréscimo de mesmo valor, e 18
2
também aumentará. O resultado é que JL = lc~ = f31s 2
l4mlbém aumentará até o nf\·eJ est4lbelecido pela corrente
de conlTOle.
/
-
{
_
- ·""""*D'(tAPLO
\ 'CC - VBF.
R
12\1 - 0,7V
J .1
kil
.
= 10..?7 mA
~ .28
Calcule a conente I air..tvés de cada um dos tran....~1orcs
Q1 e Q>no circuito da Figur<l 4.77.
Solução:
\ 'isto que
\ ' BE1 - 'a;BE:
'
-- VBE, e n t-ao I s,
- I 8: - 1B ,
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
182
+12 V
+\'cc
?
i
~
1,1 Ul
I" tfflJ'
~'
~~
R
~,
!J.
fJ
•
Q,
lc~
Q,
Oi
o.
-
~
~g~r.1 -+ 76
Circuito de espelho de com:nlc par.a o
Q:
-Figu a 4.78 C'ut'>àtn de cspclhodc ct111cntc com maior
Exemplo 4.27.
impcdâocia de saích.
""' lc
lc
+ li
Q,
#+1
=
lc = l c
/3
1
Ao essumirmo!> que Q1 e Qi são bastante coincidentes. vemos que a ootre:olC de saída 1é mantida constante em
--
I "" lc = '""n1ruh:
~,
-Flgur., -l ~
Q.
-
Circuito de Ciipclho de «ITTCSJlc para o
E.'tcmpfo .i 28.
Novamente. \enlOS que a corrente de saída lê um
vaJor espelhado da oorrerue di:firuda pela corrente fiu
através de R.
A Figura 4.-9 DlChtr3 mais uma fonna de õlJl!lbo
de corrente. O tr.m.-.1stor de junção com efeito de campo
(veja Capitulo 6) fomecc uma corrente constante definida
no valor de lrm. E.<>Sa corrente é espelhada, o que resulta
em uma corrente 3tr.l\-és de Q. no mesmo vaJor:
Suhshtuindo
_ I ~'Olll:lok
I
81 -
temo~
JJ
/ = /"~
e
, Cúl111\>IC
com
I
I
/3
/3
I
Is, = /j
--=- - -
/3
1
logo. I de\·e ser igual a I OXJnllN<
-'·.OS mA
A Figura 4.78 mostra outra fonna de espelho de
corrente para fornecer wna impedância de saída mais
elevada do que a da Figura 4.74. A corrente de controle
arra' es de R é
Figura 4.79 c·onetiio de espelho de corrente.
Polarização CC-TBJ
Qpit1.do 4
183
4 .14 CIRCUITOS DE FONTE
DECORRENTE
v,
O conceito de fonte de alimC?nuçào fomccl! o ponlo de
p:utula para nossa análise de circuitos de fonte de corrente.
Uma fonte de tensão prática ({figura -l.80\n)] e aquela em
série com uma resistência. Uma fonte de rensão ideal tem R
= O. enqu:mro n prática inclui uma resi~ência pequena. Uma
fonte de corrente prática [Figura 4.80(b)] é aquela em paralelo com uma resistência. Un1a fonte de corrente ideal tem R =
xn. enquanto a prática inclui uma resistência muíto grande.
Uma fonte de corrente ideal fornece uma corrente
constante, independentemente da carga conectada a ela.
E.'\istem muitos usos no domínio da eleuõníca para wn
circwto que forneça uma corrente constante a um nível de
impedâncui mtúto elevado. Ci.tcwtos decorrente constante
podem ser montados com di!.po:.iU\<h bipolares. dispohlU\OS FET e uma co1nbinação d~ componentes. Há
CtrCu11os uuht.ados de forma dbcn.-ta ~ outro:. mais apropnad<>!> paro opcraçilo cm ci~u1tos mtt:<grados.
figura 4 .81
onde fc é a corrente constante fornecida pelo cin:uito da
Figura -t.81 .
1P'Q4."'9
C~lcule a corrente constanre J no circuito da Figuro .i.82
Solução:
EV~
Fonte de corrente constante
com transistor bipolar
\'s
Trom."tl>lOres bipolares pOdem ser conectado:. de inúmeros manctt3s a um circw10 que opera como uma fonte
de corrente constante. A Figura 4.Sl ~ um circuito
com alguns resL'>tores e um trruwMor npn para opcrdção
como um crrcuito de corrente constante. A corrente cm 11:
pode SCT determinada como descrito a seguir. Assumindo
que a impedância de entrada da base ;;eja muito maior do
que R1 ou R:. temos
V11 =
Ri
=R
-
\ !E -
J
R1
J..
1
R'1
c-Va>
5.1 L.fl
- - (-20V) = - JOV
5.1 kO + 5.1 kO
\.'s - 0.7 V = 10 V - 0,7 V
\'F.- f-Vf.f)
-10.7 V
- 10,7\' - (- 20V)
RF
2kfi
== lt == - - - - =
9,V
-1
=
2L.Il
=
4,65mA
(- \'u)
R, + R2
VE = Vs - 0,7 \ '
e
Fonte de corrente constante c.Uscreta.
Fonte de corrente constante
com tr<ln"istor' Zener
(4.82)
\o substituirmos a resistência R~ por um diodo Zener.
con10 tnostra a Figura 4.83. ten1os un1a fonte de corrente
consronte melhorad.-i em relação à da Figura -t8 I. A imrodu-
COUl
R
-
+ ...,--~'VV\,.,,..---00
+
E; -=-
-
E -=-
--1 ----o
I
(t
---
~R
/ t
1
f onrc de tcn'il'lo JCica1
1-'ontc de com:ntc ideal
tb)
Figura 4.80
Fontes de tensão e de C0Jm1tc.
184
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
+
S.l ltO
lW
6.2 V
-
u w
1.11 kQ
-20V
- 18 V
Foru.! do! oo~nte consu.nte paro o e.,~lo 4.29.
Rgura 4.82
FiqL e. 1.84 ( "ircu1to de correnh! i:oni.1nn1e pJra o
f •u:rnplo ~ .30.
4.15 TRANSISTORES pnp
-
+
Ate aqui. a análi:.c se limitou totaJmcntc aos
-\'u
Agura 4.83 Circuno de corrente con~wuc ~o
diodo Zmcr.
çào do diodo 7..cner resulla etn uma corrente con~te calculada aplicando-~ a LTK (Lei das Tensões de Kin;bhott)
à malha base-emissor O valor de I pode ser calculado por
I
\, 81
v,
Rt
para garantir que a análise 1n1cial dru.
configuraç&..., bi.,ica: fica ......c tão clara quanto pos"1' cl
~cm se alternar entreº" doí' ltpo\ de tr.insi\tor. FeJi7.mente. 3 an:ilise de tran ..i.. tore., p11p segue o mesmo
padrão e.-.tat>elecido para o)> trans1stores npn. Primeiramente o 'alor de la é determinado e, em se@ida.
são aplicadas ª" rclaçõe apropriadas ao minsi-tor
para que a lista das incógnita' restantes seja definida.
~o .. erdnde, a única diterença entre as equações resultantes para un1 circuito no qual um transístor npn foi
substituído por um 1ran 'i:.tor pnp é o sinal associado
a quanudades espec11ico>.
Como :.e ob!>en.a na figura 4.85. a notação de
duas letra:. subscrita:. ~ manuda. Entrctanto. os sentido!> de corrente !oram 1n,erudos para refleur os da
trani.1i.torci. npn
Vz
(-t83)
----- -
- Vcc
Um ponto imponante o ser le\"ado em cotbideração
é que a c01TeT1te con.-.tante depende da 1~ do diodo Zentt. a qU31 pemunece b:ii.cante CO!btarue. e do re.stStor de
emis.iOr Rc- A tt.'lbão de ah mcntação 1í.L não tem nenhum
efeito ~ o 'aJor de /.
-
Rc
11.
+
+
l!:,,
EXE~1PLO
4.3U
Calcule a constante de corrente I no circuito da figura
•e
+
l'z Rc
\ 's1:
-
l
Re
+
-t84.
Solução:
Equação 4.83:
/ =
'•"Y
+
•
~
6.2 v - 0.7 \'
= - ,06 m.~ ""' J 1J11\
1.8 kO
=
FigL
l 85
Traru.i
t.
tor pnp na c:onligurnçiio de
polarização cstli\cl do cmi,'°r.
Qpit1.do 4
condução real. Uliliznndo- e as polaridades definidas
oa Figura 4.85. tanto V111 quanto J' serão quantidades
. - - - - --
1.4kQ
47kQ
A aplicação da Lea das Tensões de K.trchhofr à 1nalha
base-emtssor do circu.ito resulta na seguinte equação para
I0 1tf
10 11F
- - --tt( - -o'"•
e ..
.., o---t)t-- ---.--0º--1
a Figura 4.85:
- l1.R1:..
+
VBl -
lsRs -
185
-o - llS V
.
oe2aU\as.
-
Polarização CC-TBJ
-
\'<-e= o
l(}kQ
A substituição de Ir= (fJ
resulm em
\'cc
-1.
1.1 lQ
1)/8 e o cálculo de 18
--
+ VBE
lu = - - - - - Rs -t (/J - l)RE
(4.84)
ficu a '" S6
Trnm.í>tor pnp e1n umn oonti~ de
polanzação com di\.asor de ten~o.
A equação resullante é igual à Equação-l. 17. exceto
pelo sinal de 1'11f . Entretanto. nes~ caso.
-0.7 V. e
r·,.. -
a subsuruição dos valores resulta no mesmo sinal para
cada tenno da Equação 4.84. como na Equação 4.17.
Lembramos que o sentido de J,, é definido como oposto
àquele eMabelecido para o traru.istor pnp. como mostra a
Figura 4.85.
Para l'cr· a Lei das Te~ de KirchhotT é apli-
-
cada ao circuito colctor-cm1ssor. m.ultando na sc1tuintc
equação:
Calculando Jr,.. cemos
,, B
R~ lrcc
•
R, ~R!
-
(IOk!l)(- t8V)
- - 316 \ '
47kil+IOkO
•
Obsct-\c a s.cmclhança do fonnato da equação rom o
da Lcnsào ncgati' a rcsulUinte para 1
A aplicnç:io da Lei da.~ Tcn~õcs de Kirchhoff ao longo
da malha b:ise-t."11lio;sor resu lta cm
a.
7 \'s - \'sE - VE -
e
Subs1nuir lc ""' l c resulta em
[ VcE = -Vcc
+ lc<Rc -
Rc) 1
(4.85)
\~e =
E li.E tPLO 4. 31
Ot:tennine VcE para a configuraç-.io de polarização com
dl\asor de tensão da figura 4.86.
Solução:
O te:.Le da condjção
Va - VBE
Subsutuindo os valores. obtemos
\'e
A equação resultante tem o mesmo formato da Equação 4. 19. ma:. o sinal associado a cada tenno do lado
direito da igualdade foi modificado. Como 1 ccé maior do
que o \'alor dos termos re:.tanlCS. a tcru.lo 1·cL e negativa,
como observado cm um parágrafo antenor.
= - 3.16 V - (--0.7 V)
=-3.16V+0.7V
== - 2.46 V
Observe que, na equação anterior, é empregada a notação-padrão de letras subscritas. simples e dupla.
Para um transistor 11p11. a relação J'1 T', - J'u seria
eitatamente a mesma. A única diferença surge quando
os \'alores são substituldos.
AcorrenLeé
2.46 V
1.1 kO
Para a malha cote•or-em1ssor,
reomita em
{120}(1, I k!l) ~ IO(!Ok!l)
132 kfi > 100 kfi
(mlisfeita)
o
= 2,24mA
186
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
ub<aituindo lc := lc e agrupando os cennos. obt~se
+ lc<Rc + Rcl
\'cr. = - Vc·c
ub<airuindo º" \'OIOl'I..~.
\'cc =
=
ICffiO!>
\ ' + <2.24 n1A)(2,.i l{l
- 18\ ~ 7.84V
- 1~
+ 1.1 kfl>
= - 10,16 \ '
4.16 CIRC UITOS DE CHAVEAMENTO
COM TRANSISTOR
1
A aplicação de tmn.,istores não e~ta limitrufa somen-
te à amplifi~ção de 5inai:.. Co1n un1 projeto apropriado.
os lraJlSi,tore:. podem ser utilizados como cha\~ em
computadore:. e aplicações de controle. O circuito da
figura 4 ,S7(a) pode ~r en1pregado como um im·er..vr em
.
circuito de lógica computacional. Ob-.cn e que a tensão de
saída J < é opo 13 àquela aplicada na ba:.e ou no terminal
de entrada. Além di''º· não há uma fonte C'C conectada
ao cir1..u1to da ba:.e. A única fonte CC' é conectada ao
colecor ou cifl.'.uico de l>aida. e para aplicaçõe:. em computação é tipicamente i1::-ual a magnitude do oí\el -aJtodo !iinal aphc.ioo - no ca!>o. 5 \ . O res1!.tor R. garantirá
que a ten3ào toul aphC".ub dl.' 5 V nlo apareça atra\ 6. da
junção basc-çmi~r. Tambcm dcfmírá o valor de/_ para
u con<l1c;ào "hgado-.
Um projeto apropriado para que o transístor atue
con10 un1 in\ er-or exige que o ponto de operação alceme
do corte para a ~.sluraçào ao longo da reta de CAfb>a. como
determinado na Figura .t.87(b). 'lesse cnso, presumimnos
que lc - I 1 0 == O mA quando 11 O11A (unia excelente
aproxi1naçào à lw: d.1..' tccntc..b cud.a vcz 1nais aprimora4b
de fabricação). como mo,tra a Figura .t.87(b) 1\lém disso.
pn."Su1niremo:. que \ 'rz: =\ 'cr... ~ O V. em 'ez do valor
nonnulmentc ..dotado t.lc 0.1 a 0.3 V.
.,.
0.82 l..Q
\'
'
e;
5V
...___~, .
C'
__ __
_ ,_....
1
R,,
__._ ov
l•rc
6.'l.2
~
I
=1?.S
o,.
,
-l zt)
"°,, .\
7
l c .."' 6.1 mA
"
5(J " "
~,,A
~
-
o
,.._
\'
<t.a
à
1
1
1
2
3
o,.
(bJ
Flgura 4 .87 Tron"'cor inversor.
"c:t
Qpit1.d o4
Quando ~ = 5 V. o transistor e<aar.i -ligado". e o
projeto de\erá assegurar que ele se enconcre bastante sarurado pa:rn um valor de 16 maior do que aquele associado
ã CW'\a de la situada próximo ao ní,el de saturação. Na
Figura 4.87(b), isso exige que 111 > 50 µA. O olveJ ue
saturação da correnre de coletor para o circuito da figura
4.87(a) é definjdo por
l'cc
/,.
=..... Rc-
saturação pode ser aproxunado pela segwrue equação:
R.,... -
e m~-rrado na figura 4.88.
A utilização de um vaJor rnédío típico de \'t~ •. tal
como 0.15 \.
fom~-e
.. _
R-~~ = \Ice
l c:
..
0.15 V
6,1 mA
que é llDl valor relati\ amente baixo e pode ser considerado
apro~imada:mentc O n. quando colocado em série com
resistores na fuiJUJ de quiloohn1.
Para = OV. con10 mostra a Figuro -1-.89. as condições de cone resullarão no seguinte valor de resi-lência:
Pa:
Vcc =
ice.o
Para o nível de saturação. portanto. devemos gardntir
que a seguinte condição seja satisfeira:
(4.87)
Para o circuito da Figura 4.87(b).. quando
IB =
Re
Vcc
=
5 V - 0.7 V
68 L.Cl
sv
Ic.., = Rc - 0.82 lll
iiil
111
il
equivalente no cone é
Rc- -
i; = 5 V,
= 63 p.A
5V =
O mA
o que resulta em um circuito abeno equi\'alente. Para
um valor ripico de lr:1 u = 1O11A. o 'alor da resistência
o \'alor resultante de 18 é
V, - 0,7 V
= .,_.:i, j6 ...0,,,,
r:
= lc.
I
187
TBJ
~ =
(4.86)
O 'ator de l 8 na região ati' a um pouco antes da
Polarização CC -
Vcc
l cco
-
5 \1
- 10 µA
-
SOOkO
que cenmnaue ~ compona como wn circuito aberto cm
mwtos caso~
6'1 mA
e ~
Testando o Equação -1.87. Lemos
e
+
OQ
6. l mA _ ..J.8.8 A
115
µ.
que e sa1isfcua. Certamente. qualquer \'alor de 111 maior
do que 6() µA intcrccptarâ a rcb de carga cm um ponto Q
bem próximo no eixo vertiatL
Para V, = O \ f, !11 = O111\ . e como presumimos que
lc = l(ro =O mA, a queda de tefl')ào atra,és de RC é
determinada p<>r VM - 1, Rc = OV. resultnndo em V, - +5
7
\ para a resposta indicada na Figura -t8,.(a).
\Iém de sua contribuição nos circuitos lógicoc; do
computador. o transístor pode se'I' etnpregndo como uma
chave utilizando as mesmas extremid3des da reta de carga.
Na saturação. a correnre /< é muito alta e a 1ensão VcF•
muito baix11. O resultado é um \1!lor de resistência entre
os dois terminais determinado por
E
~i:;,
ra 4 .88 Condiçõc:. de :s!lturação e re:.,i,tencia
n:sullanlc cnt~ a:. tcnninai..;.
e ~
l cw
+
~·
E
-
>
L
'r
Cll:I
o
íi5
"1 .89 Condições de corte e resistência resultmte
entre os tcrmin.3i...
188
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
c..(c;., ~ 0LO <! . 32
Detcnnine R• e Rc: pnr.i o transio;tor inversor&! Figura
-t.90 se•~
Sofuüo:
..
10 mA.
=
Na samrnçào.
l'cc
fc..., =
l
Rc
IOV
IOmA = - -
e
JO \ f
= 1 k{}
Rc =
IOmA
Na saturação.
!.e..,
IOmA _ 40
250 -
laa
=
+ IJ
1,
(4.88)
1
sendo o retardo de tempo / o intervalo entrt! a mudança
de estado da enuada e o inicio da resposta na saída. O
elen1eato de tempo / é o rempo de ascensão de 10 a ~ó
do valor final
O tempo total necessário para que o t:ranslSlor alterne de .. Ligado- p.1J'8 -desligado·· é chamado de ' ~- e
definjdo por
Rc
de modo que
entados em função da corrente de coletor. Seus efeilos
na velocidade de resposta do sinal de salda no coletor são
vistos na Figura 4.91 . O tempo total necessário para que
o transístor alterne do estado -desligado'' para o õtado
-ligado"" é designado como 1.... e é deten11inado por
µA
1 lott
Escolhendo/• - 60 11A para garanrir a s:irurnção e
= '· i · 'l
(4.89)
1
usando
V, - 0.7 \ '
Rs
temos,
Ra=
~';
- 0.7 V
10 V - 0.7 V
&JµA
'ª
1
1
is5 i.n
1
1
l()()~f
--------- -,--1
-
90'l
1
Fçcolhefooc; R. = 150 kil. que é um valor-padrão. Então
1
'
1
1
V1 - 0.7 \ r
IOV -07 V
fa= - - - - 62 p.A
1501.0
=
Rfl
e
lc,,.
Is = 61µA >
= 40µ.A
f3cc
1
'1
11
~--------- J
10~
o
Logo.~
:
1
R11 = 150 kn e Rc= l kfi.
__
1
1
'
1
,4 J
1
1
1
1
•
r•
1
•• ' ,
1
,..
'
1
Hã 0'1lllSi.stores chn1nados de 1ra11sis10M de clsu~w­
"'e1110 por causa da velocidade con1 que podem alternar
de um valor de censão paro outro. Na Figura 3.23(e). os
periodos de cempo defi.nidos como 1.. 1,, 1, e / são apre-
___ J
1 ..
1
.,
-~
1
1
1
1
1
1
1
1
....
'
1
-.,1
Definição e». intervalos de Le1npo de uma
fom'Ul de onda ruJ..:id.!.
Figt.. - .;. 9 1
~cc• 10 V
'''·
r--~
o"'
10 \1
+----o \'C
h~,
o\'
10 V
~--
.. 1so
O\
t
ln\crsor para o E.-:emplo 4..32.
.
I
-Figura 4.90
'º \"
r
úpilulo4
onde 1, é o tempo de annazeruunento e / o tempo de quedn
de~ - paro 1Oºo do \alor inicial.
Para o ll'n.lbistor de aplicação ~>era) da Figura 3.23(e).
com lc: & 1O mA. de1enninamo!> que
(J -
120
PolarlzaçA<> CC - TBJ
189
;; 0.7 ' ~·
; OJ \ Ce
• E
ã
l .l \ (.a.As
º'
,,, = 25 n\
(/)
t, =- 13n-.
+
-
rl = 12 ns
e
de modo que
'"n - r,
13 ns + :!5 n-. = 38 ns
- t, + '1
- l '.!O ns - 11 n.. =- l 32 ns
=
lun
-t- 'J
A comparação dos valore:> .mlcnon.~ com os panimctru.. do lransisior de ch3vc-.imcnto BS\'5"'1 L revela
um do" motÍ\OS para a c'colha <ic:-'-C tipo de tran-.istor
quando nccc,o;:irio:
1,"' = 12 n
e tnr1 = 18 n
4.17 TÉCNICAS DE ANÁLISE DE
DEFEITOS EM CIRCUITOS
t\ arte de an.ilisar dcfc1to' é um tópico que cnvoh e
t:mt!lS po~c;ib1 hdades e técnicas que não ..e pode abordá-
-las n;i.., pouc:t<; c;cçõcs de um liYTO. fntretanto. o usuário
de\e conhecer algumas técnicas e medições que podem
isolar a ãrea do problen1n e ajudar na identificação de
Uffi.3 solução.
Ob,·inmen1e. o primeiro passo é enrender be1n o
comport:imento do circuito e ter algum conhecimento dos
ní,ei ele 1ensào e corrente e~istentes . Para o transístor na
~ião alÍ\ll. o valor CC n1ai~ 1n1portante a ser tnedido é
a tensão ba:.e-em1ssor.
Paru um trun.~/,for
de CtYCU de O, i
~
'ligado ", a tcn._ç_àn i ·&r: dt•i·e .\c.'r
1:
conc,õcs upropriatlas para a mcdu;ão de 1'11c
..ão mo-.1nu.W-. na Figura 4.9'.!. Obscnc que a ponta de
pT0\3 po-.1ti\'a (vcnnclha) do medidor c--tâ conectada
<10 l\.'flllln3l de base para um trans1sl0r npn e a pont:i de
pT0\'3 ncgall\3 (preta). 30 terminal do emi<;sor. Qualquer
fcitur:s 101almcnLe diferente do e<;per.ldoem tomo de 0,7 V,
como O \ '• .i \ '. 12 V ou ate mesmo um võ1lor neg3tl\O,
;;cria du' ido,..1. e as cone'l(ões do di~iti'o ou circuito
de' e riam c;cr \cri ficnda" Para um rransistor p11p. as
me5nkl:> conc'\ões podem ser utilizadas.. m~ as leiruras
terão de ser nc{?atl\aS.
Um \alor de h::nsào de igual imponãncia é a ten ão
coletor-i'mtSsor. Le1nbre-se de que 'unos pelas caraclc-
Figura 4.92
\'cnli..:u~u
uo valor CC" Jt i ·
risuca:. gerai,) de um íBJ que valores de J ~ em tomo
de 0.3 V :.ugerem un1 dispositivo saturado. condi~o que
de\ ena e'\1.)tir apenas .,e o Lransistor fo:.sc utilizado no
modo de cha\camcoto Lntrelanto:
Paru r1m amp/iftc' 1ulor trc111.11\tori:ado comum que
"/>Cru na rcgiiin atn·a. nom1uln1t•1uc• f 'cc é :!5 o ;5,.
dt• f '('('>
Para l 'a = 20 \. uma leitura de \-alores de 1 a:? \ 1
ou de 18 a 20 \ ' p.;ra i , 1 • como medido na Figura 4.93.
cenamerne é um resultado estranho e. a menos que o
dispo ili\ o tenha ido projcu1do para essa l"CSpO)>ta. seu
projeto e operação de\ em :.cr 1nvõ"t1gados Se I r.c =:!O
\ (com l'a- = 20 \ ' ) h.l. no rnlni1no. du:b po~1bilid.1<le:.: ou o Jíl>po5iti\o (TBJ) está danificado e possua as
caracien:.uca:. de um c1rcuno aberto entre os tenrurutis
de ct>lc1or e cmt!>..or. ou uma conexão na malha coletor·cmi .....or ou ba...c-emis.,or está aberta, como mo~tm a
FigUJ'3 4.94. cstabclccc-ndo 1, cn1 O mA e J'tc = O\'. "ia
Figur.i 4 94, a ponta de prova preta do voltímetro econcct~daao terra d3 lbntc. e a ponta de pro"ª \emtelha. ao
temunal inferior do rc~1.,tor. A auséncia de uma corrt:ntc
de coletor e a con.,equente queda de tensão igual a 7ero
sobre R, re'ultam cm uma leiturn de 20 V. Se o medidor
for conectado entre o term1n:il de coletor e o tei1a do TBJ.
n leitura \CTÚ O \ ' porque 1 , f niio est3 em contato com o
da po..iti'o de' ido ao circui10 abeno. Um dos et1os mai..,
comun) em pnítica.. de laboratório é o uso de \alores
errado .. de r~i..tência para um dado projeto. Imagine
o impacto da utilização de un1 rcs1stor de 680 O em R11
em \CZ do \'alor de proje10 de 680 Ul Para J' - :?O\'
e unu configuração com polarização fix.i. a corrente de
b3!>e re:.uhante seria
I _ 20 V - 0.7 V
= 28.4 mA
680fi
,, -
cm
\C7
do \'alor d\.-:.CJado de 28.4 ,LIA -
-;ignificall\'ZI!
uma diferença
190
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcWM
º~l
D
o\
(/)
1...
\'
-
~'
JiÇI(>
[..;-Iode
CUJ1o<in:mr.o
ou ún. de çoncd(I
~oona'rJa<"P!c alpms
\t'l~OUIZDD
figura
93
~cc
lc =OmA
~
•20V
1
1
.-
(/)
I
20V
Figura 4.94
l:'.fc1to d... wna fillha de coneüo ou~ um
di')Xl!>iU\ O def<.'llUO">O.
Um3 corrente de base de 28,4 mA ct.-namcntc co-locana o tran.-.i ..tor do pro3cto na região de '31U.1"2Çào e
t.al\C7 danttica-;'>e o d1spos1tt\O. \í-.to queº" v:ilorc-.
reais do' rc-.1"itore!> "ào diferentes do-. \'alore-; nominai"
indicado-. pelo cóJigo de cores (lembre-se do.; valores
de toler.inc1:t paraº" elc1ncntos reststi,os). e imporrance
medir o resi-;1or ante.., de inseri-lo no circuito. O resuluido
é a obtenção de vnlores próxin1os nos 1eóric(b e :dgoma
garantia de que o 'nlor de resistência correto está sendo
empregado.
Alg.umas \eZes surge a frustração. pot:. \erificamo:.
o dispo iti\O em um U"açador de cuf\~ ou em outro medidor para uans1stor e tudo parece em ordem Todos os
\'alorcs das ~ts1ênc1as foram confend<h. as conexões
estão est,ã, ets e a teru.Jo apropnad3 da fonJ.c foi aphcacla.
O que falUl luer·• Dcven1os. então. no:. esforçar para
aungir um ru\ el ma1:. elevado de softsucac;.W na anâh!.C.
PO<ktu -,._-ruma talh3 na conexão mlcma de wu u:rmmal'?
("om que fn."qUL~ia um s1mplL"!> toque cm tnn terminal crn
um ponlo ~Jl'."CÍlico ena situações de -abrir ou fechar"
conexOC..'! Tal' c7 a fonte tenha -;ido hlr.lda e e<>tabclccida
em um valor de Lcn'iào apropriado, rrulS o botão de ajuste
do \t1lorde corrente foi deixado na po,1çào 1e10. faJendo
com que o carcuno não tenha um ni' el de corrente adequado. Obviamcn1e. quanto mat sofisticado o istema.
1naior o leque de poss.1bilidade . Em todo caso. um dos
métodos mai-; eficiente-. de "erilicnçõo dn openiçào do
circuito coru.i~te em checar os dt\ ersos \'alores de tensfio
em relação ao terra. colocando a ponta de pro\a pre1a
(negati,a) do' oltimeuo no lemt e "tocando" o:. terminlli
unportantes com a ponta de pro\ a \Cm1ellia (posiÜ\"3}. Na
Figura 4.95. !>e! a ponta de P'°'ª 'cnnclha for conectada
dtretamente a 1 • obteremo:. a le11ura de 1e 'oh:.. Já que
o c1rcu110 Lcm um tura comum a fonte e ao~ par.imctro:.
empregados no circuito. Em J'< . a leitura de' e ser tru.'1l0r.
poc. há uma qucd3 de lt.-ru.ào a1r.1' cs de R<. e 1·, dc\c '>CT
menor do que s·< d-.'\ido a tensão colclor-cmissor J'•.:·
A falha cm um de,~ puntos pode ser uccitávcl, mas pode
representar conc,ào falha ou componcnle defeituoso. Se
VRc e J'"r apresentarem \'alorcs aceitáveis, ma- f'c_ for
O V. é provável que o TBJ e-.tejn danificado e e~iba um
curto-circuito entre O'i tennina1s de coletor e emissor.
Como já foi ob5el'\ ado. se J'<t.: rcgistra um valor em tomo
de 0.3 V. como definido por 1' . - i~ Vr (a diferença
enrre o doa~ 'alores medidos antenormente). o circuito
pode e. tar :)atunido com um Jispos11ivo que pode !>Cr
defeituoso ou não.
Mas de' e ficar claro. a pamr dessa discUS:>âo. que
a seção \.olumetro do multimeuo digital ou aoalógico é
muito unpon..nte no pm.:~ de análi!>e de defeit<>!>. De
modo geral os ,aJ~ ~ <:orrente ~o calcula.tO!> a partir
dos \alo~ ck tensão 00:> re:.1:.tort.-s. o que não requer a
inserção no cll'Cwto de um mulumctro com a fimção ck
m1hampcrimctro Para c:.qucma.'> de c1rcu1tos CxlL"DS<h.
costumain '-t.'f rom..~id&h \ a.Jon..... de tensão cspcci6CO!> paia
facilitar a 1dcnúlicaçiio e a \entlcaçào de po»ivcis ~
pmblcm:ittco-.. É claro que. para os circuitos aborcbdos
neste capitulo. di?\cmos conhecer apcnac; os valores tÍ'f'ÍCO'\
dentro do .,;istcma dcfmido-. pelO'i potenciais aplicados e pehl
open1ç.io do cín:uuo.
CJ
(/)
...
~·,
......
-
.. -
--
"
F' '.JL!
uo terra
4.95 \ 'c:rificaçOO do.,'ª'º~ de tcn:.iio cm relação
Qpit1.do4
No gernl. o processo de análise de defeitos é uni verdadeiro leste de conhecin1entos acerca do comportamento
correto de um circuito e da habilid3de de isolar regi~
problemáticas com a ajuda de aJgumru. medidas básicas e
medidores apropriados. A experiência efundamental e isso
. "
.
,em apenas do contato frequente com cm.-w1os praucos.
;
E.XEfl.fPLO 4.33
Com base nas leituras fornecidas na Figuro. -i.96. de~
termine se o circuito estâ operando adequndamente e.
caso não esteja, indique a pro'á"el causa do problenla.
Soluçao
0.. 20 V no coletor re,elam imedtatamente que l t =
O mA em decorrência de um circuito abttto ou de um
tronsblOr que não funciona O' alor de I '~,. = 19.85 V
te\ ela que o transístor está -dc:Ji.:,oado~. pob. a difen."llça
rn - V•a = O. 15 V é menor do que aquela nccc-ssárin
'
para
"ligar·· o tr.t11s1stor e fornecer algum valor para a
tensão i·l· ">\Ja verdade, se as'Umimtos uma condição
de curto-circuito da base pnra o emissor. obteremos a
<õe:gtllnLe corrente atr.tvés de R,;
que está de acordo com o resultado obtido de
Polarização CC -
TBJ
191
19,JV = 427µ.A
452 kíl
'
Ponanto. o resultado é um h'ansistor defeituo"":.o com
um cuno-circuito entre a base e o emissor.
E.<E ',,1Pt0
~ . 34
Com base nas leituras fornecidas na Figura -t97. determine se o uansistor está "ligado" e se o circuito opera
apropriadamente.
Solução:
Com base 00$ valores de R, e R, e no valor de J',, . a
tensão J 11 - 4 \ parece apropriada (e. de fato. ela é). Ü!>
3.3 V no euussor indicam uma queda de O.7 \ ' atra\és
da junção blbe-emissor do transístor, sugerindo que o
translStoreslá.oo ~tado "ligado". No en1an10. o:. 20 \ '
no coletor m é'lam que Je = O1nA. c."Ulbora a conc>.ão da
fontc !.Cja ..fmni:-. ou os '>O V não aparcecriam no coletor do cID.1JOStU\ o. E "istc1n duas possibilidrulc.~: pode
haver uma conc~ão impcrfciUI entre R( co tenninal do
coletor do transístor ou o transistor tem uma junção
base-coletor aberta... Primeiro, verifique a continuidade
entre o coletor e o resistor co1n um ohmímetro e.. se
estf\ er correta. o transistor deve ser testado por meio
de um 00.. métodos descritos no Capitulo 3.
19.85 V = 79.4 µA
20V
250 t..íl
Se o circuito est ivcsse operando de maneiro apropriada,
a corrente de base seria
-4.7 ldl
80Ul
:o\' -
Vcc - V0 c.
0.7 V
Is = Rs ..!... (/3 + 1)RE - 150 kfi - (101)( 2 kfl)
\
20k0
figura 4.97
19.6.5
l til
Cin:uito do E.xemplo4.34.
250Ul
fJ ; 100
4.18 ESTABILIZAÇAO DE
POLARIZAÇAO
A estabilidade de wn sistema é a medida da !>L'lbibihdadc de um crrcuito à variação de seus pani:meuos.
Em qualquer amplificador que e1npregue um lmnsistor, a
co11ente de coletor J, é sensível a cada um dos seguintes
Figura 4.91
Circuito do Exemplo .J.J3.
pnrãmeuos~
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
192
P:aunrenia com a eÍt'\'cl('tio ''" 1t·m11'eratura
l l'ad: d1111ín11i cen'tl de 2,5 n1l' {'<1rgn1u CdçuLç (ºC)
a mui' na lt..,,,pt.Tatura
lco (correnJc de saturaç·tiu rtTcr.\aJ: dobro de ,nfur
/'N.lra cada 10 ºC de <wn1e1110 nu 1en1peratura
,\lgum ou todos esses fatores podem fazer com
que o po1110 de polarização eja dc,Jocado do ponto de
operação projetado. A Tabela 4 :? re' ela como os \.alorc:. de Iro e JM, \ariam con1 o aumento n3 tempera1uro
para um trans stor específico. A 1empenuura ambien1e
(cercade25 C)/t.0 - 0,I nA.enquantoa 100 C(pon10
de ebulição da água) fc<> é aprox1n1adamen1e 200 veze:.
1naior. em 20 DA. Pnro a mesma variação da 1emperarura.
Paumenta de 50 para 80 e l/11t· ca1 de 0.65 \ para 0.-IS \ 1•
Lembramo:. que J é bastante !>en!>t\ cl ao '.Jor de I ,._.
principalmente para \.alorcs alt:m do \'a.Jor de hmiar.
T; beta
4 .2
Variação do~ par.ime1ro~ do tJ"a&b:ol- de
- 6S
., ..
--
100
1~ ..
·~
l m (nr\ )
p
Su:(\1
· 1o '
:?O
0.R5
0.1
50
til.65
'.!O
!(O
o•.is
3.J x 10 1
l~O
OJ
o.~
ª"
p<>lariLllçào fixa oferece uma corren1e de base c::ujo \"ator
depende da fonte de tensão e do rc ..istor de base. que não
sào afetados pela tenper.uura. pela corrcn1e de fugn oo
por beta. o morno \'alor existirá em alias ternperaLU.ra.S.
como indica o grafico da Figura 4 98(b). Como ~·el:i a
figura. csc;e fn10 aC31Teta deslocan1ento do ponto CC de
polar1Laçuu para um 'alor de corrente de cole1or mat:.
nho e u1na tensão coletor-t.'Tlliv.,or mais bui"<a. Em ca: o
ex1rcmo. o uanc;1Stor pode ser levado â saturação De
qualquer m.ineira. o no' o ponto de operação pode não
ser '>al1sf:itório. o que pode rc<1uhar cm cons1dcraYel
ilicio com a tuupcra:tura.
rrcl
O cfei10 da \."ariaçào n:l corrence de fusa (/ , ) e 'lo
ganho de corrente (j/) :.obrt' o ponto de polariL3çào CC
é demonstrado pelas caracteri:.uca., de coletor em1ssor-con1um dac; figuras -*.98(a) e (b). A Figurn 4.98 mostra
con10 as caractensuca:. de coletor do 1ran.s1r.tor ,anam
de u1na temperatura de 15 "C para ou1r:i de 100 "C . Obscn e que o aumento s1gnifcat1vo na corrente de fuga
nào ãpcna!> pro' OC3 ele\ ação n~ cur. as como tambcm
aumento de be~ como re\ela o c<,paçamcnto maior
en1re cun ac;
Podemo:. espnificar um pon10 de operação dôcnhando a reta de carga CC do c1rcui10 sobre o gráfico
das curvas carac1mstica:. de coletor e obscf'\ando a intcn.t:çuo dcss:i reta com a corrente de base C'C defimdã
p~lo circuito de entrada. l fm ponto arbitrário e mostrado
na Figura 4 9 (a) para ' • - 30 11A Con10 o circoi10 de
lc (mA)
lc(mA)
6
60µA
s
50 .,. '
6
70µA
~O
s
~)&A
4
4
30 µ ,\
Pvr11n J
1
~)&A
3
µA
\u ~•Ili
3
1tl µA
30 )&A
.,•
20µA
1 e;..--------_..;~--
10 µ..\
2
10~
---
1
\urnetil<\
o
\ 'a
o
5
10 '
1
IS
llcnl
20
(!\ 1
Agura 4 .9B
~l<>C<lmenl(l do ponto de J'Q~lo CC (ponto QI por ~u....-. tlt \'nriaçio da kmpl."ralttm: (ll) 2~ C: (b} 100 "'C
Qpit1.do4
distorção no sinal de saída. Um circuito de polarização
mais efi~iente é aquele que se esi.abiliza ou mantém a
polariniçào CC previamente ajustada. de modo que o
amplificador possa ser utilizado em um ambiente de
' ariaçtlô brusca!> de temperatura.
5''-~'· St'/gi) e S(JJ)
o fator de estabilidade e definido para os
parâmelros que afetam a estabilldade da polarizaçfio,
conforme a lista a seguir:
Fatores de estabílidade.
s
~lc
S(l co> = .llco
S({J) =
J.p
Con'iguraçao com polarizaçao fixa
Para a configuração com polarização fixa, o resultado será a seguinte equação:
[ S<lco> ==
(4.93)
Para a configuração com polanzaçào de C'lllll>SOr da
Seção ·t4. Uill3 analise do circuito resulta cm
{4.90)
(4.9-l)
Para R, RF>> p. a Equação 4.94 e.' reduzida a:
·
(4.92)
Cm cada caso. o slmbolo delta (~)significa a variaçào desse valor. O numerador de cada cqunç~o retrata
a \.<lriaçào da corrente do coletor de,·ido à variação do
parâmetro do de1101ninador. Para determinada conliguraçiio. M! uma alteração no \'alor de lco não produzir
mudança signilícaliva en1 /,.o fator de estabilidade
definido por S(lc0 ) = Afc/Afro será bem pequeno. Em
outras palavras:
está1·ei~ t'
f:3 1
ConfigL.raçao com polarizc:lção de emissor
S•lco>
il
13 1
. R11i Rf» /J
como mostra o gnífico de S(/( .11)
Cin:11i1os q11e siio
193
TBJ
5(/C!0 )
(4.91)
illc
Polarização CC -
relu1i1'a111e111e in.l'en~i­
'~i.s Õ5 1·(1rit1ções
<ie ren1pen11ura pt>':.uenr /i11ore.s de
esrahi/iJade redicidos.
ver\llS
(-t95)
R IR" na Figuro
4 .99.
Para R,, R, << 1, a Equação 4.94 pode ser apro"\imada para o seguinte valor (como indica a Figura -t.99):
i
Stlco> iiil 1 1
.__- - - --'· R11/Rc« 1
(4.96)
revelando que o fator de estabilidade tende para seu
menor valor quando Rt se ton1a suficientemen&e alto.
~-tas devemos ter em mente que un1 controle eficaz d3
polarização normalmente exige que R11 seja nwor do que
Rr. Ponan&o. o resuhado é un1a situação em que ni"eis
Em alguns casos. seria mais apropriado considerar
a:. quanlidades definidas pelas equações -t90 a 4.92 con10
fntores de sensibilidade. pois:
Quanto 111mor njàrnr de r.~rahilidade. mais ren"iivel
o cirr:uiln é a 1•ariar;õe." de...."it' pa~rm.
O estudo dos fatores de estabilidade requer o conhecimeato de cálculo diferencial. ~osso objc&ivo aqui.
oo entanto.. é rever os resulta~ da anàli~ matemática e
fonnar uma avnliação global dos fatores de est:ibilidnde
para algumas das configurações de polarização mais
populares.. Se houver tempo. há uma \'asta literatura
disponível SQbre este assunto que é interessante ler.
_ ossa análise co1neça com o \'alor cre S (/l 0 ) paro cada
configuração.
L-lr~-.~~~~~-p-+.__I~~~~~~~--
R11
Rc
s ii 1(
-
Poura 4.99 \1iriaçítodo fo11Jrdc: c:t.lllbifJdadcSJ/'(1 lcm função
da nulo RJ REp.n 1 configuração com polarização de: ani-:.oc
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
194
melhores de estabilidade estão associados a critérios
inferiores de projeto. Obviamente. de\.·emos buscar uma
solução que concilie as especificações de estabilidade
com ~ de polariznçào. É interessante notar. na Figuro
4.99. que o menor 'valor de S(lcol é 1. re\etando que lc
aumentará sempre a uma taxa igual ou maior do que Iço·
Quando Rz1R€ vanu entre 1 e <P + l to fator de
õtab1lidadc é tlctenninado por
Para a Equação 4.98. n condição correspondente é R >
RTh• ou a raz.ào Rr Rz deve ser a 01enor possfl,·el. Para a
configuração com polarização por divisor de tensão. Rn
pode ser muito menor do que o RTh correspo1\deote da
corúiguração com polarizJ.\'àO de emissor e, amda assam.
ter un1 projeto eficiente.
Configuração com polarização
por realin1entação (RE= O O).
Ne~se
caso:
(-1.97)
fJ< 1 + Rs/ Rc)
resultados revelam que a configuração com P4>
huizaçào de emissor é bem estável. quando a razão R•
Rc é a menor posstvel, e menos está\'el quando a mes111a
rvão se apro'<ima de /J.
'\Jote que a equação para a configuração com polarização fi'<a corresponde ao valor m~imo para a configuração com polarização de e1nissor. O resultado mostro
claramente que a configuraç.-1o de polarização fLu tem um
fator de fraca estabilídade e uma elevada sensibilidade a
variaçõe:. em I ,,.
~
Configuração com polarização
por divisor de tensão
lembre-se do que foi 'isto na Seção 4 5 sobre o
desen' ol\ imento do circuito equivalente de Tbé\'enin
para a configuração co1n polarização por di' isor de ceosão
mostrado na Figura 4.100. Para o circuito dessa figura. a
equação para S(lco>é a seguince:
(4.98)
Obser\'e a semelhança com a Equação 4.9-J. em que
foi determinado que S(/<0 ) tinha seu menor ,·aJor e que
o cin:uito rinh~ sun maior estabilidade quando R > Rtt.
Rc
+
-
1
fig ·1ra 1 "~ Crrcuno equivalente para a oontigmacão
roni polarização por dt\ isor de tensão.
S<fcol -
/3 + Rs/ Rc
(4.99)
Visto que a equação tem formato se1nelhan1e ao
daquela obtida para as configurações com polarização de
emissor e polarinçào por divisor de tensão, podem ~
aplicadas as mes1nasconclusões con1 relaçàon ra:zfJoR1 Rc_,
Impacto físico
Equações como as que fornm desenvolvidas anteriormente muitas vez.es deixam de fornecer uma explicação
física do funcionamento dos circuitos. Co11hecemosagora os
níveis relativos de estabilidade. e sabemos co1no a escolha
de parâmetros pode afetar a sensibílidade do circuito. nw
sen1 as equações pode ser difícil demonstrar com pala\'ras
por que um circuito é mais está\ el do que outro. Os par3grafos a seguir obJCU\'3111 preencher essa lacuna usando
algun135 relações básicas 3SSOC1ad3s a cada configuração.
Paro a contig,uração com polarização fixa da Figura
4.1O1 ta). a equação para a corrente de base ~
la=
l'cc - \' nt:
Rs
com a corrl:lllc do coletor dL"tcrmtnada por
( Ir: = fJla .... CfJ
+ 1)lco 1
(4. 1()())
C!b-0 Ir. como definido pela bquação 4.93. se elC\e
devido ao aumento de l,v- nada ba\ crá na equação que
tadiqué que 111 compensará ei.sa elevação mdeSCJá\cl
no nível de cor101tc (presumindo·~~ que l'BE pemr.ml..'Ç8
constante). Em outra::. p:tlav~. o nivcl de J, conttnuaria
a aumentar com a temperatura e 18 manlcna um \alor
con ;tanle, isto é, uma ~;tuação bem instável.
Para a configuração com polari7.aç-1io de emissor da
Figura 4. 1O1 (bl. entretJnto, um aumento de Ie de\-; do a
um aumento de /~~ provocam uma elevação da tensão
J'r = J,RF == f<R,. O resultado será uma queda no ,,.lorde
la. como detennina a equação a seguir:
Qpit1.do 4
..
+
v•• Re
+
l'
~+
Is
R•
'•
Figura 4 .1Ol
18
''cc
~lc
R1
~ lc
l!:.
Vn:
+
Vc
+
+
+
llsc -
'•
I'BC -
-
+
llE
-
(cl
lbl
(af
195
- v•• + Rc
~+
VaE -
'cc
Vcc
Vcc
Polarização CC-TBJ
(d)
Revisão dos csqumias de polarização e fatores de csbbilizaçào de Sl/rol
i
=
(4. 10 1)
Uma queda em / 11 teni como efeito a redução do valor
de Ir auavês da ação do transistor e. portanto. a co1npensação da tendência de aun1ento de lc quando hou\er uma
ele1.aç-.io na te1nperatura. Em ~uma a configuração :.e
comporta de tal maneira que há wna reação a um aumento
de lc. que tenderá as~ opor a tnrul mudança nru. condições
de polaruação.
A configuração de polariaçào por n!'3.limcritação da
figura 4. IOl(c) opera de maneira semelhante à configuração com polarização de cmi.~..or cm termos de níveis
de estabilidllde. Se f c aumentar dC\ido a uma elevação
de temperatura, o valor de 1',c aumentara na seguinte
equação:
queda. Uma que<b em i~,, es1abelece um \ alor mais bai.~o
de 1.. o que ceruara compensar o aumenuo de /<
EXE 1PLO 4 .35
C~lcule o fator de estnbilidnde e a variação em 1, de
25 ~e a 100 cc para o cmnsistor definido pela Tabela
4.2 para os seguintes csquen1as co1n polariz.ação de
.
emissor:
al R1 R, - 25()(R., - 250R1:).
b) R.;R,= JO(R., - IOR1:).
e) R.R,. = 0,0l(R8 = l OORi;).
Solução:
a)
+ Rn/R1:.)
J3 + R1J/R1:.
(3( 1
S(lco) =
50( 1
50
Vcc - VBE - \'Rc:1'
RB
anteriormente.
AIIUlis estável das config\1J'3ÇÕQ> é apol.ariLação por
dt\ 1.:>0rdc tcnsào da Figurd 4. IOl(d). Se a condição /JRE
>> IOR! for sa1isfc11.:a, a tensão l'a permanecerá razoavelmente constanl11 para diferentes \'ai~ de 1... A tensão
base--emi-.sor da configuração é deLerminada por i '11i =
I'. J ~. Se l c aumentar. J'E aumeoiar.i conforme descri10
3Dterionnente, e, para lQTill tensão J..
lrRL sofrerá Uma
0
ma.
+ 2.50
::: 41,83
(4. 102)
e o \'alor de f 11 din1inuirá. O resultado é umn estabilização do circuilo. como descrico para a configuração coin
polarização de emissor. Devemos estar cientes de que a
ação descrita não ocorre etapa por etapa. em vez disso,
é UJ1l3 ação simultânea que 1nant6n a:. condições de polarização estabelecidas. [m outras pala\ras. no ins1ante
exato em que lc começa a :.e ele\ ar. o CU'CWLO sente a
\anaçào. pro' ocando o efetto de compensnção descrito
+ 250)
que começa a se aproxnnar do nível definido por p - 50.
A mudança em Ir é dado por
.llc = : s(lco>:< -llco> = (.+l,83}(199n•.\)
= OJU µA
b)
/31. l .... RH/Re)
SClco) = a + R IR
=
~
B
50(1
+ 10)
F
50 + 10
- 9J7
.l lc = [ S<lco>] <.llco> = (9.17)l19.9n\)
=-
0, 18µA
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
196
C)
S'( \'iu:) a
50
r
que certamente ec;tá multo pró"<imo do n1,·e1 de 1
píC\i..10. ~ R,, RL << 1. Temos
=
1
;::- -
fJ
(4.105)
Rl
que mo trn que quanto fll3ior a resa tência Rt, mais bai~o
o fator de ~rabilid3de e m;ií:. está\ el o sistema.
0,01
:::: 1.01
.llc
-ª{R
~. F.
S<lco> ] (.l lco> = 1.01 ( 19.9 nA)
Configuraçã o com polarização
por d ' . · ">Or de tensão
\la configuração com polarização por di\ isor de
tensão
- 20J nA
(4.106)
O E-templo -1.35 revela como nheis cada \CZ mni
b3i:\~ de fco para o transístor TBJ moderno melhoraram
o ni' el de e--iabilidade dac; confi~çõe-. com polarização
bi..ia. Embora a alteração em 1, -.cja con,ideravelmerue
diferen1e entre um ci.n:w10 que tenha ~labilidade ideal (S
== 1l e outro que lenha um fator de e-.ubilidade de -11 .83.
a aheraçlo em lc não é tão :.ignilicatt\"3. Por e'cmplo. o
monunte de mudança em J, a partir de wna corrente de
polariz.ação CC definida a, d1ga1no!>. 2 mA. sena de 2 mA
a 2.00083 mA na pior das hipótc!>e:.. o que é oh\ iam~tc
~-qucno o !>uficu:nte para !>Cr dC!>prcL.ado ru maiona ~
aplica~õcs. Algull!> transi~ton:s de poti:ncia a~ntum
maJOl'Cl. COJR"DlC!\ de fuga, ma... paro a nworia da. crrcwta-.
amphficadcire-.. n1,ci-. mais baixo' de la h.'.m c'tcrcido
rmp:tcto muito positno sobre a qu~tio d:s N:lbilidade.
°"
S(Vr.J
O fator de t'l>tabi lidade é dclinido por
S<Vor> =
dfc
~\'BF
Configuraçã o com polarização
,.
1mentaçao
'e"
por
Na configw ação eoto polarinçào por realimentação:
S(\ac) =
- 13 Hc
-fJ-
(-t.107)
R11/Rc
[X[~1PLO
4.36
Dctcnn1ne o fator de estabilidade S( i sL) e a \tlnaçào
crn /<de 25 e(· a 100 "C p.tJ'3 o lnln..,rstordl'.'Ítrudo pcl3
Tnbcla 4.2 para os l>C!!Uinlc<. l.~ucmas de pohtnzaçào:
a) Polari7açào fi:u com R.. - 240 kfl e p = 100.
b) Polari7.3Çàodeemi >o0rcom R, 240 kn. Rc= 1 kQ
e// 100.
e) Polnrínçào de em1.,wr com R8 47 kn. RL = -t.7
li.!1efl = 100.
SoluçcfO
a) Equação -t .103:
Configuraçã o com pola· ·1ação fixa
se \ 'sf.) =
:-;a configuração con1 rolarí1ação fi'(a:
fJ
Ra
100
2-Ul kfl
- 0.,.41 7 X 10-J
(-i.103)
e
Configuraçã o com polari. açZ.o de emissor
• a configuração con1 polanzação de emissor:
S! \ Btl ,_
- /3 fR
/t.
/3 · R11 Rr,
~ /e =
St\ se>] ( .l VsE>
~ (--0.417 )( 10 J)(0,48 \ 1
= f-00417
= 10.!)uA
X
10
3
)(
-
0,65 \ )
0.17 V)
(-1. 104)
------
,\ o;ub'1ituiçào da cond1çào /I >> RJ Rc re5ulm na
54..i;Uinte equação para S(1'8 f):
b) Ncs-.e ca...;o. G= 100 e R,/Rc= 240. 1\ condiçào/J>>
R,, R não é "'3t:i-.fen:i. o que i mpoo;o;1hr Irla a utilir.3\ào
da Fquaçào 4. 105 e "ige o uso da Fquaçào -t.104.
Fquaçiio -1. I04:
S \' ) ( BE· -
do que o utilizado pnra S(fc0 ) e S( J:,,, ). como sugerem
algumas das equações a seguir.
-{J/RE
~ + Rgf R E
-{100)/ (1 kfl)
100
=
+
-0, 1
(140 kfi / 1 kfi)
-0,294 )(
197
Polarização CC -TBJ
Qpit1.do 4
100 - 2..m
Conf'guração com polarização fixa
Na configuração com polarização fi>ta
10- 3
lc
que e cet\.--a de 30o/o menor do que o ~-aJor da configuração de polarização fixa, de\ ido ao termo adicional R,
no denominador da equação de S( I' ,..,). Temo~
S(/3) -
Con<·guração com polarização do eri·ssor
J\a configuração com polarização do em1s:.0r
Ale = [ S(V8t.>] (~ V8 t..>
= (--0.294
~
X
10- 3 )(--0.17 V)
(4.109)
50 uA
'
e) ~t."SSC cru.o.
~
= 100 >>
Rs
Rc
-
47 kfl
4,7 kO
= 10 (la1isfeira)
Equação 4.105:
S{ \'sE)
As nomções I, e P, s.1o utilizadas para definir seus
valores sob detemünadas condições do circuito, enquanto
a notação p, sen e paro definir o novo valor de beta quando
há variações de tempe.rorura. variações em p para o tll\.'SIOO
lnlnSistor ou quando há sub:.tiruição dos transístores.
1
= --
Rt;
1
4,7 kü
= -{),2) 2 X 10-J
e
(.t.108)
/311
6.lc = I S(VJJE)](~ \ai;)
= l-0,2 J2 X 10-J}(-{).)7 \ ')
E.<E' 1PLO 4.37
Detennine /, « a uma temperatura de 100 "C. se fc'L 2 mA a 25 "C para a configuração com polarização do
emissor. Uúlize o transí:.1or descrito na Tabela -t!. onde
p, - SOe/Ji - 80. e uma razão de resistência R,,Rcde 20.
Soluçao:
Cquação .i. 109:
= 36 104 µ A
S<ft>
No E.'<cmplo 4.36, o aumento <k 70.9 µA tcrJ unpacto
sobre o valor de I ,,,. Para uma situação cm qru.- 't:v = 1 mA,
a ro11t:t1tc de coletor se elevará em mna proporção de 3,5%.
l cQ = 2 mA
-+ 70.9 µ,A
= 2,0709mA
Na configuração ()Or divisor de ten~o. o valor de R8
será alterado para Rn. nn Equação 4.1<». como mostra a
Figura -t. I00. o Exemplo 4.36. o U50 de R,. = 47 kQ é un1
projeto qu.esrionável. Entretanto, R. para a configuração
com divisor de tensão pode ser igual ou menor do que esse
valor e. ainda assio1. n1anter as caracterisricas de um bom
projeto. A equação resultante de S( 1• ~)para o circuito corn
realimenraçào será sen1elhante â Equação 4. 104. sendo Rç
~ubstituido por Rc.
e
lc,C 1 _._ RR/ Re)
= ------/31( 1 + /Ji ~ Ro/ Rt)
10 3)( 1
+ 20)
(50){ 1 + 80
+ 20)
-
('.!
~
8.32
)l
V
-
42 ~ 10-3
5050
10- 6
.ll< = ( S(J3))[ ~/3:
= (8,."\2
X
JÜ-6)(30)
:::: 0.25 mA
Portanto, a corrente de coletor 1nudou de ., m .\ :i temperatura ambiente para 2,25 mA a 100 "C. o que representa unu variação de 12,5%.
Configuração com polarização
por divisor de tensao
1'a configuração com polari7.ação por di\·1wr de
tensão
5(/f)
O último futor de estabilidade a ser investigado é o
S(/J). O desenvolvirnento matemático é mais complexo
(-ti 10)
198
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de circr.itos
Configuração com polarização
por real i mente . -:~
Na configuração com polarir.ição por realiine111açào
S</1>
lc 1<R11
/31CRu
+ Rc )
(~ . Ili)
+ #:~·)
mA para 3.236 mA. ma'.> i: so jn ern esperado, pois reconhecemos no conteúdo de-.ta ~ào que a configuração
com polarização fixa é a meno:. ~Ui' el.
Se a confi~uração ma.is e-.ci\el co1u di' tSOr de taNin
fosse e1npregada com uma ro..z.ão Rn/R1 - 2 e Rr: 4.7
kíl, então
S<l{t1l = .:? ..'19. S·\R1> =-0.2 ,., 10- 3 •
S</J> = 1.-M5 · 10-{)
Resumo
ir~
iatore:. de
e:.tabilidade relevantes. o efeito total sobre a corrente
do coletor pode ser detennínado utiJi1.3ndo-se a seguinte
equação para cada configuração
Agora que forarn introduzidos o:.
e
lllc = C2.89)(19.9nAl - 0..2 · 10- 3( 0.17\')
+ l .+i5 10· "(30)
= 51 .51 nA + 34 µ.A -i 4 3,4 J.,LA
= 0J)11mA
A corrente de coletor resultante é 2.077 m ~. oa
;\principio. a equação pode parecer bem comple~a.
1nas obsel'\ e que cada componente é simplesmente um
fator ck estab1húadc par.ia configuração muJupLicado
pela \'arl3Ç:io re-oultante no parâmetro entre os límires de
temperanira que intercs,an1. A lérn di!-so, o \'alor de~< n
:.er detenninaJo é '1mple:.mente a '"llriação de lc a partir
de <;eU \'alor à tcrnperatura ambiente.
Por c\emplo. -.e e\an1ínnnno a configuração com
pol3riado fiu.. a Equação 4.78 dará orieem a
-
/3 ~V111
Rs
+ ~~fJ
Pi
(4.113)
apó:. :.ub:.lituinno!. os fatore de e:.tabilidade deri\iados
nesta !>(.."Çào. Agora ullh.rorcrnos a rabeia 4.1 para eoc~ntrnr
a 'anaçào na corrente do coletor para uma mudani,.:a de 25
ec (tcmpemtura ambiente) a IOO '"'C (pontoded>uhçiioda
águ!l). P3.r3 essa fa.1xa. n tabela rc' ela que
.llco = 20 nA - Cl.I nA
~\ 'lll:
e
=
0~8
l/J = SO
essencialmente 2.1 mA. cm compar-.içào a 2 mA a 25
e. Ob\ iamente o .:i.rcuito é~ mais está\.CI do que 3
configuração com polarização fi-<a. con10 menciona.mo::.
dic;cus~ anteriore.. . es'c caso. S(p) não superou
os outros doi'i fatores_ eº' efeito., de S( l·'i.._) e S{/ ,) são
1gwlmente 1mpon.m1.n. ~a \crtlade. a alta.-. ll!mpê&UUI'3S.
o:. efe110:. de .sl 1 >e st/ ,) ~r-;Io maiores do que stR> J>M3
o disposni\ o da T~belu 4.2. Para tempernturns abaixo de
25 ºC. /, diminurrá com nivei" de temperatura c:ida \.'a
•
•
nega ti\~
mais
Há cada \CL menos preo~upac;ào coru o efeito de
S(/c") ao se projew um cimuto. pois as tecnicas a\ançndas de fabncaçào continuam redu~indo o valor de f
= fc,no· Dcvcmo, mencionar que, par.t um trnn.si<;tor espcciJico. ª' variaç&-s Jo n1\c1s de l c·B<i e l'uc de um
transistor para outro e1n um lote sõo quase desprezi\eJS se
cotnparadns à \<lriaçãoem beta. Além disS-O. os resultados
da análise confirmam o fino de que para um bom projeto
de cstab1li7,ação:
ºª"
Conc:/ltlÕO gnw/:
19.9 nA
\ - 0.65 V - --0.17 \ 1 (~c o :.in;1h
50 - 30
Começando com unia corrente de coletor de.:? m..\ e
um R de :!40 Ul, obtemo., a variação resu tante de lc de' ido a um aumento na temperatura de 75 e. como segue:
50kíl (--0.17 V) - 2mA
50 (30)
240
1~ ..J2 µA + 1200 µA
.l Je = 150)( 19.9 nAl -
= 1 µ.A
= l .236mA
que é um valor s1gn1ficativo e devido pnnc(palmcnte a
uma \.3riação ~ fl. /\ corrente do coletor aumentou de 2
.4 ra::Jo R8 'Rc ou RnfRc e/e, t~ 't'r a 111enor pos•i,'f!I,
c·o11sídt•rand<>-(C lodõt or outrr1' po1110., do projeto.
in,·/uindo a ~1xuta C.A.
Fmbora a anâli-.e anterior P<>'"ª ter "ido complicada
cn1 radio Ja., complcus equações para algutrub d:b !>CD~•bil ídade:.. o propó.. ito era de:.Co\OI\ er um alto ruvel de
conhecin1ento do fatores que conlribuem paro um bom
proje10 e permi1ir mais in1imidade com os parâmetros
do trans1~tor e de cu impacto sobre o desempenho do
citcuilo. A anlli-.c d.b ~ôe!> antcnores uLíliLou situaÇõe::.
idealizadas. com 'ulore:. c:.tóvcas para os parâmetros.
Agora conhecemos melhor o modo como a resposta CC
do projeto pode vanar com ª" variações dos parâmetros
de um trun">i!>IOr
c.ap:tulo 4
4.19 APLICAÇÕES PRÁTICAS
Jli,im como ocorre com o~ diodos no Capitulo 2,
~ pr.Uicamcntc 1mpo~si,cl tratar. ainda que '>Upcrlicialmentc, a va.'>13 área de aphcaçào 00.. TBJ,_'-:o entanto,
algumas aplicações foram c"colhid3., para demonstra r
como as diferentes facetas de suas características podern
ser utilindas para desempenh ar \ária' funçõe:>.
Uso de TB,J como d'od"' rfe proteç5o
Quando con1cçamos a c'l:aminar circuito'> complc,os. é comum encontrarmo" tn1n<.is1~ que são lL'>:tdo.,
sem que os três tenninais estejam conecmdos no circuito
particulnm1entc o terminal do coletor ~eS<ses cosos.
é mai:.. prO\iÍ\ cl que o transístor seja u.;ado como diodo
Hã inúmeras razões para tal utilização. incluindo o fato
de que é mais barato con1prar uma l!nlnde quantidade de
uan · istore) em \CZ de um pacote pequeno e depois pagar separadntnente por díodos e'pecifico s. Além cl isso,
em Cls. o processo de fabricação pode ser mais direto
para fabricar transistore:. ad1c1onai) que 111troduzc1n a
sequencia de construção de d1odo . Do1) exemplos desse uso apartcem na F1gum4.102. ~a figura 4. IO:!(a).
o IJ'albi)tor t! usado em um cin:uuo de d1odo :.1mplcs.
~a figura 4.102(b). scnc para otabcle<:L'f um nrvcl
de n:fcrênc1a.
~1ull<h vc1.cs, veremos um d1odo conectado dtrcla·
mcntc atra\cs de um dlspos1u,·o. como mostro a Figura
4. 103. simplcsmcnlc para U.'>.~"UflJT que a tm-'iào atra\'é. de
um di.;po,irivo ou sistema com a polarid:ide indicada não
n.ced:t a tcn<Jio de polari1.3çào direta de O.7 \ : r--o -;entido
inver;o. se a força de mprura for -;uficimtemente elevadn.
.;imple!>mente aparecerá como um ciR:uito abeno. Novamente. porém. apenas dois tcnninai de TBJ estão cm u-.o.
Polatizaç.\o CC - TBJ
199
A Qtl~~o n er Ievontnda é a de que não )C de' e
assumir que todo rruosistor TBJ en1 um circuito esteja
sendo utilizado para ampli ficaçào ou como wn buffer enlre
os es1a~1os. As ~J.:. de apltcação de TBJs são ~
Acion~,...,..p ~ .... r .... •,;
Essa Jphcaçio e unia conlinuaçõo da discus:.ào inicindn sobre o díodos e sobre con'o os efeitos do -golpe..
induti\ o podem ~r minimizados com wn projeto apropriillo. Na Figura 4.104(a) um 1rons1s1or é utilizado para
estabelecer a correorc nece~a para cncrgi.zar o relê no
circuito coletor Setn uma entrada na bJ:>C do t.ransi.:.tor.
a co11ente de b.i.~. a corrente do coletor e a corrente da
bobllla :.lo e--~nc1almcnlc O A, e o rele ~e mJ.ntcm no
estado não encrg1ado (normalmente aberto, A). ~o
entanto. qwndo um pubo po!>tlÍ\O e ilphcado na bJ.:..c. o
lraJhi,tor ..e liga. e.t.abclcccndo corrente ,ufic1cnte atra·
\'és da bobina cletrom:igncnca para fechar o relé. Pod.:m
OCOTTer' probletm.' quando o ·inul é rcmo\;oo da b3.:.e para
desligar o tr.m,io;tor e desencrgiz.nr o relé. O ideal sena
que a corrente atra\'éS da bobina e do tran i<;tor cai" e
rapidamente para 7ero. que o braço do rele se solta'\'C
e que ele fica 'e inativo até o pró~imo simil -lig.ado-.
Entret:ioro. aprendemos ja nos curso básicos que a corrente atra\és de wna bobina não 1nuda ifu1a11umeamente
e que. na 'erdade. quanto n1ais rápido se modrfJOJ. maior
é a teru.lo tnduzida a.craves da bobina, como definido por
J'L - ltdi~ ltt). N~ '-•1so. a mudança rápida da corrente
atra\.6> da bobina gera uma grunde ten--ão com a polaridade mo~ na Figuro 4.104(a). que 'urgmi direwncnte
atra\6. da s.aitla do tr.l.Jl!>istor. Ha wna ~ probabilidade de que seu \.ulor t'.xceda as cspccifica çõo miümJ.s
do tran.'>t:.tor e Jc que o tlispo!>ÍtÍ\ o semicondu tor 'cja
pcnnan.:ntcmcntc d.milicado. A tcn...llo na bobina não 'e
(> \ '
11
, •..,, '"' ' '11. + 1 \ = 2,7 \ o--..___
+
'
1
.
~
,...,,. -- -,
-
+
\'
---
r Jl.C
( 3)
(b )
Figura 4 .1 C'
Aplicações de TBJ como um diodo:
(a) cin:uito de dtodo c1n série simrlc->: (b} cstibclccim cnto de um n!Ycl de n-fetincia.
,.... '
113 Operação
corno d1sposttt\·o protd«.
200
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
l 'ct
' ,,
~
~~º
o~C
o
+
I
'
R
Í
-
(ai
Flgurn 4 .104
v
1L
- Pul~o
oSO
~?'C
de altll ten\Jo
'
I
R
tb l
Acionador de rele (a) atbéncia de <hsposni-.o pro1c1or: (b) com dDl díodo m bobina do rele.
1nJ.11t~m em !léu
'alor má.xuno aung1do no clu\e'.unento.
ma:> o ila. como mo::.1.rado. até que i.eu n1\el e.ti.a a Len>
qwmdo o ,C,t"-ma se ôtabiltza.
E'..a ação di:~trul1 va pode '>Cr abrandada ao colocanno ... um diodo na bobina. como mo'trn a Figura
4. 104{h). Durante o estado ligado do tran...i ...1or. o d1odo
é pctlarinido n:vCT'\amcntc, permanece como um circuito
abe!"to e não afeta nada. No entanto. quando o transistor
...e desliga.. a tcn~o na bobina é r~crtida e polariza diretamente o diodo, li~ndo-o. A corren1c atro\és do indutor
estabelecida durante o estado ligado do transistor pode.
então. continuar a fluir pelo diodo. eliminando a mudança
bru....ca no \ator da corrente. Uma' e1 que a corrente indutora eligada ao diodo quase in... tanwneamente quando
o e->tado desligado é estabelecido. o díodo dC\e ter uma
especifcação nominal de corrente que corresponda â
corrente atro\ 6; do indutor e do tran,1!>lor quando ligado).
t.1unb \cZõ. de' ido ao:. ele1nentoi. ~1::.ti\ os na malha.
incluindo a resbtl:!ncia do enrolaménto da bobina e a do
diodo. a 'ariaçiio de alta frcqut!nc1a (ol>C:1laç-Jo rápida)
no valor da tc:fuào atravci. da bobina cai para Léf'O e o
,j.,11.-ma ê c..;tabclccido.
-
Chave1men to de ºámp.1i1
Na Figura ~ 105(a). um tratblstor é utilizado como
un1a cha\c paracootrolar~~tados ligado e <k.~ligadoda
lâlnpada no ramo coletor do circuito. Quando a cha\e esá
na po 1ção ligada. temo::. uma snuação com polarização
fi\a cm que a tensão base~1~or e::.tá ern seu \alor de
0.7 V e a corrente de ba!>e e controlada pelo r~tor R1
e pela impedância de entrada do transrstor. A corrente
a través da lampada !>Crá. então, bcu1 vc/cs a corrente de
busc e ela se aci:11dm_ ~las um problcnHI poderá surgir
'>é a lâmpada c,.u\er dt..~ligada hã algum tc1npo. Quando
ligada pela pnmcua \CZ.. l>U3 rc..1..,tência e ba,tantc baixa.
ma' \Obc 111p1d.amente -.e pcnnancccr ligada. I'-'<> pode
causar um 'ator momenlallcamente alto da corrente do
coletor, que pode danificar 3 lâmpada e o tran-.i tor com
o pas ar do 1cmpo. ~a Figura -t 105(b). por e:itemplo. a
retn de carga e mostf3da para o mesmo circuito com uma
rcsiinência fria e oumi quente para a lâ1npada. Obseoe
que, apc:.nr de a corrente de base ser es111belecida pelo
circuito de entrada. a interseção co1n a reta de c.a~a
resulto em uma corrente mat:. alto pnra n lâmpnda quando ela e tá fria. Problemas com o ni\cl hgado podem
figura 4 .105 Utilização de um traru.i~tor como dtJ\ e para controlar os estados ligado e dõligado de uma lâmpada: (a)
circuno: (b) el'"eiro da baixa res1~tênc1:1 na com.'1\1.? do coletor: (e) resi~tor lim11;1dor
Qpit1.do4
ser facilmente corrigidos por meio da inserção de uma
pequena resistência adicional em série com a lâmpada.
como mostro a Figura 4.105(c). apenas 1>3ra garantir u1n
ljmite no salto inicial da corrent~ quando a lâmpada é
ligada pela primeira vez.
Mariutenção de corrente de carga t·xa
Se imaginanuos que as carocten:.úcas de um minsis-
ror são como 1nos1ra a Figura 4. 106<a) (com beta constanre). urna fonce de corrente. razoavelmente i:ndependeo1e da
c:uga aplicada. pode ser cnada pelo uso da conligumção
simples com t.ransisror IDO!>trada na Figura 4. 106(b). A
correnLe da basl! é fixa e. independentemoue de onde a
rem esti\ cr localizada. a corrente do coletor pcrmant--ccrá
a me.ma Em outrru. palavra!>. a corrmte do coletor m·
Üt'.'Jk."lldc da carga ligada ao circuito coletor. No cnwnto.
de' ido ao fato de as caraclcrist1cas ..crcm ~imilarcs às
da Figura 4. l 06{b ), em que bela varia de ponto a ponto,
e mesmo que a corrente de base possa estllT ti:"tada pela
configuroçào. ele varia de ponto a ponto com a interseção
da reta de carga, e Ir = 11 deverá \":lJÍar. o que não ê uma
caracteristic:.1 de un1n boa fonte de corrente. Lembre-se.
porem. de que a configurnção por di\isor de tensão resultou em un1 baixo n!vel de sensibilidade a beta: assim.
se essa esmttura de polarização for u1iliznda. calvez a
fonte de corrente equivalente esteja próxima da realidade.
~a \enfade, isso realmente ocorre. Se uma estrutura de
polarização como a da Figura ..J. lOi for empregada. a
~bitidade a n1udanças no ponto de operação devido à
' anaçJo das cargas será 1nujto menor e a corrente do coleLor se man1erá rela ti vamente constante p:i.ra modificações
na r~istrocia de carga do ramo do coletor. !'>la "enlade, a
Ll!nSào do t.'Illissor é determinada por
VE = Vg - 0.7V
201
Polarização CC-TBJ
com a corrente da carga ou do coletor detennioacb por
lc a
A estabilidade 1nelhomda pode ser descrita a partir
da Figura 4. 107. pelo exame do caso em que f c pode
tentar aumeru.ar por várias razões. O n.'Sllltado ê que Ir
= lc taJnb.!m ~btrã. a:.sim como a te~ão 1,, = J Rc. No
en1anco. 5e presumirmos que 118 seja fixo (wna supo:.1ç-lo
váhda, Já que seu \alor ~ detennirut<lo por dois resist~
fixos e uma fonte de tensão). a tensão ba~l!mi:.:.or I •e =
1·B - J '•~ crurá. A queda cm V8 r. fará com que 1.. e.~
q ucnlCmCDle. /c (= PI8 ) caíam. O resultado é uma situação
cm que qualquer tendência de aumento de 1, ocorrera com
uma reação do crrcuho que trabafh:irá contrn a m~
p.'lra cstabilihlf o >istemn.
,, "" .
\'
y«
RO\
,1,
R
\'
•
::::}
I
t
ll'
~
+
0.7\
l'E
J,F
R,
Rc
F:;·· 1 r'l .f! • n7
C.in:wto que estabelece uma fome de
corrente rebm;unaue co~-rante devido 3 sua reduz.ufa
sensibil.i<Ltde ãs alteraçÕt!S i:?lll beta.
s ... ~o.. Construção de uma foatc de corrente coast:in1c considmmdo cmYas características do TBJ ideais· tal cun~
caractcruricas ideais; (b) circuilo: (e) d~-uação da razíio pela qu:al 1, pcrmmccc coasmntc.
Fig
1r
202
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Sistema de alarme com uma
fonte de corrente constante
Um sii;u:ma de alan11e com uma fome de oorrente
constllnte é mostrado nn Figura 4.108. Como fJR,. = ( 100)
( 1 kfl) = 100 kfl é muito maior que R • podemos utilizar
o método de apro!\imaçào e descobrir a ten~ J '~.·
=
V
R
VRL = \.'R, -
2 k n( 16 V) =
\
4 78
2 k!l + 4,7 kfi
•
0.7 V = 4,78 V - 0,7 V =
4.0 V
e. fmalmcntc. a corrente colctor-t'Tnissor.
4.08 V
kO = 4.08 mA
1
==
.fmA = l c
\ rtsto que a corrente do coletor é a correrue ncravés
do circuito. a corrente de 4 mA se mantcní relativamente
con:.tante para pequenas variações na carga do circuito.
Obscn e que essa corrente passa por wna ~Crie de cl1..'mcntos sensores e finalmente por u1n amp-0p projetado para
comparar o 'alor de 4 mA com o valor de rcfCJineta de 1
1nA. (0 a:mp-op - amplificador operacional - será abordado com detalhes no Caphwo JO. ma.. não e ncce:.sário
ccnhecer detalhes desse dispositi' o para essa aplicaç..i.o.)
O s.mplifiL-ador LM2900 da Figura 4.108 e wn d<h
quatro encontrados no circuito integrado com encapqila·
1netito DIP' que aparece ria Figura 4. l()CJ(a). O:. pinos 2. 3.
4, 7 e J4 foram utili23dos no projeto da figuro 4.J O&. Apenas
por curiosidade. obsen:e na Figura 4.109(b) o número de
elementos necessários para estabelecer as caraclerlsticas
finais desejadas pam o amp-op. como já 1nenciooado. os
detalhes de sua operação uuema foram deixados para wna
discussão posterior. A corrente de 2 mA no tenninal 3 do
runp-op {: mna roaerue de TPf erência estabelecida pela fonte
de 16 Ve por R.a conect.at.lo oa erurada negati,adoamp-op.
A correntt: de~ mA e ~a.já que é o valor com o qual
a corrcnte de 4 mA do c1n."Wlo será comparado. EnqwmlO a
corrente de 4 mA na t.'Tltr3da pc:r..itiva do ámp-op pcnnancccr
con.<;tanlc.. o dispositi'-o ofctcccrá uma saída de tensão "alta..
que excede 13.5 \ '. com um valor normal de 14,2 \ ; (de
acordo com a folha de dado5 para o amp-op). No entanto, se
a corrente do sen..c;or cair de 4 mA para um nf\•el abai'Co de 2
mA, o an1J>-Op responderã com u1na tensão "baixa" de saída
de, aproximadamente. 0.1 V. A saída do amp-op sinalizar.i.
então. o circuito de almne a respeito dai rregularidade. ~oie
que não é necessário que a corrente do sensor caia a OmA
para sinafi1.3f' o circui10 do alanne. Apenas uma variação em
tomo do valor de referência que parece incornwn é suficieme
- wna boa camcteristica para um alnm1e.
Uma unponante característica desse ainp-op em
pMicular é a baixa unpedância de entrada mostrada oa
Figura 4.109(c). Da é unportante porque não se dt."SCJ3 ter
circuitos de alanne que reajam a cada pulso de tensão ou
perturbação na linha ck' ido a chavcàmento~ extcmô!> ou
forças externas. como no C3!>0 de relâmpagos. Na Figura
4. 109(c). por C.'Ccmplo. <,e um pulso de alta tcn.5ào aparet."Cf'
na cntr.ida da configuração série, a maior parte da tensão
surgi1á sobre o resi.~rem ~rie. e não no amp-<>p, e\itmdo
assim u1na entrada falsa e a ati,·ação do alarme.
. - - - - - - r - - - o • 16 V
+16V
Clr.t.ve da
pona
- t p- 11 ••
R,,'
fW?ib~
,.De a janela
..-
C.OCieiilC
<;.;.. cb P!'ll
4
Figura 4 .108
+16Y
:\
4 Oon:w!&>
de •I» ""' sonoro
Um siStema de alanne com uma fonte de corrente con~iante e LlJll comparador com amp-op.
Qpit1.do 4
Polarização CC - TBJ
203
t..nc:spsulamento DIP
,,
1i
li
1.
111
Marca 111:1
encap;;u lmncnto
para 1dcnu fiar
os nilmcro5 dQ~ pifl(b
1
1
.....,..
r ~_.,,=~----+-3.----~~4~-+,.------'~
h ~__,....,
1
==7 1
-
\ ISI \ SI FI Rlllll
':"
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+
3
Eoti..ta e- ~ 0 - - - - . . . . , .--1
+
7
-
V
...
'
o
l--
-
' :"
te)
Figura • 109 J\rnplificador operacional l-~12900: (o~ e11cap:.ulamcruo 01~ (b) componen1é!>; (e) efciw de unu entrada de
baiu impedãttcia.
Portas lógicas
Nessa apite.ação. ampli~ a dJscussão i.obrc circu1to.. de chavc-.uncnto de trWlSu.tores da &--ção 4. 15. Re-
capitulando, a impcdâncta colctor-einissordc um transistor
é bastante baixa próximo à saturação e bem alta próximo
ao corte. Por exemplo, a reta de caiga define ~at11raçao
como o ponto em que a c-0rrente é bastante alta e a Len~ao
coletor-emissor é bastante bni~a. como mostra a figura
1
. • . resu l tnn1e. defin"
~. 110. ,:\ res1qenc1a
1da por 11... - Vc1:
. ·'"''"',
1<-...,,j. l lW
é bastante bai'<a e fteqllentemente considerad;J uni curto-circuito. No corte. a corrente é relati\-amente baixa e a
lensão tem o valor n1áxin10 mostrado na Figura 4.1 1O.
resultando em unia nlta itnpedãncia entre o tenninal do
coletor e o do emissor, o qual nonnalmeote se nproxin1a
de um circuico aberto.
Os vlllores de 1n1pedãJ1cta mencionados estabelecido:. por lralb1stores •·1igado:.- e '"dóligados- facilnnm
a compreensão da operação das portaS lógicas <ln Figura
4.111. Como cxistc1n duas entra~ em cada porta. há
quatro J><hS1bih<ladcs de comb1nação de tcrisão rui entrada
dos tmnSJston:s. O csLndo 1 ou Ligado ~ definido por wna
tcn...ão alta no tc~inal da base para ligar o transistor. U1n
esrado Oou desligndo é definido por O'' na bac;e. garnntindo que o lraDSistor esteja desligado. Se as entradas •.f e
B dn ponn OR (OU) dn Figura 4.111 (a) têm umn entrada
ba~n ou OV. amOO.. os transistores estruiio desligados (coTtados), e a impedância entre o coletor e o emissor de cada
RI-TA OF CARGA
1
___
ll.------~,~la =(J 11A
O
fig..:-a " 11 O
co1n TBJ
' ri·
1
'~
'e"Pont~ de
operação paro uma porta lógicn
204
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
' 'rt
Vcc
5 \'
5 \'
R
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1ll!l
Q,
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A
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1
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1
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1 =aha
O= b.ti~a
o o
1
1
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iliI
Figura 4 .111
Porus log1cas íBJ: (al OR: (b) A~D.
trnlbi..tor potk ser aproximada por um circuito aberto. A
'ub-.títui ào menUlJ de ambo~ o:. lt3Jl:.i:.tom. por circuito:.
alx."rto:. entre o coletor e o emissor remo\ cria qualqucr
conexão entre a polariLaçlio aplicada de 5 \r e a ~d.:i O
n.~ultado e uma COtreOlc .lCl"O 3lrU\ ~~de C3<J3 trall:.b10f e
t.ambc:m do rc:.1:.tor de 3.3 kQ. A tcn ..ào de ...aub e. portm·
to, O\' ou º"bai~a- (e.cruido 0). Por outro lado. -.e o tr.m.l)IStOr
Q, ~tncrhgadoeQ1 desligado, dl!'\1doà :Iplicaçàodeuma
tcn..ão po,1tna na ba<;e de Q, e uma tensão nula na base
de Q;:. então o curto-circuito cqu1,-alente entre coletor e
em1,~rde Q, poderá ser aplicado, e a tcn~ de said:l será
-alto" (estado 1). Finalmente. se amhos os
~ \ ou
1ron..i,tores forem ligados por nção de unia tensão positi' a
apl icnd.l à~ de cada um. an1bo!> garantirão que a rensào
de :.a ida SCJa 5 V ou -alta" (estado 1) A operação da porta
OR pode~definida assin1: a saida~ra ni\el 1. se uma ou
ambas as entrada:. esti' eren1 no t-'!>U\do ltg.ado. A saída será
ni,el O. :'e wn~ ~ entradru. não í!'tÍ\erem oo e:.udo 1.
A porta A:'-JD ([) da Figura 4.111 (b) aprôeotncl
uma !13ida alta M>meote !>e am~ .is crurad..L:. ll\ tleDl
W1l3 ten:.ão aplicada que ligue º' t.nubi:.toro Se ambo:.
t-'St Í\c~m ligado:.. um curto-<:u'Cullo t.-qui\aJente podcr.í
-.cr utiliL..ado par.t a concxüo entre o t.Olt-'tor e o Clllbl.Or
de caca trnn-.1,tor, oferecendo um caminho direto entre a
"''ado
lon1e de 5 v e a sa.icta e e:.tabelecendo um ~tado alto ou
1 no tenrunaJ de sa.<h Se um ou an1bo~ U!. ll'3mt5tores
esll\ eren1 d~l11rodo:. de' ido a uma tensão de O \ ' no
tcnn1nul de cntnMb. wn c1ttuito abc110 será colocado an
sénc no cruninho da tensão fomeciúu de 5 V rara a sai<h
e a tcn.,ào de saída ~-ra de O V. ou um c.,tado dc:.turado.
~
-
ln dic idor de
nível de tensão
O 1ndit--ador dê m\cl dê •~'tlSJo, uh1ma ap!JcJÇào a
~er aprt.'!.cntB<b ~ c~•qntulo. inclui tn.~ dos clemcn~
apresentado:. ate agora no li\ ro: o trans1.,tor. o diodo Zener
e o Ll-D. O tndJca<bde nn-cl de h.:n..tio e wn c1rcwto rcb·
li\ amcnlc i.tmplc::. que utJliza um LED verde para indicar
quando a 11:n-.ão d:i fonte esw rróxima ao <>eu n1vcl de
n1onitor.imcnto de 9 \ '. ·a Figura 4.112, o rotenciômetro
está regulado p:irn e-;tabelecer 5.4 \ f no ponto indicado. O
resultado é uma tensão "'1fic1ente ~ra ligar tanto o Zener
-l.7 \ 1 quanto o tran,·-1or e e-.rabelccer uma corrente de
coletor atra\6. do LED suficiente para ligar o LED \erde
Uma ,ez 'ljUSlado o potenciô1ncrro. o LED emite sua
luz \erde enquanto a tensão de alimentação é de cerca de
9 V. No entanto. ~a tensão do tenn1nal du bateria de 9 \'
cair. a tcn~o ~tabelecid:i pelo circuito d1v1~r de tensão
podcrt\ cair de 5.4 V p:ua 5 \ '. ~ta si Luação, a tell!>ão será
üpatulo 4
8.
1 1.{l
-+
10 1.{l
Figura 4 .11 '
9.
Indicador de nl\ t:l de 1c:nsão.
in.-.uficiente parn ligar tanto o Zener quanto o transístor.
que est.irá d~ligodo. O LED !>e d~ligará imediat.anientc.
re\elanJo que a rensiio caiu ab:uxo de 9 \ ' ou que a fonte
de energia foi de conectada.
4.20 RESUMO
10.
Conclusões e conc:eitor i,....rortantes
1.
2.
3.
....
5.
6.
7.
Qualquer que eja o 1ipo de coo figuração de um tran<>i,tor. a relação básica ent"e as conelfltes é sempre
• mesma. e a tensão base-emissor será o \11lor de
limiar 'e o 1ransi 1or ~t1\er oo e:.rado ligado.
O ponto de operação define em que ponto das curvas
característica!> o 1rans1~1or operatâ sob coodlçõ~s
CC Para an1pli ticaçfio linear (dbtorção mínima). o
ponto de operação CC não de\ e estar muito próxitno
dd.... regiões de 1náx1ma potência. máxima tensão ou
1naxima corrente. e dc'we é\ 1tar as regiões de saturação e de corte.
r-..a maioria das configuraçõc..-:.. a analis.: CC começa
com a dcli.:nninaçào da corrente de blie.
Para a anah'>C cr do ctrcuno de um tran~L'ilOr, todo-.º" capac1torcs '10 ,-ub,t1tui®' por um circuito
aberto equi' 11lente.
,\ configuração CQm polarinçào fua ê a estrutura
mais .,1mples de polarização de tran isrore-;.. mas é
tam~m a ma1 1n'illi\ el. devido a su:i eosibílidade
ao 'alor de beta no ponto de operação.
Et:icil detem1inar a corrente de saruraçào do coletor
(mj'\im:s) paro qualquer configuração se um curto-<ircuito in1aginário for colocado enue <>!>terminais
de coletor e c1nissor do rransistor. A corrente resultante nt.ravé!. do cuno é a corrente de saturação.
A equni;üo cJa reta de carga de um circuito com
tmn~1slor pode ser enconc.rada pela aphcação da Lei
da Ten ões de KlrchbolT ao circuíto de coletor ou
~ida O ponto Q e então det(.TDUDlldo pel:i lnterse...
t 1.
12.
t 3.
14.
Polarização CC -TBJ
205
çio entre a corrente de ba. e e a reta de carga nçada
wbre a!> CW'\3!> carnctensticas do dispo<;iÕ\O.
A C:'>l.ruturn de polarização estabilizada pelo~
é menos sen,i,el às \Uriaçõcs de bc.-ta. oferecendo
maior~tabilid:ule paro o circuito. Tenha em mente.
pomn. qtM! qualquer ~i~tência no 1ermioaJ de emt'!>sor ê '"\ bl!- na b:be do transístor como~ to~ um
resistor multo m3.lor. fato que reduzir.i a cor1011e
de b.L~ d:l conliguruçào.
A configuração com polariLaçào por di' L-.or de
tcn.,jo é pro\avclmcnlc a mais comum. Sua popularidade e <leve especificamente à u:i hai~a
\en~ibilidade a \'=Inações de beta de um traru;1;;tor
p3ra o outro no me<>n10 lote (com o mesmo tipo de
transi4'tor). ,\ análi~e e'(atn pode er aplicada a qualquer configuração. mas a aproxin1açào somente pode
ser aplicada se a resi 1êncin do emissor refletida para
a base for muito maior do que o resistor de '•dor
lll3i" bai'o da estruturo dn polarização di'150'ra de
ten.;ào co~"Cl3da à base do transtStor
Ao Mali:.ar a polarização CC com uma configuração
de ~-ão de tm.ão. lembre-scdeque ambos ~
~.do emb.:.or e do coletor. são relleUdos aocitC.;Jto de hbc por ~'U. Obt6n-se a menor senJbi !idade
a bci3 qu:mJo a ~i.stâx.'13 reOeud.l e muiio maior do
que o rN:i!Or Jc n.-alu~-ntação entre a ~e o coletor.
Para a conligurnçào bbc-comum. a corrente do
emM<>r normalmente~ determinada primeiro por
causa cb pn..~'tlça <ln JUn<,.-ilo ba.,c-Cltll.~ 03 lllL"iID3
malha. IÃ.--po1<, e considerado o fino de a 00111:11te do
cmis~ e a do coletor terem o mesmo valoT.
Unu clwu compreensão do procedimento empreg:ido
na análise de um circuito CC com transistor pennitc
um projeto da mcsmn configurnçiio quase sem dificuldade ou confusão. Comece simplec;mente pelas
rel:ições que minimizem o número de incõg.oitas
e. a ~guir. tome algumas decisões a respeito dos
co1nponen1es Jesconhecidos do circuito.
Em uma coofigumçiio de cha\ eamento. um trans.:stor
~s:a rapKbmente do corte para a satunçio ou '-ice_, ersa Em ~~1a. a unpedânc1a entre o coletor e o
emissor pock: ser apro~1mada como wn curt.O<in:uito
para a sanuaçüo e um ctrcu110 abeno para o cone.
Ao cb«ar a ~"r:u;ilo de um Clf'CWlO CC com tnm.,,1..tor. ~ :mo,, prime1ramentc 'cnficar :.e .a ten:;.1o
ba..-.4!-cmi.,'Or cst.i muno próxima de 0.7 \ e se a
~nsão colctor-cm1ssor ci.tá entre 25•,• e 75~• da
tensão aplicada 1• 'l ·
t 5. ~ anati..c c:b confibrumção p11p é exatamente 3 ~1113
aplicada .ios trnn51storcs np11, com l!'(ceçàO de que
º"sentido:. d;i, correntes são in,·ertidos e as ten..OOS
Lcm pol;irid.1d~ oposto .
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
206
16
O bem é bastante sensível à temperntun e 1· 1 cai
cerca de 2.5 mV (0,0025 V) para cada lº C'elsiusde numemo oa temperacura. A corrente de sanuação l'C\·ersa
geraha'tlle dobra para cada 10° Celsrus de aumento.
17. Tenha em mente que os circurtos ma.is tstá, eis e
meno:. SãbÍ\.eis a variacões de temperatura possuem
o~ menores fatores de estabilidade.
Equações
VBE iil
0.7 V.
lc = Pls
SClrol:
Pok1ri:.11çiio dt! emi.s.~>r:
B.• E
• Polarização por di,isor de tensão: Substituir R•
por R ,hna equação anterior.
• Polarização por realimentação: Substituir Rl. por
Rc na equação anterior.
i',n):
se
Polanzação fixtl:
Pnlari:Pfâo fixa:
Vcc - VsE
18 = -
RR
l c = fJls
.
Pnlari::orão tk ~missor:
F.mi"50f estabilizado:
18
+ (/3 +
RB
-
tPol.ruização pordi\ísor de tensão: Substituir R. por
Rn na equação anterior.
tPolatização por realimentação: Subsucuir R.. por
llc nn equação l.llllerioc.
\'cc - VnF.
_
~
{J
{3{ 1 + RsfRF.J*
S(lco) =
f3 - R 'R
Pnlari:.açào fixa: S(lco>
1)RE'
S(/J)~
Polarização por divisor de tensão:
Exma: Rn = Ri R1.
ETh =
VR;
R')\'cc
= Ri-+ R
•
1
ETh - VsE
r, =--RTh + (/3 + l)RE
Aprodn1ada: Tes1e
f3RE ~ JOR::!
Polanzaçã.o CC com realunentação de tensão:
Is =
Vcc Rs
VBE!
+ {31..Rc + RE)
Vu - VsE
R - •
E
fc
=
lc
Circuito' de cha,·eamento com transi"10res:
Lc ..
Vcc
=Rc.
Is
lc...,
> /J .
Fa10res de estabilidade:
S<lco> -
~lc
"/ .
"" co
cc
~
4 .21 ANALISE COMPUTACIONAL
Cadence OrCAD
.
Ba:.e comum:
1f. -- -
tPol.aru.ação pordt' 1sorde tensão: Substituir R. por
Rn na equação antrnor..
tPolariL.ação por realimentação: Subi.tituir RI por
R, na equação 3:Jllenor.
\ 'cE....
R,... =I- -
e...
Configuração por di .:. ] de tensão
Os resultados do E~emplo 4.8 serão verifícndoc;
agora com o Cadence 01'C AD. Utili?.ando os métodos descritos nos capítulos anteriores. o circuito da Figura 4 J 13
pode ser desenhado. Lembramos que o transistor pode ser
encontrado na biblioleca E\'..\L. a fonte CC em O URCE
e os resi.:.to~ na bibliotec~ ANALOG. O capacitor não
foi citado anteriormente. mas pode ser l!ncontrado cambém
na bíbhoteca A: \.LOG. Para o t.rausistor, há uma lista de
disposiliv0i. disponi\ei:. oa biblioteca EVAL.
O valor de beta é aherado para 140 de modo que
coi11cida com o Exemplo 4.8 primeiramente por ml.-iO de
um e tique no símbolo do uan:.i.:.tor na tela. Ele aparecerá.
então. cm uma rnu vermelha para revelar que C!.lá cm
estado ativo. A scgui.r. pro~ign com Edit-PSpice ~1odel
para abrir a caixa de diálogo PSpice Model Editor Demo.
Sloooc-as _ ,
-C;so ~ · -
""""9
eucr ......
~
a- -
• •ew>e
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'ª''ª''
t:J filo
i - rli t1• - Gao<w
•
Rgura 4. 113
r.m li-• -
sr..-
"5Pc•
ti<1P Cld•ftCt
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r.============-~~
'"
._..., ,
.
~
_,,_
.. ..
207
!l!OO~al 0.-ldWoo V G-
MM
:i:-1 ..
TBJ
Polarlz.aç~ CC -
Caplulo4
·-...._
' J J
"'i~ -
'\
<il . . .
t""
.., ·.;# . . .
•
1\ pliciiç~1 do P'\p1tt pana \\-mc.ló\~s 0:1
configuniç-Jo por divi'-Or de 1en..Jo dó F:\cmrlo 4/(
qual Bf pode ser alterado p.1fa 140. Quando <;<: tenta
'3ir dessa cai\.a de diálogo, outra denominada \Iodei
Editor 116.3 aparecerá para que se sal\em as alterações
na biblioteca do circuito. Uma \eZ sal' as. a rela reron1arã
au1om:uicamente corno beta definido em seu no' o valor.
;\ análise pode pro~segu1r com a ~eçào do !cone
' e" iruulation proCiJc (semelhante a t.an.i c6pia in1pre:.sa
com um ru.terisco no canto superior esquerdo) para obter a
caU.adeiliiJogo l\e'" Simulalion. llhiraaf1gura4 .l 13 e
sclã:iooe C reate. A catxa de diilogo lmulation ettlogs
apám.'.t.'1"3.. e Bías Poior dc\~'fá SLT ~ll'Clomdo i.ob o u1ulo
,\naJ~ is T~pe. Com um OK.. o sbtl!Dlll ~pronto par.t
a -.imula~o.
Prossiga sclcc1onundo a Ruo PSpict! (uma seta
branca sobre fundo verde) ou a c,~-ncia PSpice-Run. As
1en~ de polari7..ação uparcccrào. como mostra a Figura
~. 11 "l • .;e a opção V for o;elecionada. A terl'ào de colelor1,333 V = 11. 57 \ ' \('f'S"U~ 12.22
~i,wr é 13.19 V
V do E'\emplo -!.8. A diferença e de\·e principalmente
ao fato de usannos um rransi-.tor real. cujos ~rãmetros
são muito sensíveis às cond 1ç~ de operação. Lembre-se
larnbém d3 diferença enLre o \'ator e.pecificado para beta
e o \aJor obtido do gráfico no capítulo anterior.
\ "isco que o circuilo di\ i!l<>r de cerblo possui baixa
~"t1S1b11idade a modilicnçôe!l cm beta. devem05 retomar
~ opcctficações do trn1b1s1or para subsbruir beta pelo
\ator-padrão de 255,9 e examinar a variacão no:. re..uhado:.. O tti.ultado é mostrndo na figura 4.114. com \ alorc!>
Jc tcnsio muno próximo... do obtido-. na Figura 4. 113.
03
'ote a \'t1tllu~e111 clt• ter o circu110 CO'!figuratÍt) 11u
mmrória. , lgor,1. q11a/q1u•r paráme1ro pode ,.~..,. allert1dn
e u11w nora ça/uçàn pndt• ft'r obtida quase 1n'>tm11a11C'nmm1e- uma excelentt• 1't1ntagcm no proce.s.'o ele projt•tn.
•
Figur
Re,.po-.-ui obtida .1p6' a n1udança de /1 de
140 pura 255.9 no circuite.> d.:I FiHum 4 11 l .
· ''ªº
f a
Configuração cc- ~r..,,
Ao contrário do c1rcu1to de pol.il"Uação por dj, asor
de tcn:.ão. J. coofigurn1,-Jo com polar1L.açào ÍL\.3. ~ muito
'c~1,cl a \:trtaç&~ de lx!ta. Isso pode ser ckmon!>trado com o tlJUSlc d:l coniigurJçilo do Exemplo -1. I por
meio de um beta de 50 no primeiro procc.'Wk!mcnto. Os
rc'ultado-. da Figura 4.115 dcmon,tr.im que o projeto e
ni7oavclmentc adequado. A len "ão de coletor ou coletor
-em1-.sor é apropriada para a fonte aphcada A.s co11entes
re-.ull3ntes de b:t5e e de coletor <;ào ba,c;tante comun.. para
um bom proje10.
'\o enranto, se voltannos agora à-; especificaç~
do tranc;iqor e retomarmos beta para o 'alor p.'\drâo de
255.9. obteremos O!> re->uhndos da Figura -l 116. :\gora. a
1eru.ào de coletoc e de apenas 0, 113 V para uma corrente
de 5,4 mA - um péssimo ponto de operação. Qwlquer
!.inal CA aplicado seria sevcmnieoLe cruncado por causa
do baixa tensão de coletor.
<a
E}!itE.-~
OCAO
QW-
°""°- V
~~~
-
tto!O Cl dll<t
•
•
......
•
•
•
Figura 4 . il 15 Configuração co111 polarização fixa com um
Pde 50.
208
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
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1'. tn r·~
-
Agura 4.116 Circuito da Figura 4 115 co:n um Pele 255.9.
•
•• •
Pela análi,e anterior, portanto. flca c\·idcntc que
a configuração por divisor de tcnc.;ào d\."\·e "-~ o projeto
~lhido quando ha alg\Jma preocupação com variações
de f,e13_
Multisim
Agora o \1ulti im '-Cnl aplicado ao circuíto ~ polariZ3\,--ão fi'a do Exetnplo 4 .4 para no:. proporciorm uma
oponunidade de re\er as opções de trans1~ores inerente-.
ao pacote de ~ll""an.: e comparar o:- resull3do:. obtidos
L'Om o cil<:ulo apro,1mado feito á mão_
Todo O:> componentes da rigura 4.117. exceto o
trans1'lor. podem ser 1ntroduz1dos com o procedimento
descrito no Cupiiulo 1. Os trans1store-. <;ào disponibili7.ados
na barra <k compon\.'TILL">. :-1cndo a quarta opção na barra
de fC1T8Jl1Cll!Ab Coo1ponen1. Umu \CL ~lccionaJa.. a caixa
de diálogo lcct a Component aparecerá. e 8JT 1\P.
de\ erá i.er esc.."Olhido. O rcsultndo é unui lista de com;,nenLC'.'> (Component), dn qual 2N2222A pode ..;er s.elecionndo.
Com wn 01\... o 1.rulb1s1or npareccr.1 na tela com as lL~
QI e 2'\2222,.\ A legenda 8f • S0 pode ser adicionnda
primeiramente com a seleção de Piice na barra de ferramentas çuperior. seguido pela opção Te\t. Posicione o
m:ucidor re-ul13ntc na arca dci.cjada para o te'(to e clique
m.u:. UDl3 'u O ~ultadõ é um espaço em branco com um
m.:ucador p~--ante onde o texto aparecerá q\UDdo mseriJo.
Ao témüno. com um segundo clique duplo. 3 legen<b é
definida. P:ira mo\ê-la ate a JlO'IÇào fTl()Si:rada na Fiinua
4_l 17. baita clic-M nela parJ colocar 0:. qua1t0 qU3drada:.
peqtJet'I&.> cm torno do d1:.po 1li\ o. Lm ~guida clique nela
1na1s WTl3 ' ª e arra ... te-a paro a posiçio de""ej:ida. Solte
o bot3o do clique. e estnm rcgic;fJ"ada Outro clique. e os
quatro pequenos marcudorc!. dc:.:.1parccerào.
~1C'mo que a legenda 1nd1quc Bf = 50. o tran.."1stor
ainda tera~ parfunctros padrJo nnnann3dos na memória.
Para nher.í-to.... o pnmeiro pa.,so é clicar no dispositi\'o
-
-
\mli.."at,'"'00 ~,... re-.uhados do r:icempl(l 4 .~
1=· ura 4.117
u-ando ~1uh1 ..1m.
para estabelecer 'ie\J., imit~. Fm ~guida, selecione Edit.
seguido de Properties. para abrir a caixa de diálogo
BJT_NP~ e não c--ti\cr presente. selecione \ "alue e.
depois, Edil \Iodei . O resultado será a cai:'lla de diáJ<n?o
Edit 1\l odel em que Pe/, podem ser aju· rndos a 50 e 1
nA. respeçti\ amente. Enlào. escolha Chaoge Pan ~Io­
arnenre a caixa de diálogo BJT_ ''P~
dei para obter
e i.elecione OK O ,jmbolo do trnnsistor na tela agora
terá u1n asten-.co p.&ra indicar que os parãmecro:. padrão
foram 1nod11icuJ05. Co1n mais um clique para remo\er
o:. tJUOLro rnarcadon.-:.. o tmnsblôr e:.tará definido com
i.eus novos par:imetro:>.
Os 1ndtcadorc:. q11e .ipan.•1:em na f igura 4. 117 foram
definido!. conforme dc-.cnto no capitulo antcnor.
Finalmente, o circuito d\!\ e "ll.T simulado por m1."10 de
u1n dos nu:1odo,. descritos no ( 'npit.ulo 2_ Nesse e'Cemplo.
acha\ e foi colOC3da na po.. 1çào 1 e retomada à posição O
após os \":ilorc' do 1nd1cador terem o;e e-.;tabih7.ado. Os níveis relativ:illl\.--nte bai'º" de corrente foram parcialmente
responc;á\ ei" pelo bai'<o ni\el de->5'1 tensão
Os re,ultados o;e parecem b:btante con1 os do E:'liemplo 4.-t. com !, '"" 2.:? 1i rnA. 1'8 2.636 V, 1·1 - 15.55..
\ e J 1 - 2.26 \ '.
As relati\1lmente pouca... ob el"\ ações aqui e'Cigidas para penni1ir a análise de circuitos transistorizados
indicain claramen1e que a umpliiude da análise pelo uso
do ~1ulu~1m pode ~ e'Cpandida Jrosucamen1e sem que
se tenha de aprender um no\ o Lonjunt.o de regras - uma
cnrnc1eris11ca muuo po:.ÍlÍ\ a da oia1ona dos pacote:. de
:.onv,arc de tecnologia.
-
ºº'
Qpit1.do4
Polarização CC - TBJ
209
PROBLEíV1AS
•.\'olJJ. a.i.'leríscos 1ndJcnm os problemas m:ai> dtficeb.
Seção 43 Configuração de polarização fixa
1. Para n rooliguração de po~ fixa da Figura 4.11 &,
detennine:
a) I e
b ) / ,. ~
2.2xn
•
i rco
Je
e1 1•
e)
d)
+
f) , ,
16 V
figura 4 .120 Problema 3.
.SL..O
51()k0
p al:!O
Figura 4.1 lb
Problema~
1. 4 , 6. 7, I~. 65. 69. 71e75.
2. Dad.1. a infonnação mostrada na Figur.a 4. 119. determine:
•) 1,
b ) Rc
c>R,
d)
4. Encontre a conmte de Sfllumçi'io (lc.,,l para a configuração
com polarizaçio fixa J.a Fígllrlj 4.118
•s. Oitdas ascun11:. caructcristicas do trun!>istorTBJ d.1 Figura
4. 121 :
a) Dcscnbc a n:ta de carga i.obrc as cunb dctmnin3da
por E = ::? 1 V e Rc = 3 kU. par:1 um.a configur.içào com
IJl)larizaçio fiu.
b) D.colh3 um ponto dc operação no meio do auninho
entre o corte e a s;uurnç;io. DetermiDC o '•dor de R,
que ~tabclca: o ponto de oper:tÇào ~lhido.
e) Qua.i:. ~io o:. ,11Jon:s rc:_..ultante-; de IrPe l'cr:o?
d ) Qual é o 'alor de p no ponto de o~?
et Qual ê o \1llor de 11 definido pelo ponto de operaçio?
O Qual é a corrente de s.aturaçào ( fc ) para o projeto?
g) bbocc a c:onfiguraçào com polarizai?o fu3 n:sul'Call 'C.
hl Qtal é a potência CC dissipada pelo di... ~i1t'o no
ponto de opcraçào?
i ) Qwl é a potmcia fornecida pela fimte 1"rr?
j) Octcnninc a potencia dissipada pelo~ elemento:. re~tí-..0' calculando a diferença mire°" ~hado:, do..
itc:ru (b) e (i ,.
6. :s) Ignorando o \·alor fornecido de /l,=r Jcscnhc a rcta de
carga para o cil'Qlito ili1 Figuro 4. 11 8 nas \:UT\'a!> caractcri....tic& da Figwa 4. 121 .
b ) Encootn:oponto Qeo:. '~1lorc:11~sultantc:s de/c- e J ~.
11
e:) Qual é o \'al0t de b«a nesse ponto (!1
7. Se o n:1'i.,..ordc lxi,sc da Figure 4.118 for aumc:nllldo para
910 k.n. dctcnnine os novos ponto Q e valorei. ~uluntc..
de/,1,1 ery
...
'ª
J. Dada a infonnução mostrada
•) 1,
b) f rr
C) fJ
d lR,
12 V
'
n;i
Fi~ .i.120. dctcnninc:
Seção 4.4 Configuração de polarização do emi~
8. Para o ~uito dé polarização est<lvcl do çrni>!« da Figura
~-40 µA
ln=
4 1:U. determine·
-
Figura 4 . 119
Problem:i 2
1."
a)
b ) / ,."
C)
d)
J'Q:
r~"
C!) , ..
o J'L
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
21 O
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:j 11~ .,.iii
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R
•••• + 110'·· ....
~
..... .. .. ......
... ..
.....
++t
.++-++: - ...
. t
~
tt••
'f ;~
'T
q
4
'---
.
;
~
t .•
11 i ..
• 1, .:.0~
-·-
.
:;o
'.!5
VcE CV)
Pmblcm(l.S 5, 6. 9. 13. 24. 4-i e 520 V
1l. Dada a inf~ fomc:cidJ na F'lgura 4.124. ddaanin<:
a) fJ
b ) f'cT
e) R11
l 2. Determine J c:orrcnlc de ~turnção ~ lc..,} par:1 o ci:roaito d;a
:!'TO LO
+
Figuro 4 122.
• 13.
22LO
Utilia1ndo~~-a... c.:aracteratica~úa
f'igura4 121.dcter-mine o que~~ para utTW 1:onlíguraç.ào de: polarit;açio
de cmi~r. !>e: o ponlo ror dc:línido pllru lc. = 4 mA e
~~·i:,= 10\'
(
li ) Acse: J'rr = 24 \ ' e Rc = 1.2 kO.
b ) Pno poonto de opc1aç.'io.
º
e) R11
Figura 4 .122 Probl1.-m;i::. 8, 9, 12. 14. 66. 69. -2 e 76.
9. a)
l2 V
~hc a
n:ta de: rnrga ptira o circuiao cb Figura 4 122
na!> cun a:. car.1ctc:rls1 ices da Figwa 4 121 u5ando p do
Problana 8 para determinar la~,.
bl Calcule o pooto Qe oi. ,,.forc::.resultantcsdc lc<>C r~.
e ) Dctcnninc o vnlor de p no ponlo Q.
d ) Como o \alor do item (e) se compani com P= 125 no
t -- --<i 7 .6 V
Problema S'>
el Porque os resultados do Probl~ 9difaau daqueles
do Problana 8'?
10. Dada a informação fornecida na Figura 4 123. dctc:mrinc:
t -- --<1 2.4 V
+
CE
-
•>Rc
blRc
cJR.
d )J'a
e) J'
Figura 4 .123
Pcoôlema 10.
JJ
= lf(J
Qpit1.do 4
Polarização CC -
TBJ
211
16V
:?O µA ~
3.9 kn
2..71.. 0
~ '•
62 kil
+
• '"
•, ... = 7.3 V
-
~
..
+
I
\ 'CE,..
-
\'
9.1 kfl
0.6~
o.68 ~o
lO
Figura 4 .12·· Problentil 11.
/J = !10
Fiqura 4 .125 Problanas l5. 16. 20, 23. !5. 67. 6o,1. iO. 73
e 77.
d ) P~'la db:.ip.uJa pelo 1ran~i~tc-r.
e) Potencia dissipada pelo re<-1..ior R,.
• 14. a) Det.:nninc ft e 1",L paru o circuita cb Fí!>tt1ra 4 .118.
b) Alt~ o valor de// P•'ra 1SO e Jde:nn1ne o f10\ o "ª'ºr
<k /< e Vc, pura o etrcuiio da Fígurs 4. 11 S.
e) OeLenninc o \alor da vari:ição pe.n:<n1mJ tle 1, e l'c.1.
utiluando os seguint~ eqim~:
/e,....,,., - /,.'tp;nr •1X
16. a} ~na o Problema 15 para fi 140 w.ando o mêtodo
gaal Cnão o 3J1rox1mado).
b l Quai~ níveis são os nuus afetados'! Por qu.!?
17. Com ~ 1111 1nfonnação fbn1ecida rm f1gllnl ..;.1 ::!6, de-
1enn1oe:
a) /<
I~.
lc.,_ ..
b)
li
ti
1,
d l R1
18.
Com~ ru inforrrr.iç-lo dada na
figura4.127. da.?nninc:
a ) lc
b ) l'c
C) 1 rc
d) D<.1enninc J,. e Vrr. para o circuito da Figura 4. 122.
d)
JX
e) Altere o vnlordcftpara 187.Sc dctmn:inc:o novo valor
de Ir e V, 1 para o circuito da figura 4 122
n Dctcnninc o valor da \'1lri3çio percentual de 1, e l'ci;
utilizando as seguintes cq~;
r)
1·,
lc,
'"""''
- lc
lc,_ª
Vct;,
.-..
1
- • X IOO'f
- \ 'ct. •
-
'
9
.
X IOO'i+
OR
19. DelCml.inc a corrente de saturação (/e ) para o cireuuo d3.
-
t-1®ra 4.126.
20. a) Repila o Problc?lll:l 16 para /1 14<1 W>3.Ddo o~
aproxim3do e compare oR resultados..
b) ~todo apro:>.imado é vnhdo'!
*21 . Delennine ospar.ime-tro5 a segui r paro a confi~com
dn L..or de tensão da f1~ura 4. 128, unia.ando o método
o
-
"ª
u111 dos itens anti!l'IOttS. o ,·;dor de /l foi aumanado em 5~o. Compare 3 'ari;Jção percentual de
1, e 1·t t para cada configuração e comem.e i;obre a que
parece ser n1enos sensh el 3 \rui:içil..>s em ji.
g) l:tn cada
4.7 kfi
~ ',
Seção 4.5 Configuração de polarização por divisor de
tensão
15. Paro a configuração de polarização por di\lisor de tensão
Vc•
da figuro .+. 125. detenn1ne.
a) 1,
b)
1,,.li
1.2 Jdl
r 1 v~.r"
•e
r i l'c
d)
o •:.
Figura 4.126
Probl<!mas l7 e 19.
12 V
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
212
• 24, a) Utilizlndo as cm:iacrisricas da Figuro 4. 121. dctmninc
Rr c Rr p;ara ocin:uítocom di\risor de tensão cujoporno
Q de /, = 5 mA e J~ = 8 V. Uti lízc Ver= 24 V e Rc
=3R,
2.7 Jdl
.,__t_--o
..
20µ.A
10.6 V
/J:; 100
8.2 J.Jl
1,2 kn
b} Calcule I',.
e) Dcimninc , .._
d) Calcule R-:- se R, = 2-1 tn. presumindo que PRr > 1OR~
e) Calcule p no ponto Q.
f) Teste a Equação 4 .33 e dit;a se: a suposição feita oo item
(dí C:.lli CQllCl.a.
• 2s. a) Deu:rminc Ic e l'a : para o cim11to da Figura 4.125.
b) Altere o ''lllor de /J para l10 (50% de aumento) e determine os ncn'OS valores de lc e Vr.c para o circuito da
Figura 4. 1:!5.
e) Dcicnninc o '1110< da Yariaçào porc1,..11tual de lc e l'c r
LJtiljzudo as scguint~ equações:
<ffM c =
Figura 4.lZ•
Problcmu 18
l'G-;•c...,.,
-
lc_.,,
1\'c.1.9-, -
~ l VcE = ~
3.3 LO
39 Ul
t
•
e
+
l c1
{J = l:?O
8.2
xn
1kn
Figura 4. 128
-
('F.
18 V
Problemas 21, 22 e 26.
Vc 1.,
x 100%.
~·>
X
. ...
d) eo~ a ~tuçio do itt:m (e) com os resultados obtidos -para os itens (e) e: (O do Problema 14.
e) Com base nos n:sulta®'. do item (d). responda qual é a
configuração menos c;cns11.-·cl ;i variações em p
• 26. a) Repita os itens (a) a (e) do Problema 25 paro o c:imiito
da Figura4.11 .Altcn: o \'Ulordcftparo 180 no ilcm(b).
b) A que conclusões gerais podemos chegar sobre o:.
circuitos nos quais. a condição {JR/i > 1OR1 é sarisfrits
e as quantidades J e Vcr devem ser determinadas cm
rcsposlll a Wll3 1.-11113Çào cm /f?
Seção 4.6 ConfigurclÇão com realimentação de coletor
27. Para a configuração com realimentação de coletor da
Fíguro 4.129. dctc:nninca) 1.
b ) lc
e) Je
28. Para o circuito do Problcm317·
n) Detcnninc 1~Q usando a equação
I = _\ " _ \ 'cc - l '81:.
apro.xun:ido. se a condição estllbelec1tb pela l::q•~ 4.J3
for sarisfeu.a..
Co -
R' -
Rc ~ RF
•
a ) / l'
b)
+16 V
J :e
e )/
d) '
e) f
3.6 ltO
'"ll. Repna o Problema 1 1 unliz:mdo o mé1odo a.ato (lbê-
\aun) e comp:ire as soluções. Com b:lil? nos resultados.
respootb ~o método a proxunado sl?ri uma L&:DICI \ álida
de anã.lbe caso a Equação 4.33 ~eia .,,,.11,,fetta
l J. a) Oi!lemune/l l V,E,e/6 paraocircunodoProbl.em:i )5
(Figura -t 125) util~dg o mêtodo npro\.imldo.. mesmo
que a coodição estabelecida pela l::qmçio 4..33 não seja
sa1isfeicl..
b ) Determine 1,,l
v"'1.1 e '"o utíli2;1ndo o mr..~ e.ulO.
e} Com~re ru. soluçoes e comente se a diferenç3 e :.U·
fictcntem.?nte grande para exigir que a Equação 4..33
seja realmen1e necessárta quando se devnn1m qual
mé\odo empregar.
l()()(,l
Figura 4 .129 Problctn3-'> 27. 2s. 7-t e 78.
Polarização CC -
Qpit1.do4
bl Compare com os n:sulb&h do Problema 27 para /'"r/
e) Compare R' a RF/J·
d ) t ~úlida ll declaração de que quanlo maior R• se
c.:omparudo com Rf fl. mai' rrcci.__ :.cru a equação
lca
=
213
+22V
9.1 lúl
v·
'110 tQ
R'? Pro-. e issou....mdotumderi\uçãocuna para
n correnLe exata /, .
I.'
rJ Rep1t::1 os Itens (a) e (b) para/1 -~4.oe co~te o no,·o
valor de /<Q·
'/
1
?9. Para o circuito com d1v1,.or de 1en:.ão da Figlll3 4.130.
&(emiane:
•l l c
b )Jl
e) S&
d)
TBJ
· ~!
30. a) Compare os valores de Rº Rc ... R, com R, p para o
c1rcuuo da l-igum 4.13 L
b ) ,\aproximação /< ::: r ~ R e \ai ida'!
•31. a) Oetennine o valofde/< e l'cr para o C'llC'UÍIO da Figura
4 . 131.
b) 1\l11?te o valor de /J
135 (50" de aumento) e cnlcuJe
Figura 4 .1311
Problenus 30 e 31 .
+12V
rnr:1
os novos níve1~ de /, e S .
e) Oeternnne o valor da v3!1!.Çio pen:ennral ~ l r e J'"1
4.7 kO
ut1h.zando as seguinte!. equações..
l c l'"'h - l
I
e,,.....1 x 1OCl':é •
1 Mil
(",~··
V
cr.,,...,,~. \1
fJ =Ili>
\'
ª-~
cc.-··
X
J()()%
3,3 kO
d ) Compare o:. re::.-ultad<>'- do 1ttm '(e) com o do'> problemas 14(c), 14(1) e !S(c). Como o circu110 co1n
n:alunenraçào do coleror ..e comporta cornparado ~
outros con figuroçõe:. em rcla~ão à ~~ibilidade a
\aria~õe<> em /f!
J l . Detérmine tl fai;"(a de valo~ ~i,cl para J'l no crrcuilO
tb Figuru 4. 132 utili1ando o po1enciõmctro de l 1\.10
figura 4.132 Problema 32.
" 33. Dado J~ = 4 V para o circuito da Figura 4. 133. dctamioc:
li} J',.
,,
b ) /,
(')
dl
"ª
r)/
f) fJ
T]()V
18 V
b2k0
330
IOµF
'' º
"º
:?ZOW
: ; SjlF
)
IOµF
(
2,2 ill
o"º
T
' e
..
P= 11o:o
-
1,8 Ul
Figura 4 . 130
l
Problemas 29 e 30.
r SµF
•
i
e
l.2k0
Rgura 4.133
Problcmà 33.
214
DlspoSllM>s elettõnlcos e
teon.l
de dtcli!M
Seção 4.7 Configuração seguidor de emissor
*34. Detcnruol: o \'õ1JnrJc 1, e /1 p;ua o t.:U'CUllOd.3 Figun-1.1~.
35. P.:ll2 o c1n.·1uto ..cgu1dor de cm,s"Of da f tgura .J.135;
11 Defernune /"" Ie e ll
b ) !Xtemünc v,. l 'l e ri.
e) cai~-u1c I' e v••
Seção 4 ..8
+16 V
12 kO
,,l
'•
+
Ir
Configuraçc10 base-comum
J 6. Pwa o ~•n:uno da .. 1gura 4.136, detcmunc:
•I J,
b ) lc
11
'-
= 80
9.1 Ul
IS Ul
C) J (.l
d ) , ,,
•37. Purl o c1rcu110 da l·1gura 4.137, determine:
., Jl
b )J
c) I t
38. Para o circuito de ba.~c coniun1 d3 Ftg.W'3 4.13~:
• i U.,,;indo
de R,.
~
J
12 V
Figura 4.136 Pniblcnu 36.
informação fornecida. detemuna.r o 'ator
a"
b) El1.:4ntre ai. corri:111c.. 1. e J .
c11Xtennine a tcn.>4\cs 1',t e 1 •
•
-'
~~
+ ''
I
6V
10 \
330 ..0
Flgu~a
4.137 Problema Ji'.
tJ = 120
1.1 \"
o
Figura 4.138 Pioblrma J~ .
I'= 110
B
Seção 4.9 Configurações de polarizações combinadas
*39. Para o cm:..JO d:a f1~ 4 139. dc1cnnu1c.
•> /~
b)/
e) 1
d ) 1.
40. 03do J, '"' \' para o c1rcu110 da 1 1gura 4.1 :W. deu:11nine:
a ) 1,
b ) /,
Agura 4.135
Pnlhlc111:i 35
c)p
d ) Jef
Polarização CC -
Qpit1.do4
usando valores padrão.
4i. Projete um circuiLo de polarização e:stá"el do emi..11..~r cn1
distância entre o corte e a saturação. A fonte disponí' cl
e de .2 \ '. e J', deve ser um quinto de f'rc- Também
~e dC"\c atender à condição estabelecida pela Equação
lctJ - !Jc., e VcE<.> - }\'cc. Use l =10 \ ', I, = 10
mA. p = 110 e R,. = 4 R, utilizando "·alares padrlo.
43. Projete um circuito de polariz.ação por dnisor de tensão
urilaando uma fonte de 24 V. um 1rnm;i:.ior com um beta
de l lO e wn ponto de operação de l c:c. = 4 rnA e Vcr 1 = 8
V. Escolha VF = il'cc· Lrilizc \-aJores padrio.
ll
...
~ .33
Seção 4 .12 Circuitos com múltiplos TBJ
-45. Para o amplifiQdor com ncoplamcnlo R-C da Figura
.. 141 . dctennioc:
a ) As tcm.õcs r_. F', c Vc parn cada tran5ktoc
b) A coi1c1dc.. /.. fc- e lc paro cada transistor
46. Pana o ampfifit3dor Darlin.gton da Figurn 4 14~ dctcrmine:
a } O ,..Jor de Pc•
b ) A corrente de ba:.c de cada tranllitor.
e 1 A co~le de coletor de cada transistor.
cl) A.) tcmôcs J' . V rz• Vr, e V1:z·
9.l tO
..,__..g,
-
para que haja um alto íalor de estabilidade. Utilize
"ª'º~ ~drio.
.----,.---o+tSV
I
21 5
*44. Lsando as caractcristicas da Figura 4. 121. projete uma
configuração por divi!>or de tensão que 1coha um nn el
de ~alur.tçào de 1O mA e urn ponto Q na metade da
Seção 4 .11 Operações de projeto
41. !Ntennine R, e R11 parn wmconfi~com polan:raç<lo
fixa~ f'tc I" V, /J 80e/<
"1.5 mA. com V<°'"L 6 V,
11
510 kO
TBJ
+
'
fJ =130
f.
1& V
510 til
1.S
w
.___ _..__ _.,_IS\'
:!.2 \12
Figura 4 .13• ; Problcn1a 39.
~
1
0.1 µF
UI\!
~o~~-1)1.._~--~~
l'i= 50.~= 75
~ ,., = "~ = 0.7 \
3.9 t.O
500 kO
Vc•SV
+
lO f.Lf
+
\
•
Figura 4. l 40
47(1 Q
-
1,
f
Figura 4.142
Problcnuts 40 e AA.
Problem:t-16.
+lOV
~
-
')')
2.2 kQ
li! kQ
:!.2 ~o
Q
(
10 µF
10 til-
Vo
'
)
f! •
IOµF
~
16U
Agura4 . ~41
Problcma45
-
\}()
+
20µF
---
-
T
+
---
o V.,
lOµF
-
--
--
o~
216
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
47. Para o unplilícador Cescode da Figura 4.1..3. dclcrminc:
1) ,-\.s com:ntes de base e coletor de cada tn&istor.
b ) As lcnsôcs V8 • J'51• Vr: 1• J' e. J'11 e 1'r:·
48. Pllnl o :unptrficador de rculimcntaçio da Figura 4.144.
+18V
?ll:O
dctcnninc:
11 As conentes de base e coletor de cada uaasi51or.
b l "-s t~ de base. emissor e coletor de: cada transístor.
/J = 2tKl
Seção 4. 13 Espelhos de corrente
49. Cakulc a cont'11te c.-spclhndu /na Figura 4.145.
•so. Calcule as com:ntc:. de colclor para Q 1 e(}: na Figura
4 146.
Seção 4.14 On:uitos de fonte de corrente
51. Calcule a corrente através da carga de !.2 W no cim1ito
d:J figura 4 . 147.
V( (
Figura 4 . 145
Problrma 49.
+12 V
---
.,., \ 1
2.•kO
3 lc.O
R,
R"1
/Js 2SO
~kil
..
~L.Q
e,
l'
c-5!1f
Q!
-
Q)
Ql
Q,
P!=
l:.'O
I01tf
Figura 4.146 Problc.'1113 50.
~·1 0-----1)l - --
----<>--- ----1
Q, ll1= {il)
1&V
e.,.. ~ llÍ
~·
2.1 kQ
-"="
-
"="
-6\'
R•
fl- 120
IOULil
Figura 4 .,43
Problema 47.
-
"='"
Figura 4 .147 rroblema 5L
52. Pora o circuno d3 F1~urn ~.1 48. calcule 11 corrente J_
*53. Calcule a Corttnlc! l JIO citewto da rigura 4.1 49.
Seção 4 .15 Transistores pnp
54. l)ctenni.oe J • f e J. paro O CltcUitO da ftgum 4.150.
55. Determine J e I para o ctrroito da figuro 4. 15 L
56. Detemii.oe 1- e ~ para o crrcwco da Figura 4.152.
Figura 4. 144 Proble111a 48.
Seção 4 .16 Circuitos de chaveamento com transistor
*57. Ui.ando bcun;i.,.Cat:lCW'isticai. d:i Figuro 4.121. detenrune a apa:réncaa d3 fonm. de onda na saída p:ira o CJl'CUlli>
Qpit1.do 4
I
3.3 tD.
+8V
..
/J = 110
jJ: 100
3.9 kíl
4.3 ill
Agura 4 .152 ProblCIIl3 56.
-18V
..
Figura 4.14n Prob lcn1a 52.
da Figura 4 153. lnclua oi. efeitos de V,
e ck1erminc
'•'•-e I,_, quando i· = 10 V. Dclcrminc a rcsislêncía
1,
'
· !I-s•
/J = .?011
$,1 V
1.S k.O
colctor-cmissoT na saturnçào e no cone.
Projete o cin:uíto mvcrsor da figura 4.154 para que ck:
opc1c com mn:i corrente de saturação de S mA milizando
um lr.msistoccom um beta de 100. Utilize um \11lardi? / 8
igual a l '.!O' •de 111 e rcsistorcs com \.'1lon:s padrão.
59. a) Uuliz;mdo as cun-as características da Figura 3.23(e).
dctamine 1,... e 1 ,.paro uma corrcnle de 2 mA. Obscnc
o uso de csca.lti logarítmicas e consulte a Seção 9.2
caso seja ru:ttSSário.
b) Repita o item (a) p.:irn un1a corrente de 10 m..\. Qual
....
+
1.2 t0
-12V
Figura -4. l 49
217
TBJ
Polarização CC -
foi a ''llnólçio d<." r,... e 1.,,. con1 o aumento na com:otc
do coletor?
e) Para os itens (a) c(b). esboce a forma deotxbdopulso
da Figur.s 4.91 e compare os resultados.
Problcn1:i 53.
- 12 V
Seção 4.17 Técnicas de análise de defeitos em cin:uitos
*60. As lcfluras mostradas na Figura 4.155 rc\.cWn que o
cin:uito não está funcionando co11c1nmanc. Liste tantos
mom-vs quanto puder para as mcdídas obtidas.
4
SlOkO
o 10\'
ia;
Figura 4.150
IJ= 100
~ ::•.a l.Q
i I '1
-
IOV
•
180 kQ
ov
Problen\a >4.
--ol'
.
I
-22V
Figur;a 4.153
Problem3 57.
.s \
2.2 ltQ
82 k!l
-
s \'
--o \ '
"
/j:: HJO
16 kO
0.75 to.
o\'
I
Figura 4.154 Problema 58.
Figura 4.151
Problema 55.
-
"='
218
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
(b)
( 11)
Figura 4 .155
20 V
20V
20V
(e )
Problema 60_
• 61. A"' k1turaS m~., nll fíguro 4-156 R!'\cbm ~o citcutto nJo ~ operondo corre1.1men1c. St-ja e-pecllico uo
~c:r-por qut! os valort8 obti~ rellc:tem um problrnia
caro o componaml;"nto c:.]lCrndo do circuito. Em outros
p:ila\ns, eh valores obtidos refletem um problona bem
c:spccffico para cada caso.
62. Paraocircunodaf1gura4.157:
a ) f 'c aLUDentl ou diminui quando R aumenta'!
b ) J llUIDetlta ou diminui qlJll.lldo {J é reduzido'?
e• O que acontece con1 a corrente de -saturação ql&3ndo JJ
..wneflLl'!
d ) A c:onerue do coletOr awnentll ou díminut qu:indo i·..
~
ll!du.Lida?
4') O qUt" acontece com l'cc "C o tran,istor é ~ituioo
poc outro oom p menor?
63. Responda às SCglllntcs questões sobre o cin:uito da Figura
4.158:
a) O que acontec~ com a tensão 1, se o rr.msistor ê subs·
tilllÍdo por oucro que apresenta um p de maior ..-mor'!
b) O q~ acontece com u tensão v,L i.e o term1na1 do
re.<.i<;tur R•. conectado ao terrn abre (não e~ ma1<,
conectado ao tenal?
e:) Oqui: ~com 1, ~a fonte de tensão redl.17...ai \-alar'!
d ) Que 1cm\ào J(y )Jll'g1na se a j unção base-cmii......,,n do
t.m:nS1'1.0í (3lhb...e e -.e nbn'"e'?
e) Que 1en~ J~--i ,ur~na se a junçilo b:i<;e~1-...or do
1tan!.1,,1or falha.<..-.e e~ toma.'~ u111 curto-circuito?
*64. R~...~da às :-eguinte-. qllbtõe::. sobre o CU'CUJlo da Figura
4. 159.
a)
Oqueaooru«ecomate~
a.beno'!
b) O que de'\er:i :iconte«r com l'ct se fJ aumentar em
função da tanperarura:?
e:) (.'omo 1~ seri •feudo -;,e o resistor de coletor for ,..IJbs...
Utuido flOl'OUU'OCUJã resi-tência esteja OQ ~Lremid3411"
1nat!'I bat\n cb faixo ik tolerãnciu'!
d) Seaconeoodocoleti>rdo tro1 1-~1s1orabrir, oq~ 3COOLl"Cerá com l 'i!
e) Oque~fverrornque J ~i
tiquerróxlmo& ll\ \ '?
ló,.
16 V
C)J l,.Q
91 kQ
' lí "" li.4
\
1J =roo
P- = 100
18 h.Q
ttl lcQ
I ..! 1..0
( 3)
Figura 4 .15
v, seon.."Sb1.0rR. csi1\tt
Proble1n::i 61.
Qpit1.do4
219
Polarização CC - TBJ
Seção 4 .18 Estabilização de polarízação
65. Dctcmúnc o.s p:mimcttos a seguir p:tra o cimõto da Figura
-'.l IS
• ) Sf/ ).
fJ= ·~
figura 4 .15 7
Problema 62.
+Vcr=lOV
bl S(J ~).
e) StjJ). utiliz:mdo r 1 coo10 a temperatura oo qual os ,,..
lon::s dos par:imctros são c::.i>«ificados e sendo /1( T~
25•. m:tior do que P<T1).
d ) Detrnnine a \'3IÍaçào liquida cm lc se uma alteração
na:. ~ições de <>pcn1ção rebul1ar em um a.u1t1CP10 de
lw de02µ.\ J>3!'3 10 µJ\. em uma queda de 0.7 \ para
0.5 \ . cm i ·.c e cm uma clc,açilo de 25•• anp.
*66. P3ra o cllt'Uito da Figuro 4. 122. determine:
a) St,/ ).
b l ser· >
.
e) S(jl}. Uhlimndo ri CO!UO a tcmpi:'f'lltlJnl D.1 qm.I OS \':llorc-- 00.. Fjmctro., são especificados e~ /f'.T~J
25•. maior do que P< f 1).
d) Dctmninc a \-ar'Íaçào líquida C'm lc -;e uma altaaçào
Rli roo.11ções de openiçilo resultar em um oumenw l1e
/ 00,de02µA J>3!'3 10 flA. cm uma queda de 0.7 \ ' para
0.5 , . cm r e cm un111 eh.~' ação dc 25° •em fl.
*67. Para o circuito da fit?Ura 4. 125. determine.
'
a} Silo )
b) S(I' ).
e) S(jJ). utiliz;mdo ri como a temperatura D3 qu:aJ os,,..
IOtt'> do-. par.lmetros 'Ião especificado~ e ~{li. T! J
:?5•. maior do que P< f 1).
1
d ) Detmnin.: a \Jriaçào liquida em lc se uma atl.cntçào
ms condições de operação resul 1ar em wn aumento Je
l,ndc 0..2 µA para l OflA. em uma queda de O.7 \ ' para
0.5 \'cm r ... e em unia elevação de 25•. em fl.
*68. Para o cm:uito da Figuro 4.140. determine:
a ) Sf/ ).
b ) S(I ).
e:) SV/I. utilizando T, como a temperatura na qual oi. 1i11·
lore-; dos par.lmc:tros são e~peci ficadoi. e ~ /!(. T:)
25~ maiOI'" do que P< T1).
Figura 4 .1 Sb
l"roblen1a 63.
liquida em /< ~ umA altenlçJo
ms condições de operação resul 1ar em wn awnroto de
/ , 0 dc0.2µApara 1011A. em ltm3 quccb de O.•\' para
0.5 \ em • e em unlll eleva.ção de 25~. em p.
• 69. Compan-0" '~relativos de t."Slabilidadc dos problemas
65 a 6&.. A,,. re,po"ta..'> do:;; exerc1c10" 65 e 6 7 podem ,;er
obtidas no .\pêndice E. Podemos tirar alguma conclusão
d ) Odnmine 3 1ianaçào
d~:.e-. ~tadc>s"
*70.
Rs
8) C~ OS nl\e'IS de estabtlidadl'
par.i 8 confi~O
com pot..riz.açào fi~o do Probl~-ma 6!'i.
b ) ( "onipare <b ru\e1.,,. de e,,tab1tid0de para acoafiguraçilo
com divisor de tmsào do Problema 67
510 t.{}
e) Quc f;iiom- dá:> itens Cal e (bl parecem ter mai:, inlluêncta sobre :t estabilidadl' do s1slema. ou não bâ um
padrão ~I parn os resultados?
1
Seção 4.21 Análise comput.acíonal
7L f3Ça wm an:'disc do circuito da Figura ~. 118 u.s:mdo o
PSptce. bto <'. detemune 1,. rc·F. e 111•
72. Repira o Problema 71 paro o circuito da Figura 4. 1
73. Repita o Problmla 71 para o circuito da Figura 4. 1'.!5.
74. Rcpit;a o Problmia. 71 para o circuito da Figura 4. 1?9.
75. Rqiít3 o Problema 71 utilizando o ~1ulrisim
n
76.
Figura 4 . 159 Problenn1 64.
~,,iu o
Problema 72 utilizando o ~1ulii>im
77. Rqnta o Problema 73 utilizando o ~lulll!illn_
78. Repita o Probrema 74 utilizando o ~fultisim.
Análise CA
do transistor TBJ
Objetivos
•
F amilia.rizar-sc com os modelos r r lul>rido e
•
Aprenda a usar o modelo equivalente para determinar os parâmetro!. CA importantes para um amplüicador
•
Compreender os efeitos de uma resa ttnct.1 de r"ont~ e um resis1or de carga no ganho global e nas caracteriStie& de um
amplificac!Of'.
Conhecer as caracteristícas CA gerais de uma variedade de importantes confi~ões com TBJ.
Começar a entender as vantagens ~ao mctodo de sistemas de duas ponai. para amplificadores de WTJ e de múltiplos ~úgios.
Dcsen\oh er algun1a habilidade para solução de probletnas e111 c1rcu11os amrihficadores CA.
•
•
li
hibrido para o transístor TBJ.
5. l INTRODUÇÃO
A cons1ruçào, o aspcc10 e ru. camctcristic~ b:bicas
do tram.L..10r foram introduzidos no Capitulo 3. A polarização CC do dispositivo foi cxan11nada com detalhes no
Capitulo 4. Agora. começaremos a euminar a ~('A
do amplificador TBJ ao revennos os modelo~ usados com
mais frequência para representar o traflo;i-.tor no dominio
C t\ senoidal
Uma de nossas primeiras preocup:tÇÕeS na anãlise
CA seooidal dos circuitos a transístor é a amplitude do
sinal de entrada. 1 so determina se deve ser aplicada a
técnic.i de pe411e11os silu1is ou a de gra11de.> Jina~. ~ão há
nenhuma linha divisória especificada enU'e as duas. mas
a aplicação - e a amplitude das variáveis de interesse
relati\o às escalas das curvas caracteristicas do disposiciyo
- noml.llmente deixa muito claro qual e o método mai:.
apropriado. A técnica de pequeno s1naii. é aprescnmda
ne!ite capitulo. e a5 aplicações de grande !>mal Séfão examinada> no Cap11ulo 12.
Elli1cm !&~ modelos co1numenlc usado!> na análi!>C
CA parn p..-qu..-n~ sinais: o modelo r .- o modelo ll hibrido
e o modelo hibrido equivalente. Este capitulo introduz
lodos eles. embora cnfati7c o r,.
5.2 AMPLJFICACÃO
NO DOMÍNIO CA
•
No Capitulo 3 foi demonstrado que o trans~tor
pode i.cr empregado como um dispo~iti vo amplificador.
Isto é. tl sutal de '3lda "4!lloidal é maior do que o 'SinaJ
de entrada scnoidal, ou. em outras palavras. a potência
CA de saída é maior do que a potência CA de entrada..
Surge, então. a seguinte questão: como a potência CA de
saída pode ser maior do que a potência CA de entrada'!
A consen ação de energia estabelece que em qualquer
instante a potência total de saída. P,,. de urn sistema não
p<>de ser maior do que uma potência de entrada. P. e que
o rcndin1ento definido por fJ = P JP, não pode ser maior
do que l O fator nio considerado na discussão anterior
que permite que uma potência CA de saída seja maior do
que a potência CA de entrnda é a potência CC aplicada.
Ela contribui ~breman~ p3ra a potência cotai de saída.
embora uma parte dela seja dissipada pelo circuito e por
elementos r~ii.ti\oi.. Em outm!t palavra~. bâ uma '-.roca" de poténc1a C( para o dom1n10 CA qul' pcnnnc o
estabelecimento d~ uma potência CA de salda mruor. !'lia
verdade. o rendimrnto dr cont•ersão é definido por '1 =
P 01t,. / P,1tci• onde P ~ é a potência CA na carga e P ,a ,é
a potência CC fornecida..
Captrulo5
Tal\ ez o papel da fonte CC possa ~r mais beLn dcs~
crito se avaliannos pritneiramente o circuito CC simples
da fiizura 5.1. O sen1ido resuhan1e do ílu.ito de corrente é
indicado na figura com wn gràfico da conente i ern função
do Lempo. Agora ioseriremoi. wn mecanismo de controle,
como o que mostra a Figura 5.2. Csse m«anismo a1ua de
modo que n aplicaçito de wn suial relau\amente pequeno
pode resultar em umá oscilação mwto grande oo circuito
AnállseCAdotranslstorTBJ
221
l\o entanto. é extremamente útll perceber que:
O teorema da supcrrposi<;ào é aplic:ir\-el ti analL'Ce e
-
ao projeto das co1npo11e11tes CC e CA de un1 cirr:uito
TBJ. pem1i1i11do a :o.epe1re1rtio t!t1 análile clcb re:o.po~tas
CC ..- CA cio :o.i<õtem"
Em outras palavras. poden1os fazer uma análise CC
completa de um sistema antes de exa111inar a resposta CA.
Uma ,ez concluída a análise CC, a resposta CA pode ser
detenninada por meio de urna análise co111pletamente C A.
Ocorre. porem. que urna das co111ponentes que aparecem
na análise CA de c1CCuitos TBJ serà determinada pelas
cond1ções de CC. o que implica que ainda há uma importante ligação entre os dois L1pos de análise.
ck !>alda.
Isto é. nesse exemplo,
e a amplrficaçào no domínio CA foi estabelecida O valor
de um pico a outro da correnle de saicb ~cede em muito
o da corrente de controle.
Para o sistema da Figura 52. o ,·ator de pico da
oscilação na saída é controlado pelo \alor CC npliet1do.
Qunfquer tentativa de exceder esse limite CC resultará etn
um ·grampeamento' (achatamento) da região de pico nas
nlmllidades alui e baixa do sinal de said:I De modo geral,
porumto. wn projeto adequado de amplificador requer que
a:. componentes CC e CA sejam ~'eis :is limitações e
solicitações de ambas.
5.3 MODELAGEfVt DO TRANSISTOR TBJ
A base para a aruíli.;e do transístor para pequenos
sinais é a utilizaçOO de circuitos equivalentes (modelos).
que serão introduzidos neste capítulo.
{, lf1 moJt•fo
ea ('Ot11bi1t(lf;ÔO de f?Ít•mt.>111()\ tf4? cim1ito,
t1propriadamenw wlecionado.... que ~e a.~t>r11elhom umro
qllanro posm cl aojinu:ionm1uuuo 1'C'ol de um dt~'Ciril'O
.'iemiconduwr sob condições especifica~ de opera~-ào.
r lcr R
Uma \ez que o circuj10 CA equivalente tenha sido
detenninado. o simbolo gráfico do dispositi'o pode ser
substiruido poc esse circuito. e os métodos básiros de análise CA de circuito podem ser aplicados para determinar
~
_L+
-==- f.
Ice
id
~
-
a respo.:.ta do circuiLo.
Na fase de dcsen\olvuncnto da análise de c1rcw1os a
cransistor. o crn.mto hibndo equivalente era ma•.s comLm1011C
usado. Folha.... de dados incluíam os parãmetro:. cm suas
listas, e: a rmãlisc !.e ~agia a i nscrir o circuito C<jUJ\mcotc
com os valores listados.. A dcsvantab'Clll de l.L..ar esse cücuito
equivalente... no cnl:IJ\to, é que ele é dcjinido paro wn ro11junro
i
,
o
F"tgura 5. J
Com:nlc com-lante c:stlbdcciJa IJOf' uma foole CC
t.lo:ui"l·.AJ
dcromrolc
r
j"
R
i;l
'"
-
+
•
,,
L._
Figura 5..2
de rondi~ operacionais que pode111 não coincidir com as
rondiçõcs rcai~ di:_(uncio11a.n1e11to. Na maioriado:sca.<;oS. essa
não é uma fulh3 gr.t' e. porque as condições miis de oper.a;ào
são relari,mneote similares àquelas selecion;idas nas folhas
-=- E
1J
o
I
Efeito de um elemento de controle no lluxo em estado estacionário do sistCJ:JU elétrico da figura 5.1.
222
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
de dodo'l. Além di~. sc1npre há u1na variação einre os \'lllores eferi\os de resistência e os valores de beta fornecidos
dos uansblores., de modo que se tratava de uma ..ibordagem
apro:-.:imada baseante confiável Os fuhncantcs continuam a
especificar os valores dos parâmetros hi~ para um ponto
operacional especifico ern suas folhas de dados. ~a \ecdade.
eles não~ escolba. Querem dar aos usuáruh uma nocào do
valor de cada par.1metro importante p313 que ~m Ctu.êr
~entre tran:.-istorcs. mas real.menti: não lcrncomo
sabL-r SlJ3.'> re3b condições de operação.
Com o pa."sar do tempo, o uso do modelo r. se tornou a abordagem mais desejável porque um importante
parâmetro do circuito equivalente cm delC'rminado pela$
condições reais de funcionamento em \ "e;z de pela adoção
de um \-:iloT especificado na folha de dados que. em alguns
ca'OS. podena ser tr.istante diferente. Infelizmente. aindn
é preciso recorrer às folhas de dados para obter alguns
dos outros parãmerros do circuito equivalente. O modelo
r tan1bem deixava de incluir un1 t:ermo de re;ilimentação
que. em alguns casos, pode ser ímponante. quando não
simplesmente problemãtico.
O modelo r, é realtnente wna versão reduzida do
modelo ;r ht"brido Ulilizsdo quase exclu:.1\amenle para
análise de alta frequência. Esse modelo também inclui
wna conc..\.ão entre a tensão de saída e a de entrada para
incluir o cfeno de realrmentação da tensão de saída e ruo
qu3Il1Jdado d~ cmrnda. O modelo hibrido completo l>Crá
<hscuudo no Capitulo 9.
Ao longo do hvro, o modelo r, ~ o preferencial. a
rncnos que a discussão focalize a~ de cada modelo
ou uma região de cume que determine pre\'iamerne o modelo
a ser usado, Sempre que possível, porém. uma comparação
entre os modelos será d_iscutida para mostrar como estilo
fortemente rel:sciooados. Também é impormnre que. uma \'el
que alca:nçarmos a proficiência na aplicnção de um modelo.
ela nos le-.e a uma investigação utilizando outro modelo. de
modo que passar de um pnra outro não se tome algo temivel.
Visando den1onslrar o efeito que o circui10 CA equivalente terá na análise a seguir. obser\ e o circuito da
Figura 5.3. Suponhamos por um instante que o circuito
CA eqw\alente para pequenos sinais do transístor já tenha
!lido dctenninado. Visto que esuunos interes~ apêtla:.
na resposta CA do Clrcu1to. todas as fontei. CC podem ser
su~tttuidas por um potencial nulo eqw\alente (curto..circuito). porque elas detenninam somente a componente
CC (ni\cl qwc.ccncc) da tensão de sruda. cn.loaampluwk
d3 oscilação CA da ~da. Isso ê claramente dmionstrado
na Figtll3 5.·t Os valores CC foram import:intcs simplesmente para detenninar o ponto Q de operação apropn:ido.
Uma vo que ele tenha "ido detem1inado, os valores CC
poderão ser ignorados nn análise CA do circuito. /\lém disso. foi decidido que os capacir.ores de acoplamento e,e e_
e o capacicor de passagem e,teriam unia reatância muito
pequena na frequência de aplicação. Por isso. eles também
podem. para todo:. os fins práticos. :.er subslituídos por
w11 caminho de baixa resistência ou um curto-circuuo.
l\01e que isso acam!lará wn ..cuno-circuito" do resi~tor
de polarização CC. R~. lembramos que os capacicore. assumem um "cmmto aberto- equi\alente sob condições de
estado estaCJooáno CC. o que pemutc wna separação t"Dtn:
c~túgios para os \ai~ CC e as condiçõe!> qujcsn.-nto.
À medida que \OCC evolui nas modificaçõc..-s do Ctr·
cuito párlJ definir o cqui\'alcntc CA, é importante que~
parfunctros de intercs...~ como Z., Z.,, f, e !.,. definidos na
Figur.t 5.5. SCJam condundos de modo adequado. Fmbora
a aparê11cia do circuito po'sa mudar. é preciso ter certeza
t ·.
Rc
lt,
(
e
C1
.....
1,
B
~
·-e
'
R,
o
7.~
•
'·
E
+
-
v, '\,
-l....
Figura 5 !
Circuito com transistor analisado nessa
discussão irurodutóna..
Ri
--
e
'
R,
B
+
-,i.
F'gur 5. ~
-
L.
+
V, '\,
+
E
'
R1
1O circuito da figwa 5.3 apôs remoção da fonte
CC e inserção do cuno-cirt:Uito equivalente p:i.ra os capacito~.
Captrulo 5
e o emissor. como mostro a Fígura 5.7. ViSto que os componentes do circuito equivalente do transístor da figura
z.
-
\
-
5.7 einpregam componentes conhecidos. como resis1ores
e fonces conll'O~ independentes de tensão. técnicas de
análise. romo superpos.içào. teorema de Thé\ erun e outnb.
podem !la" aplicada:. p3ra determrnar as vaná\ ~ desqad:ts.
,
-
I
+
z•
Si•t.:11m
•z.. '
-
+
\'
o
Fig-..~
Definição dos p:rimeuos unporwnes de
qu:ilquer .. l~e1na.
:S 5
•
! .+
R,,
R,
• ••
+
\'
-
l
•
{"írcuíto (. A oqun11lc:au: do
iransistor para requm.-.s ~i ·'
1---·--·-----0------0
e
, ...-.
,
' ''
'·
l' (.
\
•
1
/..
,.-----0---1-----<:>----.- - - -
8
•
....
•
' ~
_
.....,,
1
I
R,
•?..
E
+
Agura 5.J
L
o
llemonsuaçãoda razãodossenudosed:Ls
po larid21de:. ~tinidos..
-
...
+
.. ..
I
+
IFiguril 5 5
223
definidas com valores positivos. Por exemplo. na figura
5.6, as impedâncias de entrada e de saída para detenninado siscema são ambas resistivas. Para o senúdo de I e/,,.
a tensão resuh.ante através dos elen1encos res.ISÜ\ os terá
a m~ polaridade que V, e i~ respecti\11lllente. Se 1
tivesse sido definido com o sentido opo:.co na Figura 5.5.
um sinal ne~aU\.O cena de ser aplicado. Para cada caso.
Z, = 11 1. eZ = J' 1. 0010 re.uJtados pos1ti\os se L~ ti\ercm o:. s.entid0:, e a polaridade dermidos na Figura 5.5. Se a
corrente de s.ní<L1 de um si.,tcma real tem um sentido Op«hto
ao da Figura 5.5, wn sinal negativo deve ~-r aplicado ao
resuJtado, porque i' deve ser definido como aparece nessa
figura. De\·onos ter a Figura 5 .5 cm mente ao analisar os
•
circuitos TBJ deste capítulo. E uma importante introdução
a ~análise de sistemas··. que se toma tão rel~ante diante
da ampliação do uso de pacotes de siste1nas de CI
Seesiabelecei111os um ponto de lerracomum({?l.'D)
e reorg.anízannos os elementos da Figura 5.4. R, e R ficariio em paralelo. enquanto Rt aparecerá entre o coletor
de que as qunnridades verificadas no circuito reduzido
correspondem às definidas pelo circuito original. En1
ambcb ~circuitos. são definidas a impedância de entrada
da base para o rerro, a corrente de enrmda como a corrence
de base! do t.ransistor, a tensão de saida como a tensão do
colesor para o terra e a corrente de saída como a corrcnce
atra\éS da resistência de carga RcOs parâmetros da Figura 5.5 p<l(km St.T apücados a
qualqucrsi:.tL"ma. tcnha ele um ou mil componentes. P3r3
~ & análises a seguir neste li\ ro. <b St:DUdos das correnl~ as polaridades das t.cnsões e o sentido de rntcrcssc
dOl> nf\.cis ele impedância serão o:.. indicados na FigurJ 5.5.
Em outra." palavra.<;, a corrente de entrad:l / e a corrente
de saida /,. sào. por definição. designadas para entrar no
sisiema. Se. em um exemplo espeçífic-0. a corrente de
saida dei"<a o sisten1n e111 vez de encrar nele como mostra
a figura 5.5. um sinal negativo deve ser aplicado. As polaridades definidas para as tensões de entrada e de saída
também aparecen1 na Figura 5.5. Se r· 1em a polaridade
oposta.. o sinal negativo deve ser aplicado. Note que Z, é a
impedãncia ''\,oltada para dentro- do sistema. enquanco
é a impedância ..voltada para trás- no sistema a partir do
tenninal de saída. Ao escolher os sentido:. definidos para
coerentes e te~ tal como aparecem na fi~ura 5.5, tanto
a unpedância de t.'lllrada quanto a 1mpctLffiCJa de saída são
o
Análise CA do translstor TBJ
CirctlilO dn Figura 5.~ ~hado p:ltn antili se CA de pequ~ '1o:11i..
l'
•
-
224
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Em seguida. examinaremos a Figura 5•., e identificaremos as variá\·eis importantes a serem detenn1n..idas para o
sistema. C ma \ez que sabetuos que o trnlbistor é um disp:r
sim o amplificador. esperemos ter aJgwna indicação de como
a tensão de saída e:.1á relacionada com a tensão de entrada
i· -o ganho de tenstio. Note que. na Figw-a 5.7 para õ.Sa
configuracão_ o ganho de corrente e definido por .4, = I.;/,.
l:.m resumo, o equivalente CA de um circuito a
tralll>btor é obtido:
i:
/.
2.
J.
4.
'º''''"
F"4llul<>-~t·
(1) fontes de re~ào CC em :ero e
,ufulituinúl'>-US por u111 (·11ru>-<.·im1i1oequi,v/e11te.
Subs1i111indo-se todos os C11JX1cirore.s por um cun<>-
-<1101ilo eq11i1·ttk11te.
Ren10,·e11do-:;e todos o::; elen1e111o:i. em paralelo
com'" c·urtos-circuilru equivalenJt!:; intrvdrcülos
nas elopas I e 2.
Rf!desenhanda·!ie o circ:uita Je um modo maú
conveniente e lógico.
Nas M.""Ç~ M!guinLes, wn modelo cqui\ alente de
lrJ..Jbi.stor será introdULJ<lo para completar a análise CA
do cm:uito da Figura 5.7.
cada r~ é igual à tensão J' ... sendo a corrente de entrada a
corrente de base/" con10 mostra a Figura 5.8.
Lembramos. com base no Capítulo 3. que. considerando que a corrente atra\lés dn junção polari2ada
diretamente do t.ransistor é lt. as curvas caracterhticas
para o terminal de entr3da aparecem oomo na Figura
5.9(a) para dt\enos \alOrD de i'aE· Tomar o valor médio
das curvas da F1gura 5.9(a) result.arâ na cwva iuuca da
Figura 5.9(b). que e ~implt.~mcntc a curva de um diodo
polarizado dtrctamcntc..
Par.t o circuito cqui\11lcnt.c. portanto, o terminal de
entrdda é simpl~tc um unico diodo co1n uma corrente Ir
como 11lO"itra a Figura 5.1O. Entretanto, agor-J devemos acr.-:s·
centar um oom[lOlleflte ao circuito que estabelecerá a conente
/, da Figura 5. l OulJlir.mdo as cur.'ilS características de <:ai<b.
Se red~nhannos as curvas caracterist icas do coletor para que ele tenha um P constante. como n10str.J a
Figura 5.11 (outra apro:ti11J.3Ção). todas as características
na seção de saída podem 5er substituídas por uma fonte
controlada cujo valor é beta vezes a correole de base. como
rnostra a Figura 5.1 l . \ 'isto que todos o~ parâitletros de
entrada e de saída da configuração original agora estão
5.4 MODELO r,. D O TRANSISTOR
e
O modelo r para as configurações EC. BC e CC de
transistor TBJ serâ apresentado a seguir com u!D3 bre\e e'plicação sobre como cada wn é uma aproximação
adequnda ao comporuunen10 real de um tran.S1:.tor TBJ.
'"
~
Configuração emissor-comum
O cin:uito equivalente para a configuração emissor-comum sem montado a partir da cuna característica do
dispositi,·o e de uma série de aprox.imações. Começando
com o terminal de entrada. verifirainos que a 1eosão apli-
Fígu
1
58
+
+
'·
l,..
º·' \"
cquivalcn1e para um rr.msistor TBJ.
V.ilor
médio
Je'é 8
o
0.7 \
1b)
f igura 5.9
.,,
f:
Dc:1crminação do c"imiito de entrada
V;frio•,
Vll!CJR«
de \ (JI
o
8
Definição da curva 1nédia p;u11 !b cun-as características da Figuro 5 9(a).
Análise CA do Lransistor TBJ
úpítuloS
t''
•
'•..
o
1
+
~ t'~
~,
-o
/Jli.
-'"
z.
-
1
+ +
\,
•
-
-
225
t'
r,
\'
--
figura 5 .1(
Ctrcuuo cqut\alcnte pma o tmninal <lo?
cnu:ida de um trans1~tor 1BJ.
~linu;llo do nl\cl de Z.
figura S.13
d1odo eck:t..-rminada por r0 =16 111V ,fl,. Us:i-se o <ruf>.,cnto
<'porque a corrente dctenn1nante é a corrente do emissor.
rcsul1.1ndo cm r 26 mV//1 •
Agora. para o terminal de entrada:
'""
z,
.1-----------------------------------~ 1a,
Solucionando:
µ ~-.'llUW!k:
\ 'bt'
l,rr
==
( /r
+ lb)re
= (Jl/b - l b)rr
(JJ+I) l,_,r,
lt----------------------------------------------- '·•
e
\ 'bi-
IJJ+ 1) /y,
-lb =-- lh
z,
lz= <P"'-llr,eprrj
Figura S.1
pre-.cntc,.. o c1rcu1to cqui' alente para a configuraçào
nnii.,or-comum foi cstabclcc1do na Figura 5. r>.
O modelo c..'quivulcntc da Figura 5.12 pock ser dific1I
de lidar por causa da conc~ão direta entre os cin:uitos de
entrada e de -.aída. F.lc pode, cr melhorado primeiro pela
c;;ubc;;títuíçào do diodo por sua re~istênCJa equivalente,
determinada pelo valor de/,, como mostra a Figura 5.13.
Lembre-se de que vima... na Seção 1.8. que a Te"istencia do
1
o
+
v,.,.
figura S. l ~
'·
..
t
1
1
iI,
(5.l)
O re.uhado e que a 1mpedânc1a vista -eni.rando- na
bnse do circui10 é um n."Sí 1or igual a beta vezes o \alor
der,.., como mo ...tra a Figura 5.14. A corrente de ~ida do
coletor ainda e.ui concctudn à corrente de entrada por ~"ta.
como mo!>tra a mõm3 figura.
Por con~uinte. o cirçuito equi' alen1e foi definido
pnm ns cuí\a.-. carac1erio;ticas ideais da figura 5.11, mas
agora o:. circwl&.. d~ t.-nlrada e de !>aWa t.'!>lão i...;ol;.uJo~ e
conect.do 3JX'1la!. pela fonte controlada - lUD3 fonna
n1uíto mai' fácil de trabnlhnr ao analisar circuitos.
I
e
+
/li,.
..
1,.
'~..
-
Circuito c:qui,alentc pana o TW.
b
t'O
Figura S.14
Ir
o("
1
~ '''·
~
•
l
--'
fl/1'
o t'
Circuito cqu1vnlcnte 1nclhorado para o TBJ.
226
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Tensão Early
Agora. temos u1na representação apropriada para
o cuxwto de entrada. m!b, alérn da corrrnte de ~da do
coletor defmida pelo nível de beta e 111- não temos wna
representaÇão adequada para a in1peJãncia de soida do
dt.sposin\ o. Na realidade, as curv~ caraC1erislicas não têm
a npaJência ideal da Figura 5.1 l . Em vez disso. apresentam
uma tncliaação. coo10 mostra a Figura 5. J5. que define a
impcdãncia de saída do di.o;positivo. Q113010 m:n~ mgremc
a inclinação. menor a impedância de saída em~ ideal o
tr'aJliliLor. De modo geral. ê desejã\el 1er impedãnc1a:. de
saída ell!\;,11:Ja~ para evitar sobrecarregar o pró"(imo ~táglo
de um projeto. Se a inclinação das curvas se estende até
chegar ao euo horuontal. é 1oteressanLe notar na Figura
5.15 que todas elas se cru7..an1 em uma tensão chamada
tensão Biri) Essa interseção foi descoberu por James
~1 . Earl> em 1952. À medida que a corrmte de base
aumenta. a inclinação da reta aw11enta. o que resulta em
um aumento da tmpt.'<iância de saída con1 um aumento da
corrente de bbe e dé colclOr. Para dch.:nn1nada coin'lltc de
baseedecoletor.como mostra a Figura5.15.a impedância
de saída pode ser detem1inada pela segu1nte equação:
r =
"
J. /
-
-
(5.2)
Clarrunente.. uma' e-z. que J' 1 é uma tensão fi'{8., quanto rnaior a correore de coletor. menor a in1pedância de safda.
Para siruaçõ~ em que a tensão Early não está
disponível. a impedância de saída pode ser detemunada a
partir das curvas caractcristica5 em qualquer corrente de
ba!ie ou de coletor por meio da seguinte equa\lo:
e
(5.4)
Para a mesma wriação de tensão na Figura 5. 15. a
variação resultante na corrente Af, é significntivnmente
rnenor para r '1 do que para r.,1, o que resulta em um r z
rnuito maior do que o ,. .
Nos casos em que as folhas de dados de wn ~islor
não incluem a tensão Earl) ou as curvas características de
salda, a unpedãncia de !>aída pode ser detemunada pclo
parfunetro hlbndo /1 ;r- que CO!>turna ser Lraçado em toda
folha de dado~ Esse pa.r.ink.'tn> ~ descrito cm dctalhês na
Seção 5.19.
De qualquer mancua agora pode ~cr dclinuia uma
impedância de :;aida que aparecerá como um rcsí)tor cm
paralelo co1n n ~da. como mostra o circuito equivalente
0
Típicnn1ente, no eotanto. a tensão Early é :>t1ficientemente grande se comparada com n ten'\ào coletor-emissor
aplicad:i. permitindo a seguinte apro'Cinmçào:
da Figura 5. 16.
Esse crrcuito equivalente será ulili7,ado em toda a
análise a seguir para a configuração emissor-comum. O
valores comuns de bet.1 ~wiam de 50 a 200, con1 os valores
(5.3)
de /Jr, nonnalmente compreendidos entre algum.as cemenas
de obtns até wn IJlã..mno de 6 kn a 7 kQ. A resistência de
saída r costuma ocupar a faixa de 40 kn a 50 kn.
lc rmA)
l.c
----
-
- ----•
---
-
•
--
---
-
-
-
--
--
-
•
•
-- o
Figura 5.1S
m:-
Detiniçào dn Li:osio farl> e da impàlâ:nc1a de snida de u1n 1.raru.ist~r.
Captrulo 5
227
Análise CA do translstor TBJ
zação de um diodo no circuito equi\ alente, como mostra
a Figura 5.17(bl Para o circuho de saída. se \Olbrmos
ao Capírulo 3 e e.xaminrumos a Figura 3.8. \erentO!> que
a conence de coletor está relacionada com a corrente do
emissor por alfa a. ~esse caso. poré1n. a fonte rootrolada
que define a correnle de coletor. confonne inserida na
l· tl!ura 5. l 7(b). tem !>enlido oposto ao da fonte controlada
da configwaçãot."mi.s.sor-comurn. O sentido da c011entedc
coletor no circui10 de saída é agora oposto ao da correnic
b o----'-- - .
,_
-
Rgura 5. 16
Modelo r para a configuração C"missor-romum do lnlllSÍstor. mclumdo os e.fenos dA! '_
de saida dcftruda..
Para a rcsposaa CA. o diodo pode ser sub~tuido por
sua rcsi-;Lência CA equivalente dclL'llt1innda por r, = 26
mV//r., como ffiO'itra a Figura 5.18. Note que a corrente de
Configuração base-comul'T'
O circuito equivalente b:ise-comum serã desenvol-
\ido de modo muito sen1elhante ao ;ipli"-ado ã configuração
emissor-comum. As características eerais do circuito de
eauada e de saída gerarão um circuito equi\'n.lente que será
um.a aproximação do co1nporramento real do dispositivo.
Lembre-se de que vimos na configuração ~or-comum
a utilização de um diodo para representar a conexão basc-enussor. Para a configuração base-comum da Figura
5.1-(a). o lnlll!listor npn e111prcgado aprel>C!Ilrará a me!>ma
~tbilitlade no circuito de entrada. O n.':>Ulr.ido é a utih-
-
I
Eº
..
,
1,
..
l-.
.
.. ..
'
1
para a configuração embsor-cornum mais U!>Ual
O circuito da Figuro 5. 18 é, portanto. um circuito equi\·alente excelente para a análise da maioria das
c-onfiguraçÕõ base-comum. É sen1elhante. em muito:.
-
1
lc
/
emissor continua a detennioar a resistência equívafente.
Uma resisténcia de saída adicionnl pode ser detennio:tda
a partir das cuo'3Scm-acterisricas da Figura 5.19 de modo
mui10 semelhante no aplicndo à configuração emissor-comum. As linhas quase horizontais re' eIam claramente
que a resislêncrade saída r ,. tal qual vemos na Figura 5.18.
será b.'\Stante el~·ada e c.ert.an1ente mujto maior do que
4
z
oC
r
B o-~~...:.-~~~~.___~~~:--:--~~B
E
'
..
1,
... '
Ir
r
t
~
:l,
.z '
l c= a.I,
Bo-~~..:........J..~~~-+~~~__;__;~~oB
tb)
Rgura 5 . l 7
oc
(a) Transístor TBJ b;s)(:~mum: (bl cin:uilo cqui' alente para a c:onfigur.içào de: (a).
l od1~
Figura S.19
IÀ.~çiio
de Z.,.
=
228
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
aspec10-.. ao d3 configuração emi,'.'Or<0mum. De modo
geral.ª' configurações base-comum po-.<>Uem ímpedãncia
de entrada muito baixa porque ela é c->sencialmente r •. (}.,
\ 3.lore:. llOl'ID3b :.e estendem de t1 lgW\S ohtns até tah ez 50 O.
A impedinc1a de saída r., nornwln1ente se estende até a
fai~o de megohm. Uma vez que a corrente de saída é
OJ».>l3 ao scrutdo definido /,,, veremo:. na an.di"' a ~ewr
q~ não hã ncnhwn de:.locamcnto de lb! en~ as l~
~entrada e ck saída. Para a confi1'llr.tç-:.O ~-<OlllUlll.
há uma mudmça de fase de 180º.
~
Cu
'
-
npn versL'S ;:.. p
A anâh~ CC de configuraçõc-. npn e pnp e kblrultc
diferente porque 3.'> corrente'> ter.lo -.cnudo-. OJIO'lOS e .i:.
ten..õc.~ tcriio polaridades oposta .... Entrcbnto. para uma
análii.c CA cm que o sinal evoluirá cntrc \"lllore,. posi11vo..
e ncgaJÍ\o... a c1rcu1to CA equi,alente <;er.i o ~o.
5.5 CONFIGURAÇÃO
EMISSOR-COMUM COM
POLARIZAÇÃO FIXA
Os modelos de c.ransistor que ac;iliamos de~
tar '><..'rão u:.aJo:. agora cm uma anàh~ CA de pequeno:.
:.inais para Ulllà :.énc dc contiguruçõe:. p3dr.i.o de crrcutl<h
tran,i.,toricu..lo!.. O!. circuitos anah,ado., rcpw.cntam n
ma1ona do-. circu1toc; usados na pratica. \lodificaçõc"
na.' confi,guraçoo padrão serão rl.!1311\~'"llte fãceis de
C'<am1nar uma 'e7 que o conteudo dC"1e capitulo "eja
dio;cutido e compreendido. Para cacb configuração, 0
efeito de uma 1mpedància de ..aicb é analisado para complementar a 3l"ih4'e.
A seção de análise computacional inclui uffi'1 bre\·e
d~çào do modelo de trnnsistor en1prcgado nos p:icotes
de ~º''"''f'l' PSpice e Multlsim. e isso demonstra a gnm.a
e a profundidade dos si:.te1na:. di pont\ei:. para esse tipo
de análise. bem como a relativa facilidade de entrar em
um circuito comple'<o e imprun1r o:. re..ultados desejados
A primeira configuração a ser analisada com detalhes é o
•
co1n poluri:uriio fua da Figura
CU\:uuo enu.....or-comum
5.10 Ob~'l'\e que o :.1nal de entra!b I~ e aplJcado na
~do trafubtor. enquanto a ~ída 1 c-.t.3 dbpõní\·el no
coletor Al\.'1n dh...o, note que n corrc'lltc ck entrada J não
e a com.-ntc de oosc. mas a corrente da fonte, enquanto a
~R
..
'o---)
1
e
1
e!
B
e,
..z
gl. ... .--: o coletor-con um
Para a configuração colctor·comum. co~tutll!l.mos
aplicar o modelo definido para a configumção cnus.sor.comum J:t figuro 5.16 cm \ c.t de dctin1r um modelo
c..p.x1fico. :-.~ pn>xunos capítulo-,. um.t ~Tic ck confil!Uraçõc.. coletor.comum ..crj c>.am1nada. e o cÍCJto de usar
o ~"mo modelo çe tomará ba,tante C\-idc;itc_
R,.
..z..
E
--
C'onfig~'iio l!1ni-.'<lr-co111um
Figura S.20
'
com
polari,àçào lixa.
corrente de saída 1. é a corrente de coletor A analise C.o\
para pequenos sinai:. come..~ com n remoção do:. efeito:.
de l <1 e a -.ub-.tiruição dos capa itores CC de acoplamento
( 1 C C, por cunos-<in:uítos eqUI\ alente:., O que resulta DO
c1rcu110 da figura 5-21 .
Obsel"\e na figura 5.21 que o terra con1wn (Gl\0)
da fonte CC e do tenninal em1~r do trnn~i~tor pennite o
repos1c1onamento ~ R• e R, em paralelo com a:. ~
de cntrutla e said3 do dispo:.ili"º· rcspcctÍ\ amdllc. ...\Jbn
d1~'º· \CJ.1 o po:.1c1~to <los importantes p.tr".undnh
de c1rcu1to L. Z ~ I e I oo ctrcuito redc ..cnhado. A "ubs·
lltu1çào do modelo r, n:i configuração cmL,!.or-comwn d3
Fi!,'llra 5.21 re..lllta no circui10 da Figur.1 5.22.
O Pª"°'° seguinte e determinar /1. r. e r ,. O valor de
/f nom1nln1ente ê obtido a partir de uma folha de dados ou
por mediçiio direta. urilizando-w um lrnçador de curvas ou
u1n instrumenio de tesre para rran;;1stor. O valor der dC\ e
er detem1inado por meio de uma análi~e CC do sistema.
e r , normalmente é obtido da" folhas de dados ou a panir
de cul"\.a.. caracteri.sricas. Supondo que /1. r e r,, tenham
:.ido detenmnado:. tercmo::. como rc-.uhado as seguintes
•
•
equaçoe!> e cancten5nca:. 1mponantc!> do ''tema.
•
- ..
e
B
Rr
•
L.
lt
'
t
•
E
•7.
Captrulo 5
I
..
'~
' _.,
y
---
l
,,
T
~ R•
J
fir.
--
1
1
•
---
-
Figura 5.22
Se r > lORc. a aproximação Reir.,
frequentemente aplic3da e:
/,
.,,
1:1
Análise CA do translstor TBJ
= Rl
é
~
t'
~'
--
l··
..
•
o
+
(5.8)
''
.l
-
Substituição do modelo r. no arcuito da
A. Os resistores r, e R( estão en1 paralelo e
\ '0
= - tJlb(Rcll ro)
n1as
1. =
de modo que
\'., =
Fi~52l.
z,
229
V;
fir~
-13(;,.)<Rcll r")
A Figura 5.22 revela claramente que
(5.9)
e
(5.5)
Na maioria das situações. R, é maior do que Pr~ por
um fator de 1O(lembre-:.e de que' uno:. oa análise de elementos paralelos que a resist&lcia toul de dois resistores
tm paralelo é sempre mc:nor do que o Dtl!DOJ" dele:. e muito
pr6xima do mt.'llOr, se um for bem maior do que o outro),
e is:.o ~·nn11e a seguinte aproximação:
Ser > IOR • de modo que o efeito der. possa ser
ignorado.
(5.10)
(5.6)
Obser\:e a ausência explícita de p rnb equaçõe:. 5.9
e 5.10. embora saibamos que p deve ser uuli1ado para
determinar r ...
Lembre-se de que a impedância de "3.ida de qualquer
circuito é definida co1no a impedància Z detenninada
Relação de fase O sinal negativo na equação rcsuJUlnte para •..f.. rê\ ela que um deslocamento de fa:.e de 180°
ocorre entre o:. <,1nais de entrada e saída. como ~tra a
Figura 5.14. lsso resulta do fato tlcqucft/~ c:.tabclocc uma
1 Z; ~ f3r,
ohm.s
z.
quando .,. =O. De acordo con1 a Figura 5.12.. quando V,= O,
I = I = O, o que resulta em um circuito abertO equh-alente
para a fonte de corrente. O resultado é a configuração da
Figura 5.23. Ten1os:
1 Z,, -
Rcft r" 1
ohms
t'O!TC!ltc alr.n;e:. de Rc quc
resultara em uma tc.-nsão atra'i::.
R, . o opo!>to do definido por I~.
(5.7)
~·cc
''
'
l
lf~ ·· -..
-
,
'
--
5 23 De1enn1nação de 2 J>3f3 o
c1rcwto da Figura 5.22.
i=ig Jra 5.2
Democi51nC;âo do deslocamento de
fonnns de onda de entrada e saidm..
fase llSO'" entre as
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
230
c..(c;.,VIPLO 5.1
Para o cin:uito da Figura 5.15:
a) Determine r,,.
b) Determine Z. (com r,, = oo il).
e) CalcuJe l . (com r;, = w il).
d) Determine A, (con1 r,, = oc Q).
e) Repim os itens (e) e (d) incluindo r - 50 kfl em todos
os cálculos e compare os result:idos.
a) Anãlise
V&
12 V - 0.7\'
ls = -- -- 24.0-t µA
470
kO
=
Rs
lc- C{J - 1)/8
-
r = !6mV =
26mV = 1071 ,.,.
") JU
•
a~
-·4-o mA
J
E
Z
I
Rc
Ri
e
,
CC:
\'cc -
b) /jl"~
~
l
('
•
(
C1
8
)
'·o
Solução
,.
' í-c-
l
R.•
..z
º'
E
Rf
C1-
(10 1)(24.0-1µ.A) = 1.428mA
= (100)(10,71 fi) = l.071 kO
= R8 {Jrt' = 470kfl ~ l.071 líl =
l.07k!l
F1gll. ..< 5 2f.
dl! tensão.
Configuraç-Jo com poleritAÇiio por dí\N>r
e) Z = 14_ = 3 k!l
Rc
d)
A.-= --;:; = -
JkO
Z. - r,,llRc -
e)
= 2,SJ kfl
A - 1 -
-280.lJ
10.71 íl
50 l!l 3 kfl
~·s. 3
kn
rollRc - 2.83k0
--rc - 10.71 n
= - 264.24 vs. - 2&0.11
.------<o--o I '.! \'
470 1..0
'
'
...
o--li----~
10 µ1-
Figura 5.2S
~ -11(- - 0 •
+--10 µF
/J .. 100
l '.. '""
Lembramos que o nome da configuração é consequência
da polarização por di\'isor de tensão no lado da entrada
para que seja de~nnínado o' alor CC de V.,.
A ~ubstituiçào do cin::uito r~ equivalente resulta no
circuito da Figura 5.27. Observe a ausência de R,, em dccorrência do efeito de cuno-circuito provocado pela baixa
impt:dãncia do capacitor de des-. io. Cc. Isto t', na frciJUênCla (ou frequências) de operação. a reatãncia do Cap3Cilot
é tão pequena se comparnda com Rc que ela ~ tratada
como um curto-circu1to no,,, tcnninais de Rc. Quando 1' e
é ajustado para zero. wn lcnninal de R 1 e Rc é cônectado
ao terra, como mOl-"trn a Figur.1 5.?7. Além disso. obsenc
que R1 e R1 conlinuam ~""n<lo parte do circuito de entrada.
enquanto Rc é pane do circuito de :;aída.. A combinação
em paralelo de R1 e R! é definida por:
..z
Z 1 A partir da Figura 5..1.7.
(5. 12}
Exemplo 5. 1.
5.6 POLARIZAÇÃO POR
DIVISOR DE TENSÃO
t\ pró:Üll141 configuração a ser analistlc:b e o ciJCUito
com polarização por di1•isor de tensão dn figura 5.26.
Z0 Da Figura 5.17. com •: aJustndo para O V, ~uJta cm
lb = O/IA e ftl1o = OmA.
1Z. =
Rc~r,, 1
(5. 13)
Captrulo 5
I
+
,,
•
=tt'~
•
j'.
R.
'
-
Figura 5.27
\
~
Pr,
R
/if
1
Rc
-
Substirutção do circuito r# cqui,-alcnre no circuito CA equivalente da Figura 5.26.
(5. 14)
\/1sto q11e Rc e r" ésLão em paralelo.
Vc
V;
lh= f3r..
V,, =
e
(5. 1S)
que. como podetnos notar. é exaimneote igual à equação
obuda para a con!iguração c-0m polarização fixa.
Parar. > 1OR, .
=
26m\'
= 18,4411
1.41 mA
(5() k!l)0(8.2 kíl)
7.l 5 k!l
-
Ze = R = 6.8 k:..'l
Z, = J.35 kfi
Z.
= Rc r., = 6,8 kO
50 k.fi
= 5.98 k.!l \"S. 6.8 kf}
Rc r,.
5.98 kO
Ar=- r, = - 18..+40
Rc
V1 - --r-r
{5. l 6)
na Equaçào 5.15
n.•vcla wn deslocamento de fase dc 180" entre
i:e
~:.
=
-
32.a.J V!. . -368,76
Houve uma diferença mensurável nos resultados para
Z. e A porque a condição r,, > t OR, 11ào foi satisfeita.
5.2
Pata o CITCWLO da l Í!!llta 5.18, detemune;
a)r.,..
b)Z.
e) Z, (r.
\'
d) Ât = -~ = - 6.8 kfi - -368,76
rr
18.44 n
e)
ocgaU\O
2.81 V -
= :?.81 V
+ 8.2 k!l
0,7V = 2.11
=
0 )
Relação de fase O sinal
56 kO
7.15kfllt(90)(18.44 !l)
7.15 Ulll.66 k.Q
= 1.35 kfi
e)
A., -
lt
b) R . R,IR1
-13(:. )<Rc. r
V.,
=
(8.2 k0)C22 V)
2.11 V
l _'l k!l = 1,41 mA
26mV
Z - R 'IPr
-
cc -
V8c
Rc -
I F. -
V:
R2
......
= V8 _ \'e _
..
e
R,
-
R1
r =
EXE~IPLO
~,
R
Vn =
portanto
•
I
y
231
Análise CA do translstor TBJ
i
6.ll l.O
5óW
10 µF
= ·x Q).
(
d) •.f (r., = co Q).
e) o~ parâmetros do<i itens (b) atê (d) ~e r,. = 50 kn.. e
compare os resultados.
Solução.
a) CC: Testando PRE> 1OR_,
(90)( 1,.5 kO) > 10(8..] Ul)
135 kn > 82 kn (satü_feita)
Utilizando a abordagem aproxunada. obtemos:
10
-
' o--J
~
F
1
1
7.
" • 91.1
I
I
"'•
~s:i..a
151.0
232
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
5.7 CONFIGU~ÇÃO EC COM
POLARIZAÇAO DO EMISSOR
A aplicação da Lei das Tensões de Kirchboff ao
circuito do lado da entrada da Figura 5.30 resulta em
1; = !JJrr + /fi.F.
f ~ - IJJrr -1 (jJ + 1)1,,Rf
Oi. circuitos examinados nesta seção incluem um
ou
resistor no embsor que pode ou não scr cuno-circul'lado no
domínio e,\.. Pnmeiro examinaremos a situação naquaJ oresistoré incluido(sem d~'Vio da corrente de emissor) e depois
e a impedância de entradJ \Oltada para dentro do circuito.
il direita de R,. é:
modificaremos as equa.ções resultante.. para a configuração
sem o l'e"iStor (com o de.~vio da corrente para o temi).
Sem desvio
A mais importante das configurações ,e_m desvio
aparece na Figura 529. O modelo r. equivalente é utilir.Jdo
na figura 5.30. mas observe a ausência da resi<;tê~ia r, .
O efeito der toma a análise muito mais complicada e.
considerando que na maioria da<> siruações seus efeitos
podem ser ignorados. ele não será inclufdo neste momento,
1nas será discutido posterionnente nesta seção.
O rc!>ultado. como m<>"tra a FigurJ 5.3 l, n:vela que
a impedância de entrac:b de um transístor com um resistur
Rl sem desvio é detcnninada por:
(5. 17)
Visto quep nonnalmente é muito maior do que 1. a
equação aproximada é
e
(5. 1 )
Visto que Rc fn.-qucnlc1ncn1c é muj10 maior do que
r,., a Equação 5. 18 pode ainda ser reduzida para:
(5. 19)
Z1
Retomando à Figura 530. tc1nos:
(5.10)
Figura 5.29 Configuração EC com polariz.açio docmissoT.
I
..
b
+
=tt'~
1
~
fJr,
z,
..
'
C'
o
..
o
'
+
p i.
• I
z
7.,
R11
t'
t
1,
'
=(,B+ l ll.1o
R1.
Figura S.30
-
Sub:.utwção do cu't,'Uito r, ~uivalenli? no cl!Cuito CA equivalente eh Figura 5.1<).
Captrulo5
233
de cada equação está além das necessidades deste li,ro,
e assim ela é deix.ada como um exereicio para o leitor.
Cada equação pode ser obtida por meio de wna Oliclad~u
aplicação ilib let:. bas1cas de ru1álise de circuito. como as
Leis das T~'S e das Correntes de Karchhoff. coo\ ersões
de fonte. teorema de Thévenin etc. Quando incluídos os
efeitos de r . as equações fica1n "complicadas... e por
hso não f01am dedu.adas: entretanto, para que o leitor as
conh~ça ~cio apa"'l.~ntadas a seguir.
1
1
1
'
.7.
-Figura S .., 1
AnállseCAdotranslstorTBJ
Definição da impcdincia de mtr.1da de um
z,
.4
lransistor com uma rcsistênci3 de emissor dcsinibiJa
=
r
<P +
/Jr, +
R
1) ......
,_ 1 . (
Reir,,
l
e + RF>1 r., ~ Ri
(525)
z.
Com i;ajustado para zero./.= O. e PI pode ser substituído por um circuito aberto equi\"aJente. O resultado é
[i;.= Rc ]
Uma ,ez que a razão RJ r.. é sempre muito menor
do que <P 1).
(52 1)
Z, ~
A,
11, =
e
({3
_,..._·_l_)R
_F__
' · 1 + (Rc R1::>/r,.
-L.. _ _
+
V·r
z,,
v,, - -1.,Rc -
-{Jl,,Rc
= -p(~)Rc
v<J
com
/3r
fJRc
A,. = -V; = --Z,-
(5.22)
que ~ COJ11p:!J3 diretamente com a Equação 5. 1 / .
Em ouuas palavras, se "• > 1O(R« + R1:). todas as
equaçàQ dedwidas anteriormente serão \-álida.c;. \ 1i.-.10 que
P+ 1 :: p. a seguinte equação é excelente para a maioria
das apliC41ções:
(5.26)
Vo
Rc
A\f =
. V1
r~ • Rc
(523)
z.
Z = Rcll
{5.24)
(5.27)
Entretanto. r. >> r,. e
Observe n1als uma vez a ausência de p 03 equação de
A.. o que demonsU'8 independdicia com a \·ariação de p.
Relação de fase O sinal neg:ru, o cb Equação 5.22 mais
uma \'e.Z revela um deslocameruo de fase de 180" entre ~: e J~.
Efeito de r. As equações que aparecem a seguir re'elam claramente a comple.\idade adicional resultante da
mclusão de r na anáJise. ObSCT\ e em cada caso. porém.
que. quando certas condições são atendüb.. as equações
retomam à fonna dcduLida anteriormente. A dedução
que pode stt escnta como
z.. == Rc li r,,
1 1
J
1
rt:
Rt
-+(3
234
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
Nonnalmente. l per; R1 sàome~doque l.com
wna soma nonnalmente menor do que 1 O reqiJudo eum
fator multiplicativo paro r.. maior do que 1. Para P= 100.
r, • 10 fie Rc-=- l J..Q
1
l
rr
1
--13 Rc
e
0.02 =
- 1000 n
Z
1
50
Z. ::: Rc ]
10 µr
_ ___...,_
( --o\
"º
C2
10 µF
- e,
\ 0 - --1 '. __
que cenamente é apena:. R<. Logo.
~
2.2 l..Q
.f"'O
Rcll51r
0 -
o
1
l
10 11
l
100
~\'
__
,;.- ~
z
fl - 1211. r., • -40 kQ
t
P;irn qu.1lqucr \llkir de r•
(5.18)
como obudo antcrionncntc.
A.
,
\
-
0
/3Rc[ 1 + -rr ]
L1o
''• = '.'· =
r,,
Rc
(529)
Soluç o:
'º
cc·:
a)
r,.
Anuão -<< 1 e
r.,
A
=
r
Vcc - \'u
Ra -(}3 7 l)RE
IR =
z,,
-ill--'
V,,
--::..~-=-
Rc
~-
}0 \' - 0.7 \ '
3
5 89
- 470 k:{l + ( 111 I0.56 J.il - - ' µA
r,,,
\ '·
1
11: -
</3 -
~
f3Rc
- ;...__.;;.
V;
L,,
r .. 2: 10~
(5.30)
b)
T~lnndo 3
e .., -'.rsvio
condição r,, ~ IO(Rr
t
R r). obtemos:
Rcl = 110(5.99 n + 560 0)
67.92 l!l
Z = R)lZ = 470k!lll67,92k n
- 59,341&
L~ :::. /l(r, +
e
e
c)
r.-
S,99 fi
l ogo.
Se R. da Figura 5.29 e cuno-<:ircui1ado por um capacuor c:.•ntre emissor e terra. o modelo r. equnalente
completo pode ser introduzido. rc,uhando no mesmo
circuito equi\alente da Figura 5.22 \s equações 5.5 a
S 10 são. portanto. aplicáveis.
a)
16mV
-1.3.imA
..i_u mA
40 kQ > 10(~ kíl + 0,56 k!l)
40 U2 > 10(2.76 Ul) 27.6 lill (.,a11ifeita)
como obtido runeriormentc.
EXEMPLO 5.3
Para o circuíto da Figura 5 32. cm Cc (~ ~ io).
dctcnnine:
1 18 = < 121 H35.89 µA) -
-
e r,
V.,
,.,,. = -
5.3.
r,,
1+-1:
f3Rc
E.~emplo
-t- -
R
,
Figura S.32
7
R, - 2.2 k!l
d) r, > IORr e "'1tísfeita. Logo.
\1
A = -!!. =:
1
\ ' 1·
/JRc
.li
( 120)< ::! 2 LÜ)
= - 67.92kil- = -J.89
b) 7
e)
Z
d) ~ .
comparo,cl a - 3.93
RclRr.
~do
a Lquaçlio 5-10: A,, :::.
Captrulo 5
~·
._ 1nLo 5. 4
Solução:
a) \ an:ílise CC é a mesma e r. = 5.99 Q.
b) R, é ..curto-circuitado" por C1 JXUª a análise CA Logo,
Z. = R, llL" = R8 ll{Jr, = 470illl(120)(5.99 !2)
- -l70 k!21t71s.sn=111,10 n
A~ cood1ções de
teste de r ,, ~ 1O(Rc-+ Rc) e r ~ 1ORc
são amh:ls sausfeitas. Utlluando as aproMJIWÇÕõ.
a<koquadas. obtemo!>:
Z. - R, - 2.2 kn
d) A =
•
235
b) O cimJjto CA equivalente é fornecido na Figura
5 34 . .1\ configuração resultanle é diferente da figura
5.30 apenas pelo fato de que agora:
Repita a análise do Exemplo 53 com C, no lugar indicado na Figura 5.32.
e)
Análise CA do translstor TBJ
l :/JRf
l42,8 ld1
Z = R 1 11Zi. = 9k.QD142.& k.O
- 8,41 kn
_!!i;_
r~
22kil
s.99 n
e)
Z
=R
"' 2.2
=
k.Q
= - 367 .28 (um aumento significaii' o)
1.1 kll
d)A, = - Rt; =- 0 .68kfi
Rr
EXEf\.IPLO .S •.S
Para o circuito da Figura 5~13 (com C não conectado).
derennine (usando as aproximações adequad'ls):
-3.24
a) r .
b)
z.
e) Z ~
d) Â,..
+
..
-'
+
Solução·
7
a) T~cando PRE > IOR;.
(210)(0.68kn) > 10(10k!1)
142,8 kQ > 100 lú} (SatLefeúa)
\ '1- = Vs - VHl.
r, =
l',.
R1;.
=
= 1.6 V
1,..
Figura S.34
O circuito CA cquivaJc:ntc da Figura 5.33.
= 0.9 V
- 0.7 V
0.9 V
= 1.32-' m.A
0.68 líl
16m\ f
-
-
temos:
Ri
_
IOkO
, _
l's = R1 + Ri Vcc- 90kíl - 10k0(16\!) - l.6V
IE =
l
EXE\ilPLO 5.6
= 19.6-1 !l
1.324 mA
•
26 mV
Répita o Exemplo 5.5 com
e, no lugar mdi~ado oa
Figura 5.33.
Solução:
16 \'
.....---.......- -..,
a) A anàli~ CC é a mci.m11 e r. = 19,64 n.
.
b) z~ = Pr. = <2 IOX t9,64 n):::: 4. 12 1tn
Z,= R6 z.= 9 k.Q l 4,12 kQ
= 2.83 kfi
e) Z = R1 = 2.2 kfi
1(
e.
' o
1
-i"
(' • :?10.r • 50 kQ
)
C1
~
10 ld)
IJ.68 t..Q
Figura 5.33
o
b:emplo 5.5.
~
l ,,
Rc
12 kfl
d) AI. = - -- = - - - r~
19.64 n
= -112J)2 (um aumento signific:irivo)
N'a Figura 5.35, ,·emos outra variação da configuração com pofariiação do etnissor. Para a análise CC. a
resistência do emissor é Rf 1 + R11, enquanto p:ira a análise
C A o resistor R nas equações anteriores é simpl~-meote
R1 1 com R ; des'iado ("curto-circuitndo-) por C
236
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
coletor estar arerrado paro a análise C A. te1nos, na verdade.
u1na configuração cole1or-con1utn. Outras variações da
Figura 5.36 que cofelatn o sinal de saída no emissor com
1., 11; serão apresentadas posteriom1en1e nesta seção.
A configuração de seguidor de emissor é frequentemente usada para fins de casamento de impedâncias. Ela
apresenta uma aba unpedância na entrada e uma baixa
impedância na !13.ida. o que é o oposto do comportamt:nto
da configuração padrJo com polarização fixa. O efcilO ~ul·
lante é qua.'ie o mesmo que o obudo com um trJnsfonnador.
em que uma cruga é ca..'iada com a i:mpcdància da fonte J>àr.l
máxima tr.m..,fcrêncm de potência pelo sistema.
A sub~1itu1çào do circwto r, equivalente no circuito
da Figura 5.36 resulta no circuito da Figura 5.37. O efeito
de 1:. será examinado logo mais nesta seção.
=
---1(
O\
,
..
z"
Z 1 A impedância de entrada ê determinada do mesmo
modo que descn?\·emos na seção anterior:
Uma conligurnc,iio com pot..rinção ~
emi'l!Oí c001 uma p:.1rtc du r~ibtência de p<ilarioçào do
cnuSM>r cJÇ)~iad.l ll() domin10 CA.
C'c;-ura S.35
: Z. =
com
5.8 CONFIGURAÇÃO DE
SEG,UIDOR DE EMISSOR
Quando a saída é tirada do Lenninal emís:.or do uan~&tor. como Dlthlf'll a
1
i:
+ RF.)
1
(:>33)
1 Rc» r,
(5.34)
IJ(r,
~ fJRc
4
e multiplicando-. e, cotão. por (/J • 1)
Isto é,
1, =
I
•
(/J -1-
1)/11 =
para encontrar Ir
v.
(/3 +
1}.....!.
z,,
h
'
l
~
"'"
e
RB
B
e,
e~
(
E
O\
t
Rt
--
z, "
•
Figur, 5 J~
Figura 5.36
:!.
(5.JJ)
J
V,
lb :::::: -
+
7.,
(5 31)
J
Z0 A impedâncUt de ~da é mais bem de:.crita escre,endo-se pri1neiro a equação para a corrente'"'
\'cc
.
,z,.
Figura 5.36. o circu1toccbam.ado de
seguidor de crni.ssor. .A. teru.ão de salda ~prc e um pouco
mt'.'llOr do qlli: o sinal de entrada. devido à queda de L~o
de ba...c para cnn.:.sor, mas a aproximação A ::: 1 costuma
o;cr adequada. D1fcrenlc111cntc da h.:nsào dó colcloT, à tensão do emissor e. tá em fase com o sinal J:. L~to é, tanto J',
quanto 1·atingem seu." valores de pico posiri\'O e neg:irivo
ao mesmo te1npo. O fato de V. ·'seguir.. a amplitude de
com a mesma fase gera n tenninologia seguidorde emissor.
~a Figura 5.36. ven1os a configuração de seguidor
de enussor mais comum. Na verdade, devido oo fino de o
l o " )
z,.
l 7
e
1
f3r, + 1/3 - 1)Rr.
1 Z,, =
ou
Ra
Configuração de seguidor de cr:russor.
•
RL ~
-
t
•
•
1, = l /I+ Ili,,,
'
--
Subsrituição do crrcuito r, equivalente oo
circuiro CA eqw\-:lli.~ da Figura 5.36.
Captrulo 5
Subsrituindo por z~. temos
Análise CA do translstorTBJ
237
Relação de fase Como mostra n Equação 5.38 e por
J:
discussões anteriores ncstn seção. e 1 ~ estio em fase
parJ a configuração de seguidor de emissor.
Efeito de'•
Z,
ou
Z.
mas
= {3r,. +
({J
+ 1lRt
R
l -1
1
{3r,.
f3 -+
E
(5.-IO)
r,,
J
Se a condição r., > IORc for satisfeua.
{5.35)
de modo que
que CS1.á de acordo com os resultados anteriores. com
Se agora construinnos o cucwro dcfirudo pela Equação 535. o resu.ltado será a configuracão d3 Figura 5.38.
Para determinar Z.,. I~ é BJU!.lado para aro e
[ Zi, =
R1:llr ..
j
(5.36)
(5...J I)
z•
(5.4..,)
Como Rc costuma M!f muito maJor do que r.r- a seguinte aproximação é aplicada frequcnlcmcritc:
Urilir.mdo p- 1 == p, obten1os
(5.37)
A, A Figuro 5.38 pode ser utiltz.ad3 para determinarmos
o g-.mbo de tenslio por mc10 da apucaç-~ da regro do di'~OT de l(.'fbào:
e visto que r >> r,,.
(5...J3)
A.
\f,.
RL
A,.=-= - - -
e
(5.38)
R1.;· + r,.
V,
(5.+t)
Uma vez que Rc é geralmeme muito mruor do que
r.- Rc-'- r,:: R1: e
A ,.
,,
v,
=_!!_~1
r
'
IORc for satisfeita e urilinnno:.
p. verificamos
{5.39)
Zi. ::: P(r.. + R,J
\
t'·
'\J
-1-
~
=
f\1as
+
I',
Se a condição r
a apm:itimaçào {J .... 1
R
d.e maneíra que
•l
--
Definição d:t ~ia de saida para a
configuração de seguidor de enussor.
e
A, =
f3Rt·
{3(r, + R11.)
(5...J5)
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
238
c..(c;.,\llPLO 5 7
Para o circuito seguidor de cmic;sor da Figura 5.39,
e) Ao verificannos a condição r., > 1OR, , 1en1os
25 kll > 10(3.3 kll) = 33 kQ
dell?rmine:
a)
que
r~
b) 7,..
e)
não e !>allsfcita. Portanto.
z..." = P'
a.r
Z,..
~
•
d) ' ·-
e) Repira os itens (b) até (d) con1 r,, - 25 k.O e compare
os resultados.
Solução:
'-'e,· - VsE
a) J 8 -
- - - - -R8 ~ Cf3 + 1)Rt
120kfl
'
= 10J1µA
(l01)3.3 J...0.
•
+
lc = C{J · 1)/B
r,. =
b) Z =
26mV
= 12.61
2,.062 1nA
IF
pr,
n
(/J+ l)Rf
= (100)(12,6 1 Q) + (101)(3.3 k.n)
z.
e)
T
;::: t.261 kn -1- 333.3 kn
- 33-t.56 kn =: /JR,
R nz 220 knll334,56 k!l
- 1J 2.12 kn
- 3,3 knll 12,61 Q
= 12.56.fi rr
Z -
Ri lr~
~
d} A = -
'"
\',
=
=
RE
33l0
RE + r~
3.1 kfi ~ l:!,61 0
I:! V
no J..Sl
' o---t---10 11F
I
.-if
1
z
-Agur.1. 5 .39
Exemplo 5.7.
= (100)(12.610)
+
(100 + 1)3.3kfl
33ki1
1
+
25 kfi
com Z, = R. IZ. = 220 kQl295, 7 kO
= 126~15
A,
(/3
=
kfl \-S. 131.72 kQ o biido anterior-
=
12.56 Q como obtido anteriormente
+
1 )RE ' Z h
ll+~:J
( 100
+
1)(3_1 k!l )/ 295,7 k!l
f1 -
3.3 k!l ]
-
1.5k0
= 0,9% a
l
de acordo com o resultado anterior.
= 0.996 a J
R•
10 pf
'"
mente
Z,, = Rilr
= (101)("0.4'> µ.AI = ?,06? m.~
~6mV
llRE
= 1,261 lQ ~ 294.43 k!l
= '>95.7 ldl
12 \ l -07V
-
C/3 +
--R1 +~
De modo geral portanto. apesar de a condição
r,. > 1ORE não ter :.ido satisfei1a. os resultados oblido:.
para Z,. e A ~ão o~ mesmos. sendo Z, ligeiramen1e
rnenor. Os resultados !.ugerem que. para grande pane
das aplicaçõe:.. o~ ~ultados reais podem ser bem
aproximado!> ignorando-!>e o:. efei1os de r,. para essa
configuração.
O circu1Lo da Figura 5.40 e uma variação do cu-cwto
da Figura 5.36, o qual emprega uma seção de entrada com
divisor de ten'iào para ~&lbelcccr as condições de polnri7.nção. As equações 5.31 a 5.34 são diferentes apena.-. pela
substituição de R,, por R' = R11Ri.
O circuito da Figura 5.41 também possui as características de entrada saída de um seguidor de emissor.
porém incluí um resistor no coletor Rc. Nesse caso, R é
novamente su~lituido peln combinação en1 paralelo de
R, e R=. A impedância de entrada Z, e a impedància de
saida Z" não são afetadas por Rc. pois ele não é refletido
para os circui10:. equi\alentes da base ou do emissor. ~a
verdade, o único efeuo de R,. sern na determinação do
ponto Q de operação.
Captrulo5
equivalente para base-comum substituído na figunt 5.-t3.
A impedância de saida do trnnsislor r.. niio é incluída na
configuração base-<0mum. porque seu vaJor nonnatmente
está na faixa de megaohm e ela pode er ignomd3 quando
comparada ao ~istor R1 en1 paralelo.
\'cc
r
z,
..
'
) 1---+--~
o
(5.46)
e.-
e,
..z.,
239
AnállseCAdotranslstorTBJ
t---t(--o l
z.
(5 ..t7)
figurco S "() Configuração de~ de ClllliSOr co1n
um m1unjo d~ polariznção por di\.1!10r de letl:SJo.
A,
com
\'rc
de modo que
Rc
R
\',,
aRc
=
=
"• V;
re
.1
e,
- r,
(5.48)
o-)
\
Cz
A, Supondo que R1• >> r,... temos
º'
(
...
l
..
R
Ri
1 = f
z
1
Configuração ~ ~idor de cmi~or corn
'
!, ' = --()./, = o..!,
e
1,.
Figura S
Rc
::o<-
A, - -
com
I;
= -c.r :a: -1
(5.49)
um n:-.i-.tur Rc no coletor.
Rela~ão
5.9 CONFIGURAÇÃO BASE-COMUM
1\ impedância de entrada relati,·amcnte baixa. a
impedância de saída alta e o ganho de corrente menor
do que 1 cnrncteri1a1n n configuração base-comum. No
enmnto. o ganho de tensão pode ser bem grande. A configuração padrão aparece na Figura 5.-l2 com o modelo r,
/
o
...
+
~
-
1,
..
Ir
..
+
..=... Vtt·
Figura 5 .42
...
8
bnse-comum.
Efeito der.
+
-=-
~(\.
+
Confíguraçiio ~um.
'
-
. z..
Para a configuração base-comum. r
=
1/
li .• fica normalmente na faixa de mcgaohm e é suficien-
temente maioc que a resistência paralela Rc para pcrmítiT
a apro!<unaçào r IRc ""' R, .
+
o
~
Re
1:
,.
e
E
de fase O fato de A. ser um número positivo re\ela que e i; estão em fase para a configuração
'
I
~
6t
1,
=)'
~r
..
•
t
(l
1,
+
'
..
-
t"igJr"l 5 .:'::
Suhsn:hliçàil do circuito r equh':!lem~ no
circwto C~\ eqw' alente da figura 5.44.
L
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
240
c..( c;.,VIPLO 5.8
Para o cin:uito da Figura 5.44. determine:
a)r,..
b> Z,.
e) Z .
d)A .
e)A .
Solução:
a)/c =
'°'t:E - VaE
2 V - 0.7V
Rt
1 k{}
1.3 V
l k!l
16mV _ 16 111
r =
IE
bJ Z, = Rtfr
1 _1
v
r· =
e
•
_
--
mA
l ' Rc
r,
s ~!l
20 n
que pode, enlâo. ser reammjado como segue
1·(1 &:) = 250
o
+
'
•
7.
.
!' =
IW
-
+
~ !\.'
Figura 5.44
-p1,,<Re
Rc
-1· r )
,.
R,.·
+
10 t•F
-
Rc
RF
e. finalmente.
1, :1,
}
+ r,.)
- f;J.lh(Rl
RF
e) •..f, = -0,98 :: - 1
10 uF
fJ/bRc
RF
-7
=
(1 • + p11.)Rc
I =--------Rf
n
= 19,6lfi : r,
e) Z = R,. = S ldl
::: Rc
Rr
(/' - fJl1o}Rc - J,JJr,.
l kílll20 Q
=
V,
-
i; = !JJr
corn
de modo que
= i-0
V0
I ~ = -lfic = -
I.3mA
= -- -
,
e redesenhando o circuito. obtemos a configuração da
Figura 5.46. Os efei1os da resistência de saida de um
transistor serão discu1ido mais adiante.
{
<ts09K Rc
r,. • 1 ~1Q
o
+
5W
'4
-=- S\
L
'
Rr
R
+
f
-o-l
E~emplo 5.8.
....
z
E:
REALIMENTAÇAO DO COLETOR
-
l,
Figura
5 .4~
Configuração com realin1entação do coletor
para a ~ oom o propósito de aumentar a estabilidade do
sistema. como foi discutido na Seção 4.6. 'ºentanto. o
simple. ato de conectar um res1slor da base para o coletor.
,-
em \e.l de conc:ctn-lo entre a base e a fonte CC. tem um
impacto sign1ficau.. o no nível de di1iculdadc mcontr.lda
quando l>C anali!>à o circuito.
Algumas das etapas a serem seguida.> !loào ~uhado
da cxpcnência de trabalho co1n tais configuraç~ Não é
cspemdo que um estudante iniciante escolha a .;l!qUCncia
de etapai; descrita a seguir sem cometer alguns etios em
uma etapa ou outra. Substituindo o ciTCDito equivalente
B
e
5. lo CONFIGURAÇ~O corv1
O circuito com realimentação do coletor da Figura
5.-15 emprega um caminho de reali1neruaçâo do coletor
e
º'
C"1
\'
-
B
-R~
~ / •r
..
z
/ir.
--
+ e
~ /r
•l
--
+
tJ r,,
Rt
-
"l
'
-
FigL r:;s 5 .46 Sub:.1Illli\"ào do circuito r, equivalente no
circuito CAcqun'Ukmc da Fi!!UJU 5.45.
Capttulo 5
Análise CA do translstorTBJ
Então:
V,
Agora Z, - - :
1,
+ r,.>
131,,- - (Rc
1, = lb - / ' - 1,. -
e
,
Rc -
A
RF
b
.a..;
\',
= -
fjr,. J{,
\.'i
P
/·a,._
b#J •
r,.))
/, 1b( 1 + {3 (Rc -
+ R ,.
Rc·
r,.
Para Rc >> r,,
Rr )Rc
Rc + RF r,.
(Rc - re)
1 -r(J---
+ RF
Rc
<Rc + r,.))Rc
{Jr.,
== - - - -- - -
<Rc + r,.)
= ---------
= - ( 1-
Substituir V, por L, na equação anterior resulta em;
'l.
0
•
)Rc
Rc + Rr
-jJJ(,( 1 -
= -V
a(Rc
+ r,.>)
Rc + Rr
+
1 = I ( 1
ou
241
Rc+RF
ou
\ 'isto que Rc >> rr
{3r
zj = ___/3_'Rc__
l
ou
Z1
Rc - Rr
r,.
=
(5.50)
-,- - Rc
--
f3
(5.52)
e
-j-
+
Para R, >> Rc.
.;;;__
Rc -
Rr
(5.53)
z.
Se fixamlos J~ em zero. confonne necessário para
defmir Z..•o circuito terão aspecto da Figura 5 47. O efeito
de IV. é ren1ovido. RFaparece em paralelo com Rc e
(5.5 1}
Relação de fase O J>-Ínal negaúvo da Equação 5.52
revela wn deslocnmc:nlo de fase de 180° entre 1 e 1,..
Efeito de'•
Z1 Uma anãlise complem. sem aproximações, resulra em;
z. =
V11 = - 1,,Rc = -(/ ' ...... /J/6 )Rc
(Rc
=- - ( - (31,.
Rc
Vº
QU
=
-p1b( 1 -
+ r,.)
· Rr
(Rc
+
'
)
f31b Rc
7.
Figura S
-
Definição dez. para a cooliguraçiu com
realimesu:içi\o do coletor.
,.7
-
l
+
1
RF
+
(5.54)
Rcllr
0
f3r~Rr
Rc ' r,
+
R;r
Aplicmdo a condição 1·u > 1OR(, obt:emos
Rc ..... R,-)
l-
R,.·
/3r,.
+ r,.)\Rc
Rcllro
--
1+
l
1"
/3
Rrl ~
- + ....:...j r
Rc Rc]
+-+
Rc
1\plicando Rc>> r, e (i•
f3
242
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
Er - ' LC' e 9
Para o c1rcu1Lo da Figun 5..iR. dctcnn1nc:
R1- + Rc]
r, [ Rí
-R, + /JRc
a) r.
b) 7.,.
fJRf
e) 7..,.
d) 1
e) Repita o.. ícens (b) a (d) com r., = 20 Ul e comp;i.re
os resulmdos.
Soluç ":
\ 'cc - \'BE
9 V - 0.7 V
a)/ - - -----8 - · Rr ~ f3Rc
180 l {} ~ (200)2,7 kfi
-: 11.53 p..~
•
11. -= (/j
(5.55)
b)
z, =
(5.56)
26mV = ll.2l
=
lc
como oblidó :mcerionnence.
lnclwrr emparalelocomR<n.afigura5 ..i.,~taem
1>111 = (201)( l 1.53 µ.A) =- 1,31 mA
= 26m\'
rr
z.
+
232 mA
n
11.21 fl
--· -- - -----1 .
Rc
l
2.7 l{l
-f3 -. -- + 182,7 kfi
Rc - Rr
200
1121 n
,_
= -
- --
0.00.'i -- 0.0148
= .!_1.11n= 566J 6 n
0.0198
(5-57)
como obtido anteriormente. Para a condição u."ual Rr>>
R, .
=_
d
) A,.
!!.ç_ = r,
2.7 l{}
- 240,86
1121 O
(558)
R1
Ar = - ( Rrllr,, .
(559)
9 \'
Para r. ~ l OR,.
(5.60)
1
10 111·
1
- ~ 1
1 o---11t - - - < > - --:-1
1
IOuf
e para R, >> RC'
Rc
r,.
co1no ob1ido an1erionnen1e.
(5.61)
o\
Figura 5.48
fJ •
2()0, f 11 a
..z.
X
Q
Captrulo 5
Análise CA do translstor TBJ
243
e) Z · A condição 1:, > 1ORc oão é satisfeita. Logo,
1
z.= - ,- -,
-+
fJr~
RF
Rcllr,,
+---RF·
+
Rc]r0
+
fjr~F
r: =
Rc
Rfl"~
1
+
1
(200)(11.21)
238k0
180L.Õ
+ l80kíl
. 1.1 L.fi 120 J..{l
1
1 Okfl
2.7 kfi l 10 lfi
+ --
(200)(1121 0)(180 k fi )
= 617,7 .{},
+ 0,006 Y
VS. 566,J6
.
(J80lfi)(l l.11 f} )
1 - 0.013
--------------------~
0,45 X 10- 3
+
2.7 kfi )20 kfl
10-:i -t- 5.91 X 10-<> -r- 1,18 X 10- 3
l ,M X 10--1
fl acima
z.
Z, r,.llR,.UR" 20knl2.7Ull180 kfl
= 2.)5 kfi VS. 2,66 kQ õlCÍm.l
R, )Rc r
A,.= - (
Reli r,, + R1
r
--
r~
·
rso kn
L2.38 k!l
T
,1_~s
1cn
J80k{l _, 11.21
- [0,987] 212,3
- 209,.54
=
=
Pnrn a c-0nfiguraçào da Figura 5.49. a.... equações 5.61
a 5.63 di!tenninam as variáveis de imere<>~. As demonsuações foram transformadas em um e'l;ercicio que pode
ser encontrado no final do capindo.
z.
!
Z., = Rc RF 1
(5.63)
f(c
A, - - Rt:
(5.6-l)
A,
Ver
Q
R1
-
-
5.11 CONFIGURA~O COM
REALIMENTAÇAO CC DO COLETOR
(
o
O circui10 da Figura 5.50 tem um resistor de realimentação CC para aumentar a estabilidade. No entanto. o
capacitor C. des' iará parte da resistência de rcaJimentação
e,
'
l o
~~
)
e,
•z
para ~ ~~ de enlrada e saída do circwto no domínio
l
figura
5 .4~·
Conliguraçilo CO!n l'C111m.:nuçio no eole1or
R11
R1 ,
,
--'""'fV-----~IV\
- ,.-+-~1------<i '
o.lm urn ~1~1or R~ no en'lí~..or.
e,-
z,
Z,
=
7
(5.62)
Agura 5 .SC
Configuração com realmlefl13çio CC do rolet.oc
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
244
CA A
po~
de R1 desviado paro o lado da entrada ou
da saída será determinada pelos valores desejados das
resistências CA de encrada e saída.
Na frequência ou nas frequências de operação. o
. se comportara' con10 um curto-<:tteuno
.
.
capacuor
para
o terra, por C8usa de seu baixo valor de impedância se
comparado aos outros elementos do cucwto_ O cucuito
CAcquivalcntc para pequenos sinaii. teni. eolào. o aspecto
do cirruito da Figura 5.51.
Relação de fase O
ncgntivo na Equação 5.68
revela um deslocamento de fase de 180° entre as tensões
de entrada e saída.
EXEMPLO 510
Para o c1rcu1to da Figuro 5.51. de termine:
a) r,.
b) z,.
e) Z0 •
d) A,..
Z1
e)
(5.65)
[ Z; = Rr., íl/3rr 1
SÍ1131
1:
se 1' = :! mV.
Solução:
a) CC:
z.
[i,, = Rc R1, llr.,
\'cc - \ 'BE
JB= - - - -
(5.66)
1
R1 +
/3Rc
12 \ - 0.7 V
------------~
Cl20k!l +68L.0)-{l -l0)3 L.0
Parar.> 1ORc.
113 ~·
·O = 18.6 J.LA
608 k • •
(5.67)
IE - (/3 + 1)/a - ( 14 1)(18,6 µ.A)
= 2/,2 mA
I~ =-{llJl'
e
1,, =
r..
V·1
16m\
'6mV
= = = 9~2
IF.
llilmA
n
{3r,
12 V
V =
e
o
\1
-13-'R '
f3r..
l l.Q
120 W
~f------<> \
10 ~1F
(5.68)
de modo que
=
.
r
IOR,.
..
!>Ili µF
--
o- )
fJ • 140.r.,•JOW
1-0 µF
-
(5.69)
Figura 5.52
Exemplo 5.10
1
+
'
--
---
---
'
--
y
-
-
J
---
R'
S~tiluiçào do circuilo r cqui~-alc:ntc no circuito CA cquivalcn1c da Figura 5 SO
...__
7
2,
Figura 5.51
1'
,---JllAA.- - --'VV\r--+-''
1
Parar.~
,,.._ l.C
Captrulo5
bl Pr. =<140)(9,92 O) = l.39 lál
O circuito CA equi,·alen1e aparece na Figura 5.53 .
RF1np,~ - 120 lillD t .39 lúl
:::: 1,37 kfi
e) Ao testar a condição r;. > JORc. obtemos
5.12 EFEITO DE Ri E R5
z.
30 k!l ~ 10(3 k!l) - 30 k!l
que é satisfeita pelo sina) de igualdade n~ condiç.io.
Logo.
Z
=RctlR,
2
= 3 k.01168 kfl
- 2,87 k!l
d)
Todo!. os p:ir.imctros dct~rminado:. nas seções nntcnorcs foram para umamplificadorsc1n carga e coma tcnsàock
entrada conecillda diretmnentc a um terminal do tr:msistor.
~esta c;eçào. sel'ào investigados o efctto da aplicação de uma
carga ao tmninal de saída e o efeito do uso de ama fonte
com uma resistência interna. O circui1o da Figura 5_'\.t{a) é
caracterisrico daqueles examinados na seção anterior. Uma
vez que não h:J\ia uma carga resistiva ligada ao terminal de
saída. o ganho é comumente cha1nndo de ganho de teusào
sem carga (tW-/ood) e recebe a seguinte noraçào:
r0 > IORc: portanto.
A " -===-
RF~) Rc
..
r,.
- -
{5.70)
68 kO 3 kO
---9.92 {l
l\a Figura 5.5.i(b). uma t:arga foi adicionacl1 sob
a fonna de um n:si~1or RL. o que altera o ganho lotai do
si1>tema E<;sc g3Jlho com carga nonnalmente recebe a
seguinte noraçào:
2$7 kfl
a -----
9,92 fl
:::: -289, 3
V,,
e) 1A, 1 = 289.3 = V,
~'
+
120k'Q ~
•
0579 V
~
f{r
... l
\'
'"
IJ<J.5 IJl
r
1.m1.
Joll ldJ
1
1
+
t '·
111,.
...
7.
(5.71)
V:·1
i)'
•
I•
= -v"
A
= 289.3V,· = 289.3(2 m\' ) =
o
245
AnállseCAdotranslstorTBJ
68W
lkQ
1
...-
...
z..
1
-
-
Subi.tituiçio do ~imiito r, cqui"1llcnlc: no circuito CA cquh"Akotc: da Figura 5.52
Rgu ra 5.53
lrr
"·
11,
•
•
(
o
kc
11•
(
+
f
...
,.
\
A r~, - 1~1
Figura 5.5
J
j
•
• li
...o
w
•
lt
'
'
~
...
•
1
1
o
+
~
l/L
'\,
-'i
..
....
A
.,
\
-
'
t1'1
...
-'l
'-
1
.. ... •
\
A
'•
1
'•
~-
1CI
Configurações de amplificador: (a) sem carga; (b} coni ~ fc) com carga e co1n un1a resistência de fomt?.
-
246
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
\Ja Figura 5 . 5~(c). 1anlo uma carga quanto uma
resistência de fonte foram iatroduzidas. o que pro,ocar.i
um efeilo adicionaJ sobre o ganho do sistema. O ganho
resultante cosrumn receber a seglllDle noração:
En1 ourras paJa·vras. quanto mais próxima a resistência de fonte esti\·er de uma aproxi1nação de curto-circuico. maior será o ganho. porque o efeito de R será
essencialmente eliminado.
Para qualquer cin:uúo. comn ,,_.. 111n>trado.~ na Fi-
Á v,
V"
= -V
(5. 72)
s
gura 554. qu~ t~n1 capac1torcs dr acoplamento, afo11tc
e
e1
rt'si.\tência de eul'f[a não '!felam os \'o/ore!. dé po-
luri-=<tc.•iio CC.
A análise a seguir demonstra que:
O ganho do!
ten.~ào
có111 carga de um amplijirodor
e.St'111pn' menor''º que o ganho de tensão
an carga.
Em oucr.i:. pala\ ras. a adição de uma restStên..~a <le
carga R, a configuração da Figura 5~(a) ~mpre teci o
efélto de red1ILÍT o ganho abaixo do valor St'D1 carga.
Alt.'md~:
O ganh'> ohticln co111 a odiçà" de uma re~i.litt!11t:ia
dcfi1n1r. \E"M J<'tnpre menor do q11e aqttt?le ohrido sob
t-ONÍi~ com ou sem carga derido à queda de iensàf1
11!..rultante atrm·~ da resistencio da fome.
~o total. ponanto. o maior ganho
eobudo sob cond1-
carga.. e o menor ganho. com a IDClu!;.1-0 de uma
impcdãnc1a de fonte e dl! carga. b.to e:
~~
Pura a n1t>;>ma co11figuraçün••4, ,1 > A,.L > .l .f"
É int~Lc também vcrifiC'.J.r que:
projeto e:.peclfico. quu1110 1nuiur o •'Ulor
de R,. nwior o 'alor do ganho C-1.
Puru uni
Em oucras palavras. quanto maior a rest.Stência de
cafl?a. m:li;; pró~ ela será da apro>.imação de um circuito abeno. o que resultaria no 1naior ganho sem carga.
Além tlli!>O:
p,7ra 11m lTnrplijicodf1r C'!i/>ec!fico. quunro mt•nor a
Todas as concl~ citadas são muito importantes
no processo de projeto de um amplificador. Quando adquirin1os un1 amplificador pronto. o ganho informado e todos
os outros parâmetros consideram a .çi111açào se111 cargo. O
&,>anho resultante da aplicação de uma carga ou resistência
de fonte pode e~ercer um efeito drâstico sobre todos os
parâ1netros do amplificador. como será demonstrado nos
exen1plos a seguir.
De modo geral bá duas abordagens que podemo~
adotar na anáhse de etrcuitos com um.a carga aplicada e ou
resistência de fonte. Uma delas é sitnplesmence iJberir o
c1rcwto equivalente.. tal como demonsirado na Seção 5.11.
e utilizar métod~ de anâh'>c: para dc:Lcrminar as vaná\OS
de interesse. A !>~unda é definir um modelo equi' aJcnté
de duas porta!> e w.ar o~ p:mimctro!> dcrcnninado!> para a
si Luação sem carga. A pmnciraabordagt."111 será apliradana
análise a seguir, a segunda será aprcscntuda na Seção 5.14.
Para o amplificadortransistorizado com polarização
fixa da Figura S.54(c). a <rubstituição do transístor pelo
circuito r.. equivalente e a remoção dos parâmetros CC
resultam na configurnçiio da Figura 5.55.
É particularmente interessante observar que a Figura
S.55 ten1 exalalllen1e o mesmo aspecto da Figur.i S.22.
exceto pelo faro de que agora existe uma resislência de
carga em paralelo com R, e uma resistência de fonte foi
introduz.ida em ~érie com uma fonte J-'.;.
A combinação paralel3 de
resistência in11.ma de 11111nff1nfe de .'final. n1ainr o ganlif1
global d" risli!ma.
e
R,
l)'
+
'
j_
";"
R
---
/Ir,
-...
+
1
~
'""
-...
1
'
-...
~Rc
---
RL
--
RL=r,. R c·' RL • Rc;IRL
Figura 5.55
Circui10 CA equivnlet1te pa13 o cin:uito dJ Figura S.54(c}.
',.
--9
Capttulo5
AnállseCAdotranslstorTBJ
247
a) A,t•
b) •.f .
com
e) Z,.
d)Z..
resultn em
Soluçao:
al Equação 5.73:
(5.73)
de modo que
A
•
A única diferença na equação de ganho que usa J~
como 1ensiio de enlrada é o falo do R da Equnção 5.1 O
= RB
/Jr~ ]
==--
ter stdo substtruido pela combinação paralela de Rc e
RL. bso fai sentido porque a tensão de :.a.ida da Figura
5.55 agora é tornada sobre a combmação pnraJela dos
dois res1store:>.
A lDlpeililncia de entrada~
1 Z,
Rc RL
=-
3kfl 114.7 kfi
10.11
1.831 kO
10.11 n
n
- 170,98
que é significativamente menor do que o ganho Sc!m
ca~ de -~.11 .
b) Equaciio 5.76:
z.
<
''•
' -
'
Z1
+R
~
A'
'
(5. 74)
Com Z. = 1.07 kO. do Exemp lo 5.1, temo:.
como an1c:nonncnte, e a impedância de ~da é
1 Z,, =
Reir.,
1
l ,ITT k O
..
.
A •• = 1.07 lO ~ 0.3 kO. (-J 7 98 = - 133.54
º· )
(5. 75)
que no'11me11te é significativamente meoor do que
.-t 'l. ou .4 i..
e) Z - 1,07 kQ tal como obtido p.va a situação sem crup.
d)
R 3 ldl 1al corno obtido para a simação sem
carga.
como antenonnente também.
Se o ganho g lobal da fon1e de sinal r· para a saída
de tensão J' for desejado, bll"tll aplicar a regra de divisor
de lensão, conto segue:
z..
O exemplo demonscra claraniente que~ > •.f..r. >A.,.
Z,\ ',
V· = - - '
Z - R.
V,
-
e
v,
.,,....
Parn a configuração con1 divisor de tensão cb F1gura
5.56. com carga aplicada e resistor de fonte em série. o circuito CA equi,alen1e é como o que mostra a Figura 5.57.
z-Z; - R,
Primeiro. obsen'e ns fortes semelhanças com a figura 5.55. ~do a unica diferença a conexão paralela de
R, e R~ em \ez de apenns R8 • Tudo o 1nai.:. é exatamen.te
ou
de modo que
Z,
(5. 76)
I ,.,..
1
\ rtSto que o fator l /(Z;- R) de\ e sa sempre menor
do que um. a Equn~ão 5. 76 claramcmc sustenta o fato de
qui: o ganho de sin al rl,.~ é SL-mpre menor do que o ganho
com carga .4 , .
R
e
+
EXEt IPLO 5 11
Utilizando os valore de parâmetro para a conJigurnçiío de polanzação fixa do E.~empJo 5.1 com uma
auga aplicad~t de 4,7 kfi e uma resi:.Lêncta de: fonte de
0.3 k.!2. dctcnni nc os itcni. a seguir e comp:rrc os resultados com os valores sem carga:
~
'\,
•
z...
-
t~...io com
R e R~
e
H
-
R '•
R
r·
de
~ R,
le
R, -'
e
-
-
+
ll,
'
-
248
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
I
...
..
"
+
z,
=J+J~
R,•
R
1,.
tJ/,
/Ir
\,,
1..
--
1
R
Figura 5 .57
L_
R,
...
"
,1
V
~ Rc
r
..
1
+
Subsútuiçào do circuito r, cqui,'1llmlc oo circuito CA cquivnlcntc da Figuro ~.56.
igual. Temos a.s seguintes equaçõe para os panimetros
importantes da configuração:
1\
'L
Vo
= VI
1 Z.
Rc RL
=---r~
1 Zi = R.IJR:?
1 Z0 =
: Z, = Rs11Zb
(5.77)
fJr~ 1
Rc~r0
~ IJ<REllRv
!Z ::
r,
(5.81)
1
1
(5.8'l)
(5.83)
1
(5.78)
(5.79)
1
Para a configur~çàl> de seguidor dé emissor da Figura
5.58. o cin:uilo CA equivalente para f>\."<fUCOOS SÍilaQ seria
como o que mostra a Figura 5.59. A única diferença entre
essa figuro e a configuração sem carga da Figura 5J7 é a
combinação em p3Ialelo de R1 e R1 e a <ldiçào do resistor
de fonte R . o\s equações para n~ vaIT.ivei<; de intere<;se
podem. ponanto. ser de te rminadas n1edi;in1e a simples
substituição de R1 por Rr llR1 sempre que R, aparecer. Se
R, não aparecer em uma equação. o resistor de carga R,
C>C
R.
(
8
+
~
'
-
J..
-
não afetará o parâmetro. Isto é,
(5.80)
Fi J u · a 5 .58
R, e R1 •
+
z
f1r.
+
' 'V
-
T
Figura 5.59
R, ~
1( 4:"l
l
º'
~ R,
-- --
Configuniçio de seguidor de cmissoT com
b
R,
('~
Substituição do circuito r,, cquiv11IC'lllc no circuito eA cquivalC'DIC da figura 5.58.
Captrulo5
O efeito de unia resislência de carga e u:ma in1pedãncia de fonte nas configurações TBJ resmrues não serâ
examinado em detalhes aqui. No entanto. a Tabela 5. l na
Seção 5.14 exanlina os result.ado:> para cada configuração.
AnállseCAdotranslstorTBJ
A substituição rui Equação 5.8-l. então. ~~ha em
A
1,,
---
Vo
-RL
,, - 1, -
V;
V<> Z,
=-·\ 1; RL
Z;
5.1 3 DE 1ERMINAÇAO DO
GANHO DE CORRENTE
Podemos notar. nas seções anleriores. que o ganho
de corrente não foi detem1inado para cad:l configuração.
Edições anteriores deste li\TO continham~ detalhes para
determinar esse ganho. mas. na realidade. o ganho de
teusào costuma ser o de nmjor imponância. A ausência das
deduções não deve causar preocupaç5o. porque:
Para cada configuração tk trans1stor. o gm1hr> de
c'Ol7l!nle pode ser determinado ~ente a partir du
ganho dt• 1eruão. do carga dt.jinida e da in1p'-•dtincia
dt.• e111radu.
•.\ dedução da cquaçào que relaciona os bianhos de
ten,<;ão e de corrente pocle ser reali7.ada a pamr da configuração de dUJlS portas da Figura 5.60.
O ganho de corrente é definido por:
lo
A= '
249
e na seguinte equação impona11te:
(5.85)
r:
O valor de R, é definido peln localização de e IP.
Para demonstrar a validade da Equação 5 85, analisaremos a configuração de polarização por di,isor de
tensão da Figura .5.18.
usando os resultados do Exe111plo 5.2. encontramos
I; =
\'
-z -
\t,
-l.J_5_l_fl_ e I ,,
I'.,
V,.
= --RL = --6.8., -._fi-
de modo que
(5.84)
I1
A,,
/l
V,
'...'1
6.8 l..fl
r .35 i..n
A aplicação du lei de Ohrn nos circuito... de entrada
e de '>:lida rcsul tu em;
e
"
L~do
Ri
...
'
'
I
z.
a Equaç!o 5.85:
A11 =-A -Z; = - (-368 76)( 1.35 l..!l ) = 73.l
• RL
• '
6,8 l.. fl
que tetn o mesmo fonnato dn equação resultante anterior
e o mesmo resultado.
A solução para o ganho de c.-orTeOte em termos dos
parâtnetro:. de cin::uito :.erá mais co1nplicada para ai~
c.-oníigurações se a solução desejada for dada em tbnção
dos parâmetros de ctreu1to. No entanto.~ wna sofil\..io
numénca é tudo que :.e deseja, basta ~ubslituir o \'ator~
três paràmi:tto.s a partir de uma análise do ganho de 1cn~1o.
Como IDll segundo exemplo, an:ili.<.cmos a configumç.ão com polarização de base comum da Seção 5.9. Nesse
ca.so. o ganho de tensão é
-o....,.---~
~---------~
Figura 5.60
De1enninaçllo do ganho de corrente por
~io do 1-'llllho de tensão.
~ 73.l
v.
1 =--
O sirn:1J negativo associado à equação de saída existe
simplesmente para indiC41r que a polaridade da tensão de
s;iida é determinada por uma corren1e de saída que tem o
s.t.'"'tltido opo to no indicado. Por definição. as correntes de
entrada e de saída segue1u o sentido de entrada na configuração de duas ponns.
+
1.35 k.0)
= -(-368.76)( 6.8 kfl
A ~ Rc
"t
r,.
250
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Amplificadores tmni.1~torizacto.. com TBJ §.em carga.
TabetD 5.1
Coonguraçllo
z.
Z;
,,,
1
Alta (UIOI
1 Ra'I~, 1
=
-
~~
-, -
i
CR• C:- 10/:Jl',1
.
•"
•
li ~
1
JJR,;,. _
(r.,
(r11 C:- IORc)
i..n 1
Aln t-3A)1
-
-
r,
1
Ale f:5(JJ
Ir.,
1
Jl<R1FR!)
R1 R1 + /Jr,
(r., ..,. 1ORc)
•• R,
•
tr,,
Polaru>;:io de
Ala t 100 1.fl)
1 R11f7,. 1
=
Z = tJ11-. - R1.>
/11ôdia (:?\..O 1
=~
-
lqu:llqu<t
1Ú\el der,.)
• l Ri ::/3R1; 1
. -z.
•: H,
'
IRc
.. :
~-----o\ 'cc
•
[\_V -!o-t.."I'~--~,~
' 7
1
-
~
\
.
~
n-
Alta t IOfl l.Jl 1
Baixa (20 O 1
• Í R1l7+ 1
~
4 :: fll..r,
:!>
i:. "'!.- ~
~
Rc
-
;;;;
/JR11
R,,
+ 7.,,
»
1,1
Allí1 C-501
--
Ili
Rf)
-
k11 +4
1 R.a ,/JR;.. 1
t
~-:
'
1
-
Bai:\a t- 1>
-
=
1Reir,
1
{\
•
-
7 ,
-1
.i
=~
IRc ;;g:. r,)
'lidia 11 kflJ
'- -
-
-Rc
8.aiu 120 il>
--.......
+o-:-•...__-
IORcl
'
,.
&><XU!Alfn '
"V '
~
Alui t5(1J
.B :liu(-5)
-
-1 '· Rc
-+-
JJ
R,
~1icüa f 1 .1.11 >
e!
-
1Rc{R, 1
Cr., ;;: IORc>
Ir., i t
IOR.._·t
»
Rei
IRr
1
+ R, V.R.. + ~
!r, 2 IORc-.
kB 2: 10,lk,1
~kdt1 1 1
PoLu•açio pGI"
cm"UOr c1t RmJo:
'•
-
Rr + fJRc
_w
lEJ
úpitulo S
e a im~cia de cn1rada é
I
romR Jefm1da como sendo Rede, ido à localiz.ação de/.,.
O re-.ul1ado é o ~egwnte:
o
•
+
•
..
r
I
+
~
11,
'
251
An.íllse CA do transistot TBJ
T,.
'
lq,
-o
Z; -: (- R
r,) == - 1
,\,, = -,\ I R,
r;é)( Ré-
n.:,eitm
=
que e-tá de acordo com o -.ol~o da seção porque /,
I l\ote. ncs-.e ca o. que a corrente de S3ida tem o sentido
oposto ao que aparece nos circuJto:. de:.sa seção por causa
do ~inal negativo.
5.14 TABELAS-RESUMO
A-; ülumas seções incluirarn wna c;érle de dmvações
p:'ll'3 configurações TBJ 'em carga e com carga_ O matenal
ê tão C'l:ten..o que nos pareceu apropriado analisar a maioria
da.'conclu~ paraª" \'ánas configwillÇ'Ôe'i nas t:ibelas-requoo para fin, de con1pamçào ripida. Emb<n as equações
que u...-am p;irãmetros híbridos não u:nh:un sido discuridas
em detalhe até agora, elas foram incluídas para completar
as tabela,. O u:.o de parâmeuos híbridos será e~aminado
cm um3 seção po!>teríor deste capítulo. Em cada caso. tl!>
form:b Je onda incluídas demon5ttam a relação de fase
entre u.s teu:.&':. Je entrada e sruda. [las umbem re' elam o
\'3.lor relati\ o das lcnSÕô nth temunac. de entrada e salda.
A labc!la 5. 1 !>C refere a uma ::.11uação sem carga.
CDqLWlll> a Tabela 5.2 inclui o efeito de R e R1 •
5.l 5 SISTEMAS DE DUAS PORTAS
o processo de projeto. muita 'ezes é necessário trabalhar con1 as características de terminal de u1n
di... po itl\ o em ve7 de com os componentes individuai
do , j,1ema Em outrns pala\ra·-. o pro·etbia recebe um
pac(){e do produto com uma lc.ta de dados referentes a
sua:. cnractensucas. 1nas ele não tem •ces:.o à es-irurura
Ínlmla. C~U :>eção relac1onani O!> parãmecm. tmportant~
drtmnin:idos para urna ,t"rje ~ configura..-00 da!> ~Õõ
anteriore!> com os parãmeLros unporunlCS dõ!>e ~stcma
mipacotad1> ("lacrado.. ). O ~ultado ~a compreeru.ào
de como cad.1 par.imctru de~ ... btcma se relaoona com o
amplificador ou corno c1rcu1lo reai-.. O sL'>tcrna da FigurJ
5.61 é d"-nom1nado sistema de du:i) poroc. parqué c~t'>l'-m
doi'i COOJUOIO'> de tC11111 nais IDTI m entrada e omro na saída.
l':cstc ponto. e cspcci:ilmente unponante observar que
º·'
JaJu, t.•1n fur110
cft1dt1\ '>Clll C<llJ:tl.
'
ele um .\i.\lema empacolmlu
~éiCJ os
J,.;o de-. e ficar b~uinte óbvio, porque a carsa não
foi aplicada e t:un~m não fa1 parte do p:scote.
Para o si'\tema de duns por1as dn Figuro 5.6 f. a polaridade das ten~:. e o sentido das correntes são como
definidos Se as correntes rivere1n um sentido diferente ou
ns ten~ IÍ\erem uma polaridade diferente em relação à
Figura 5.61. um ,jnal negati\o de,eni ~aplicado 1\ote
no\amente o uso da no1.1çào 4,,Lparo indicar que o ganho
de telbão fornecido :.cri o 'valor !>em carga.
Para o:. amphfi1:adore!>. O!> parâmetro:. rele\antes
foram obocados dentro dos ltm1te!> do sblcm.3 de d•sa.'
portas. como mo-.tra a f 1gura 5.62. A~ rei.C.têoci.15 dt êlltrada e saída Je um 3.mphficac..lor cmpacoLido co:.tulllJ.m
~~'J' fomC\:uil~ com o ganho sem carga. Ela.. podem ~'J'
1n-.i.:nd.t., c:nlào. como mo,,tr.1 a Figura 5.6:? para n-pre...cntar o paco:c.
Para a situação sem carga, a tensão de saída é
(5.86)
devido ao fato de que I OA. o que re!>uha cm/ ,R = OJ .
A n~i!>1éncw d..: i.a1da é dcfin1Ja por J, = Or '. Sob
Uu'> cond1.;õn.. a qu;.t11tidadc A,.., V, tamlx.'m é igual a 7.Cro
volt e pode ...cr 'u~t1tu1Wi por um ~-qui ... alcnte de curto--crrcurlo. O rc-.u113do é:
(5.87)
,
•
+
+ f ~;=:'.:'.:::.o
•
'\,
-
-
.t lll \ •,
..z.. '·
Figura S.62
ub.,lituiçào dos elementos intemo5 oo
sistema de dUb po"-'> J:i Figuro 5.61 .
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
252
Amphlicadore:. tran~istorir...00,, cem TBJ anclwndl) o efeito de R, e R,.
Tabela 5. 2
Con figuração
"•t
= v.. 1 ~'1
z,
z.
R.J,ar,
Rc:
R.ltv,
Rc r
R1IR:!f/V.
Rc:
/V,
R, r
~cc
T
'
....,
--1 -"·
• Rc
•
•
.
R11
.....
"'i
+
\
4
1,..
/1,
-.
'
lnclumdo r.,:
•• R,
l,
-
ij
-<R1 li RcJ
r,
,
p
'
-
CRtl Rc lr,,l
'r
p
~Cl
T
-(R L JRcl
,••Rc
~
.
-••
"•
- "' -
...
Incluindo r,,:
~
• R2
'•
'•
"
- .,_
r,
V
....
·'
+
••
' ' Rt : t Cr
''
-CRL j Rc 1r,,l
•
1
•
•
'•
•
' •
r
'
R ,Ri
' cc
T
• Ri·
•'
•~ lf
•
-•
'·
A
'· "' -1
••
...
+
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•
-----
+
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•
" .,,
••
Rt •'
~
n
.,
.
"cr-=
...
•, Rc
•
.
~
=
'
-<RLI Rr >
r,
'
lnelmndo r,,:
•
--
~
~ ,.
1
-
R1 , (
t-
R1'>
r
.
••"i --
=rr
T
R1 R: 1,/Jl. r,
Incluindo r,;
: R1
•
'r
p
...
".,,
Hf
/
'
1
=1
....
.,,
R,fR=f~r, + Ri_)
R: = R IR IR:
R'
R, ,1( p
+ r, )
Ri= Rtl Rt
r
- <RLI Rc:lr.,)
r,
1+
RF.llr,
Rc
Rtf r.,
Rc r
R1IR1fP1r, + RE)
Rc
Ri R: ,/Jl.r, + R,)
"" Rc
r,)
1 cr
t
:: 111,
--- ..
-cR1] Rei
•
•• Rc
+
1
'\,,
-1
-
..
-
"'
·~ R.
•
'•~ Rf_
•
•
•
p
'
V '
li
R,
••
~
..
'••R
'.
' 1
•
Rt
lnclu1ndo r":
CR1 ] Rei
Rt
r
(ronrinua)
Captrulo5
Tabela 5.l
Ampllticndore~ rransi~~ com
253
Anállse CA do translstor TBJ
incluindo o efeito de R, e RL (continuação>.
A,, = ,.prv,
Configuniçio
z,
z.
~cc
T
•• /tc• ..
..
•• 1111
--••
;..
•
..
••
+
-'
-
V
'
7.
Rr1:•
•
Rc,
'
-(RL &Rc.t
Rc
Rr,:•• J;c
1
'
T
'
.i ...1
••
Reftf<r,
RF,l
f
Rc
Incluindo r,.:
~·
•
1
"'
1! ~
-
A
-(R1.f Rc>
,.,
RslfJlr, + Rt;)
=Rc
E
l'c·<
-CR1.ERcl
'• R
•e
..
'
·
-
----
R1
•.
1 - --
1\
'.
~ ' lt"
I
T
-{RLERcir.)
...
T
1A,
Rc
i
Incluindo r,.:
•
V
-' "'
+
1,
RF
/Jr,
{Jr,
r,
li
Rf
RcfR,.fr..
IA, j
'<~
•• /tc•
Rr
...
I
• •
'
+
V '\,
-
••
..
V
/
...
1
-
,..
-rR1 ,f ~·>
-•
••
..
.....
-
\
Rr
'r
Incluindo r,.:
•
'.
:a;
'
'
= RrtRr
fJR1dl IA,I
'
'••
••,•,• RL
Rr
-\RtRRc•
Rc
:!!
JJRrll
R,
A.,
•
1
=Rcf
Rr
..
Por fim. a impcdàncra de entrada Z. >unplcsmcntc n,-.
bciona a b."Jlsào aplicada à com:ntc de entrada resultante e:
(5.88)
Paro a situação s.em carga, o ganho de corrcn1e é
indefinido porque a corrente de C.aJ!3 e igual a LerO. Há,
no cntanlo, um ganho de tensão sc:m carga aguai a A Nt •
O i:fcilo da aplicação de uma cmga a um stst(:ma
de du.ru; porta.'\ resultar.\ l1ll configuração da Figura 5.63.
ldealm..'tlte, ncnhu1n dos parâmetros do modelo é afetado
pela alteração de cargas e valores de ~i'ilência de fonte.
fntretlnto, para algumas configurações a transi"1or, a carga aplicada pode afetar a resi tência de entrada. enquanto.
para outras. a rcsistencia de saida pode ser afctad3 pcla resistência de fonte. Em tQ(!os os casos, porém. por definição
simplC$. o ganho sem carga não é afctndo pela aplicação
de uma C8JWL De qualquer fo11na, unm vez que l.,t • R.
e R., e~ejam definido para detenninada configuração.
as equações 3 ~rem deduzidas podem ser empregadas.
A aplicação da regra do divisor de tensão no circuiro
de saída resulla em
e
(5 89)
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
254
I
..
'
-
•'·
+
+
"
Rt
\.
"" 1
-
A 1n111LJància de qric/,1 pode \:t7· qf~ICIÓII pelo 'nlordf' R,.
+
R•
"'
R,
No en1anto:
1
A fração do sinal aplicado que chega aos 1enninai:.
de entrndu do amphficador da Figura 5.64 é determinada
pela regra do dt\ 1~r de teru.Jo. l:.10 é.
'
-
Figura 5 .63 Aplu:a.;ão de um.l COll.'3 no , j,term de •bra~
(!QfU., da Figuru 5 62.
(5.91)
cqu:içiio 5 91 mostr.l claramente que qWlnLo maior
o valor de R. menor a tensão nos tenninais de entrada do
an1pli licador De modo gemi. portanto. como mencionado
anteriormente. para um amplificador especifico. quanto
n1aior a re 1stência i.otema de uma fonte de sinal. menor
o ganho global do sistema.
Para o sistema dt' dU3S portas da Figura 5.64.
J\
Vi:.to que a mzão RLl(R1 R,.) é ~emprc menor do
que l. temos C\ tdência adicional de que o t,ranho de tên.)ào
com carga&! wn amplificador é ..empre menor tio que o
-
valor sem cama.
O g3Dho de corrente é, cntiio. di:l1.."1TDID;\«ik> por
A
'L
'ºI -
- -
~-
A,,
e
..
V0 = A ,N.\ ',
\ , RL
V; /Z;
1
z
\
- V,11 RL
- - A.
L,
e
(5.90)
' R,
, ,_= - R, \',
' Ri + RI
R,
\' -
de modo que
+ R V,
,, - A" R
1
'
tal como obtido ani:eriormente. De mooo geral. ponanto.
o ganho de co11e11te pode ser obudo a p:inir do ganho de
terKào e dos parâmetros de impediincia ~e R,. O pró:'(imo
e\empJo demonstrnrá a u1 il idnde e a \'ai id:sde da:; eqU3ÇÕeS
5.N9 e 5.90.
Agora \Oiro.mos nossa atenção para o lado de entrada
do .,i,tema de duas portas e para o efeito de uma re:.ístência
de fonte interna sobre o ganho de um amplílicndor. Na
figura 5.64. wnn fonte con1 uma resistência interna foi
aplil.'..ub ao ,j~tema básico de duas portas. A:> dt'finições
de L e •.f,,.t :.ão tais que:
o, parâmetro{ Z, e A,,. 1 dt• "'"
{Ílitemo de dua'
ponar não sJo afeta,fnç pt•h1 re11,rênc:io interna da
fonre aplicada.
1
figun! S.64
I
~
:/. •
A -~•• - ' '• - R,
e
'
-
lnclusào dos cfcit~ da ro1)tência de fonte R,.
'
A
+
R, ''1
R,\',
EqU3Ç'lo 5.91 : \'; = ·-....:.....;.__
R, + R1
+ 1
R,
R
(5.92)
O.. efeito de R, e Ri fonun demonstrado:. 1ndiv1dualn1eoce. A pró..xima qu-.-:,tJo e como a pre!>ença de
ambos o-. 13toro no mõlDO circuno afctar'.i o ganho total
Na l 1gura 5.65. uma fonte com n.~1!.tcnc1a interna R, e wna
cargo Rt foram aplicad:i., a um '>.l!.ten1a de duas por13!. pàrJ
o qualº' parãmcb'<hZ,..-t e L fora1n especificados. Por
enquanto, vam<h <;Up<>r que Z e Z não são af~ por
Rt e R. respcctivamenre.
"lo lado de entrada. encontramo"
•
+
R
+
'
..
\'
-
'\,
..,,..,.,•
-
'•
_,
••
I
z
o
+
-
Captrulo5
I
1
..
Ir
+
R
'\,
Figura 5 .65
..
..z.
\'
'
R,
-
'\,
...
.
255
I
+
R1.
A•i4.\~
-
Considcraçào dos d"c:itos de R, e: Ri sobre o ganho de um amplificador.
(5.93)
ou
e. no lado de saída.
V0 =
RL
R1
A
V
+ R '"- '
{5.94)
ou
Pam o ganho total .4,. - J• •J•. a:. i.eguimes operações
matemálll.'êb
R,
+
AnállseCAdotranslstorTBJ
podem ser reahzadas:
(5.95)
e ~ulhtitumdo as cquaçõci. 5.93 e 5.9-i ll."ml>l>:
(5.96)
qualquer p1ocedímenlo de projeto. Não basta assegurar
que R é relati\"amente pequeno se o efeito do valor de RL
for ignorado. Por exemplo, na Equnção 5.96. se o primeiro
fator é 0,9 e o segundo é 0.2, o produto dos dois 1esulci em
um f<itor de redução global igual a (0.9)(0.2)-0.18. que ê
próximo do fator mais baixo. O efeito do excelente valor
0,9 foi completamente dizimado pelo segundo multiplicador significati\-amente menor. Se ambos fossem fatores de
valor 0,9. o resultado liquido seria (0,9)(0.9) 0.81. que
ainda é b;b"Wlte ele\ ado. .\1esmo que o pnmciro fosse 0,9
e o segundo fo:.se O.7. o resultado liqwdo de 0.63 ainda
sena ~iU\.el. De modo geral, portanto. para um ganho
torai rai.oâ\el os efeitos de R, e R 1 devem ser a\ahado!>
1adiv1dualmente e como um produto.
5.12
Detennine .4,1 e A,. para o circu.ito do Exemplo 5.11 e
EXf ~. 1 PLO
compare as ~luções. O Exemplo 5. J mostrou que~
= -2SO. Z = 1.07 k.Q e Z., = 3 kfl. No Exemplo 5. 11.
Ri= 4•.., kO e R = O,J kfl.
Solução:
a) Equação 5.89:
\'isto que I,= V,IR,. como anteriormente.
R,
1A11/ ::: -
n··
''•t = RL - R"A,.,1
(5. 97)
., -
RL
- - 170,98
ou. usando 1,-= 1',l(R, + R,).
R,
T
'
RL
tal como no ElCemplo 5 .11.
b) Equação 5.96:
R1
A,= - A,. - - '
4.7 J.fl
= ·l.7 J..!l + 3 kfl ( 280 .J l >
(5.98)
A1 =
'
No encanto, /1 - /,.de modo que as equações 5.97
e 5.98 geram o mesmo resultado. A Equação 5.96 revela
claramente que canto a resistência de font.e quanto a resii.tênc1a de carga reduzirão o ganho glob3J do sisteina.
O.. doi!> fatores de redução da l:.qU3ÇiiO 5.96 fonnam
um produto que d eve ser cwdadosamenLc avahado cm
R,
RL
A
R, -r R, Rt + Ro ,,,_
1JJ7 kO
4.7 J..0
.,
- IJf'lfi 4 0.3k.fl 4 ,7k!1 t 3k0(- -SO.ll)
0
= 10.781 )10.610)(' 280.J 1)
= - 133...lS
tal como no E.~emplo 5.11.
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
256
c..(c;., ~PLO
5.1 ->
Dado o amplificador empacotado (sem os parâmetros
intemos) da Figura 5.66:
a) Determine o ganho A1L com RL= 1.2 kQ e compare-o
ao valor sem carga.
b) Repita o item (a) com R, = 5.6 kQ e compare as
soluções.
c) Detennine 4 ,, co1n Rr = 1.2 ill.
d) Detennine o ganho de corrente
'º '"
Ai= - = - com R1 - 5.6 kn.
I;
/J
A,L = R
R
A l'r.;L
+ ''
1.2 kfl
1.2 kíl + 2 k(l (-480)
= (0375)(-480)
= - 180
que representa uma queda drãstica em relação ao
vaJor setn carga.
bl Equação 5.89:
A
L
Ri
=
Rl
+ R,, A•)'.t
5.6k0
5.6 i..ll - 2 kfl (-480)
= (0.737)(--tSO>
= -353.76
R;
Rt
=
·
A
'"
R; + R1 RL ;- Ro '"L
4 L.fl
=
j
I
Z;
= -~, R
'
l
-<-353.76>( 5~6}.~n)
= c- 3s3.76>co.11..J>
- 251.6
É importante compreender que. quando utilizamos
as equações de duas pó~ cm algumas configuraeõe:>.
a i1npedância de entrada é sensí...-el à carga aplicada (tal
como o segujdor de~ e a realirnencação de coletor).
e em outras a impalincia de saída é sensível à. r~istência
de fonte aplicada (tal como o seguidor de emissor). Nesses casos, os par:imc~ sem carga para Z, e Z de\ cm
ser calculodos antes da ;;ubstiruição nas equações de
duas portas. Para a m:uona do... sistema:, cmpacot.ado~
como o an1p-ops. e-;.sa sensibilidade dos parâmetro<; de
entrada e saída a carga aplicada ou à resistência de fonte
é minimi7ada para eliminara necessidade de preocupação
co1n aherações nos \alores sem carga ao utilizarmos
equações de rhias
~-
cularmente útd no caso de ~istcmas cm cascata. como
"'"ª
to a impeáã11cia de e111ruda A,1
co1110 cargo para
A,. . Para~· .4 1 daenn1nara a inlcnsidac.lc do sinal e a
i1npedància da fonte na entrada de A,... O ganho total do
sistema I!. então. detenn1nado pelo produ10 dos ganhos
individuais. como <;egue:
1.2 kíl
+ 0.2 k!l . 1.2 kO
A abordage1n de sistema de duas pona-. é partio que aparece nn Figura 5.67, onde A 1, A,.,, A 3 e ~m
por díante são os ganhos de tensão de cada estágio sob
cn11diçii<'s com cargo. l:i.to i:, ,,/, é determinado enquan-
e) Equação 5.96:
= -l kO
)A,, = , - =
/"
5.16 SISTEMAS EM CASCATA
que re\ela claran1en1e que quanro maior o resistor
de carga. melhor o ganho.
A
1,,
=
L
=
d
=
Solução
a) Equação 5 89:
RL
que é bastante pró'timo do ganho com ca~a  •
porque a impctllnciad~ entrada ê considera' clmcntê
maior do que a resistência de fonte. Em outras palavrru.. a resblc!tlclll de fonte é relativamente pequena
quando comparada com a impedância de entrada do
amplificador.
...... 2 kO (
-
(0.952)(0375)(- 480)
·- - 171.36
(5.99)
rr
-
R
0.2 Lil
"'•
-1
--
Figura S.66
..+
'
~
, \,M
~
-480
z. - ~ 1..a
7,.. . :? k!2
Ri ~
•
e o ganho de c-0rreme total é dado por:
(5.100)
o--
Amplificador para o E:iemplo 5.1 3.
Por mais perfeito que seja o projeto, a aplicação de
um estágio ou uma cacga subsequente a un1 sistema de
Captrulo5
,. ,.•
/pi -
+
l
,-
A,.
I
1
-.
z..,
' 7. =7.
figura S.67
I
;~
A,.
r
/
~
•
lz
l
-
...-
7.
1
A
1
,
- --r-L_________;--r-1
A.,
1
3
..--!1
1
7.
l'
"
.....,
1
z,,
e
Para a configuraç-Jo base comum.
RL
V,~ = -R- - ::;..R
- A,,.,\ V1J
·~
L
8.2 k(t
S.2 i..n + s.1 kn (240) v,~
=
1~7 .97 ''11
\',,.
= 147",
e A '': = --=.
V
(}"J
':
b) F.quação 5.99: ,f,r = 11,,A,'2
= (0,68-t)( 147.97)
- 10 1. 20
Equação 5.92:
A
seguidor de en1issor for ren10\ ida.
z,,
"•
- ( 10 kfl )(JOl 20)
- R ,., - 10 kil + 1 kfi
s
= _ __;._A
L
= 92
Solução:
a) Paro. a configuração de segwdor de emissor. o ganho
com carga é (pela Equação 5.9-1):
e) Equação 5.100:
(10k0)
,4;, = - A,,R;_ = -(10 1.20) S.1kfl
Z,
= - 123..Jl
. ...,
R,
-+ ~ --1 kO
'\,
+
,.
-'•
1
Sqw00r di! etOÍ,Nll
Z, • IOW
Z.= UD
A , .._: 1
-
z.-z.
1
Figura 5.68
-
1
Z.,_ .
L,,.
• 1
RL '
1
Z,,
EXEt-.IPLO 5.14
O s1:>tcma de dois estágio~ da Figura 5.6 utiliza tran..-btor cm uma configuração ~dor de cmii.sor antes
de uma conflgurdçàO base-comum para assegurar que
o mi~imo porcentual do sinal aphc:ido apareça nos
tenninais de entrada do amplificador base-comum. Na
figura 5.68. os valores sem carga são fornecidos para
e.ida sistema. com exceção de Z e Z para o seguidor
de emissor, os quais são valore<;, com carga. Parn a
configuração da Figura 5.68. detennine:
n) O g;inho com carga paro cada estágio.
b) O ganho total para o sistema, A e A,
e) O g."lnho de corrente total para o sislerna.
d) O ganho total para o sistetna se a configuração <le
'-
+
i-- - - -
Sistema em casem...
duas ponas afeta o ganho de tensão. Ponanto. não existe
a ~'Jbdidade de uma situação em que ..f.,1• A,~ e assim
por diante. como vemos na Figura 5.67. sejam sunplcsmcnh'. valo~~ para a situaç-.io 5.Cill carga. O:. par.imctros
l>CID carga podem i;cr usado:o. para dcli!rmi.nar os ganhos
com carga de cada estágio. ma.'i a Equação 5.99 requer os
\·atores com carga. A carga no e51.âgio 1 é z;., no estágio
1. Z ,. no estágio 3. z,. etc.
I
257
.---------.
-- --l
1--1
7.
AnállseCAdotranslstorTBJ
t:..xemplo.S.14.
+
z
v,,1=V'l
--
~.."Ofllurn
Z,: 260
s.1 w
A ~ =240
z...
,,.,
+
-
-·- ' '
••
R1. ' : 8.2k0
•
t-
l
-
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
258
b) Calcole o ganho gJobal e a tens.io de snída se unJa caJga
de 4.7 kn é aplicada ao segundo estágio e compare <b
resuliados com aqueles obtidos no iten1 (a).
e) Calcule a impedância de encrada do primeiro e:.1azio
e n imix"'dância de saída do segundo.
Solução:
a) A anátbe de- polaru.ação CC resulta, para cada rran•
•
ststor,
no que \ emo~ a !>Cgulf:
d) EqU<tçào 5.91 :
26 fl
z..
V =
\-' = 0,0.,- V
Z;u + Rs .\
26 U - 1 kO
.o
V- -
'
e
s
,, =
\ '·
_.!.
O.025
s
V
COlll
~ = 147.97
de cama
j
No ponto de polarimçào,
~o total portanto. o ganho é cerca de !5 '~maior
quando a configuração seguidor de emi:.~ e usatla
para repassar o sinal para ~ estágios amplificado~ Obscnc. cal.rCtanlo. que uunoc'JD e unportántc
que a impcd:incia de saída do primeiro c--tágío seja
relativamente próxima à impodãncia de entrada do
segundo estágio. ou o sinal lena sido -perdido"
novamente pela ação do di-.iwr de tensào.
=
r
'
26mV
JE
=
26mV
4mA
n
= 6,5
A carga do i.egundo e:.tág10 é
z.~ =
R,IRilPr.
que resulta no seguinte ganho para o pri1neiro estigio:
Rr <R___
11R
2 f3r,.)
=--...;..._
_
A
AmpliPcadores TBJ com acoplarrento RC
''
Uma conexão comum de cstãgio!> amplific:ulow.. é o
acoplamento RC mo~do nu Figura 5.69 no prôJ1;nno exl!ITI·
pio. o nome deriva do capacitor de acoplamento cl.e do fato
de que a cugn no primeiro estágio é uma combin:ição RC. O
capaciwr de acoplamento isola os dois estágios do ponto de
vislaCC. masntuacomoun1 equivalentedecunO<'in:uitopa.m
a resposti C A. A impedância de entrada do segundo estágio
atU3 con10 uma carga no prin1eiro. o que pennite a mesma
abordagem de análise que a descrita nas dlL'lS úlcimas seções.
=-
rt
c2.2 kfi> (15 kD 4.7 kfilJ C200)(6.5 0))
6.5 n
6652 n
=n = -1023
65
Para o segundo estagio sem carga, o ganho é
22 J..fl
A,.~,u =- r, =íl = -338.46
Rc
65
EXc. •l"ILQ 5 15
a) Calcule o ganho de tensão sem carga e a tensão de
saída dos amplificadores transistorizados com acoplamento RC da Figura 5.69.
o que resulta em um ganho global de
A• ri "'l 1 = ·.f.t.·~' = (- 102.3)(- 338.46)
34.6 )( l O-'
=
+~()V
15~
1.21&
ISW
~.:?
LQ
Cc
(
10 ~LF
\ - ~µ\'o
)
lff 11F
Q,
tJ- :!IXI
IOµF
01
4.7 W
1 Ul
Figura 5.69
Amplificador TBJ com acopl3mcnto RC para o E~cmplo 5. 15.
1 LQ
P- lf•I
o !'
Captrulo 5
Análise CA do translstor TBJ
A tensão de saída é. ponanto.
259
l'cr - 18V
b) O ganho global com carga aplicada de 10 Ul é
A
V" --
"r -
RL
V, - R1..
+ Z,,
A
t--- ---11-(- - -o \
'1NLI
4 ,7 kfl
- - - - - (34.6
- 4.7 k{l + 2.2 l{}
::: 23,6 X loJ
e
X
C • 511F
Q,
•
10' )
queéconsidera,,reJmente meoordoqueoganho sem
carga, porque Rt estã relati\'amente pró~imo de R,.
-
l
1
10 111'
o-o---1J i~------'-1
e : s i.i=
1
V,, = A..rl ,
-(23.6 ~ 10')(25 µV)
= 590 m \ '
1
T'
e) A impcdãncia de entrada do primciro é>'tãgio é
Z -
Ri11Ri11Pr•. = 4,7 k!lll5 kíll<200i.6.5 !l)
= 953.6
Figura 5.71
Cm~uuo ea.<.codt! prático para o Exemplo 5. 16.
n
enquanto a impedância de
~ida
paro o segundo
c:.tágio é
Z.,,• = R, = 2,l kQ
primeiro estágio de modo a assegurar que a capac1tãnc1a
\1illerde enuada (a ser discutida na Seção 9.9) :.eja minima, enquanto o estã.,,,<>io BC seguinte oferece uma excelente
re-;posta de aha frequencia.
Conexão cascode
L<t. vi"LO 5. ~ 6
Aconfigurnçào cascode possui \IJlllldeduas configurações pasmeis. F.n1 cada caso. o coletor do transístor que
est.i ã frente é conectado ao emtssor do transi-aor seguinte.
Um arranjo possível aparece na Figura 5. 70: o segundo,
na Figura 5.71 do exemplo a -.eguir.
Os arTanjos fornecem, uma impedância de entrada
relatiYamente alta com ganho de tens5o baixo para o
(.' alculc o ganho dl! tensão <;~1n carga para a configuração ca'ICC!de da Figura 5.71.
Figura 5.70
Configuração ~
Solução:
A análi5e CC resulta em
J'"' - 4,9 \~ J?'= = 10,8 V. lc, =:ln - 3.S mA
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
260
=I"':· a res1!>lência dinâmica de cada
'i..10 que I
. e
lt'8ns1:.h>r
'
26mV
3,8 mA
e
= 6.8 !l
1\ carga no tntn<;istor Q1 é a impcdãncia de entrada do
tran._i ... tor Q. na ronfiguraçiio RC. como~ por
r, na Figi.;:-a 5.72.
O ~hadoé a substituição de R, n:i equação bá:>ica sem
carga para o ganho da configuração BC. com a imped.inci:t de enlr.l<b de uma configuroçào BC como segue:
Rc
re
r 1•
A.,=-- - - - = - J
r.-
com o ~anho de reru.ão para o ..egundo estágio (ba!>e-<:omum) de
Rc
"'·-J =
r~
-
E
Figura S.73
Combimçào D:ufington.
alua con10 uma unidade única co111 urn ganho de corrente
que é o produto dos ganhos de corrente do!> craosistores
1ndividua1~. Se a cone.xão ê feita a panar de dois U'aOSÍ!>rorcs :.eparodo!> com _:anho!> de corrente Pi e P:· a conexão
Oarlington t"'c.xnett um ganho de corrente de:
l.8kfl
- 6,8 !l = '.'6"í
(5. 101)
O ganho global -;em carga é
A configuração foi introduzida pelo primeira \CZ
pelo Dr. Sidney Darlinglon em 1953. A Figura 5.74 apresento urna breve biografia.
Como era pre\i ivel, no Exen1plo t; 16. o estágio de
EC fornece uma impedânc1n de cntr.ida maior do que
se poderia esperar do es1<ig10 BC Com um ganho de
1~ de cerca de 1 no prirneiro e-.uigio. a capacirância ~tillcr de entr.lda é 1nan1ida ba:.tanre baixa para
U!>tentar uma respo!>ta de alta íh.'quencia adequada.
Um grande gnnho de lensilo de 265 ío1 fomccido pelo
~tãgio BC para dar ao projeto geral um bom ru\el de
impedánl-ia de entrada com nl\ e1\ de ganho descJá\ eis.
Configuraçã o d .. ,.. - 1id1 de emissor
Um nmplifi~ Darling1on uul iz.ndo en1 uma configuração de ~idor de eou,sor aparece na Figura 5 -5.
O impacto primário de U!>od' a conliguração Darlinmoo e
un1a 1n1pc.'tiincia de crurada n1ui10 rnnior do que aquela
obtida con1 um c~wto de lran!>tslor llnico. O ganho de
corrente també:m ê maior.. mas o ganho de tensão para um
Lrans1stor un1co ou uma configurJçào Oarlangton pennant-cc 1igc1r.uni:nte menor do que um.
-
Polarfza~ao
'
-
'
· ~/,;..--o \
,,
-
Q.
CC A !>ttu..ção e1n questão é resol\tda a
partir de Wll3 '~ modtfi'".W da l::quaçiio 4.44 !:.'listem
<lua...., qut'da!> de Lélbão b.be~bsor il '>Crcrn aacluidas. e o
bcu de um unico baru..-i:.tor ~ ..,ub,.1uu1do ixta combinação
Darlinglon da Equação 5. 101.
--~
(5.102)
Agura S.72
txfmiçào do curya de Q
J\ corrente do emi~<iOr de Q ~ igual ã corrente de
ba'e de Q •• de modo que
5.17 CONEXÃO DARLINGTON
Uma cone\cãO muito conhecida de doi!> u-...n:.istores
bipolares de junção que opera como wn U'albi!>tor -!>uperbe1a ··é a conexão Darlington 1nul>trnd3 03 f12ura 5.73.
Sllil principal caracterí~lica é que u traru.1:.wr compo!>IO
-
resultando em
(5.103)
Captrulo5
261
Anállse CA do translstor TBJ
+l'rr
e
+
l'u - t - --
ll:.
i
--111-(- - - 0 1
E
R1.
fit ur"l 5.75
Figura 5.74
..\n:b1\'c!'> an~
Sidney r>:uirngton toonesin dcAT&T
l li:>tory Centcr).
~one-americano
(P1ttsburgh, p,\: E.•u!li!r. NH) (1906-1997)
Configur.ição de seguidor de em1:.S01" com
um amplificador I>.irlington.
A tcn,.ão de coletor de a11100<; os transislOTC$ e
(S.104)
Chefe de departamento da BeU l.aboracorits. Professor,
Dep.uwnc!nto de Engenhana Elt-mca e da l "omputação. d.a
Uru\d"1d:We de ~ev.• llan1pshtrc..
O Dr. Sidney Darlington obte\e o bxharelado em f.isica
ror Hllr\.ttd e e1n (' omun1cação Elltrí~ pc?IO ~11l . e °'eu
Ph.D. pela Un1,ers1dade de Columbia.. Em 1929. ingres..;;ou
na BelJ Labora1ories, onde foi chefe do Departamento de
Circuito:. e Controle. 1'.el>:.e periodo. tu amizade co1n
outros colaboradores impomn.tb. como Ed\\-vd Norton
e Hendnl.. Bode. Detentor de 2~ patente' n<h btados
Unuio,._ fot premiado com a Pn...,1den11al i\fedal ol Freedom. a maL~ aha honra na c1'< ti no pais. em l'J..15. por sua.~
conlribulções ao projeto Je circ11110,. dur.uit.: a Segunda
Gu~ ~tund[al. Membro eleilo d3 Nal1on:tl Acailetll'.
of
•
En~tntt.nng. ele també1n recebeu a IEEE l:dtiOn ~1edol
en119-5 ea lel::.I::. Medal ol"Honorem 19&1 Sua p::uent;;:
norte-americana ::? 663 806 e enú1ulad..i -sem1conductor
S1gJUJ Tran.-.lat1ng De\ ice- foi emitida em!.! ck dezembro
de 1953, e c.lei;cre\. 1a como do1'> tran.'tstores podem <1cr
cOftStrutdos na configuração Darlington 'obre o mesmo
.ubstrato - e. co1n fr-equência. considerada a origetn da
con~uução do C'I compo!>to. O Dr. Da.rhng.ton tan1bên1 fot
r.:spon,ável pela 1111rodução e pelo de.en\oh 1mcn10 da
t...\c111a de Ch1rp. u..;adn en1 LOdo o mundo na tran.-.m1ssão
por guia dt! ond;i e s1sten10" de radar. Ele foi o pnnc1pal
colaborador do Bell Lnborntorib c·omm.ind Gtudonce
S) 'tt!m. que guia n rnaioru do~ fosuctc' 11..~do"' atu.llmen1e para colocar !>lltéltte!'> em órb1t.t. E<se >u1e111a utiliza
um::s comb1naç.ão de rastreamenro por radAr no -.olo co1n
coct.rolc 1nerc1al do p róprio f1tgue1e. O Dr. 0-..ulingtoo foi
um:\\ ido prat1can 1e de e."rone,, ao ar li\·re. esalnndo trilha.,. e 1nembr,1 d.l Appalachian i\iountain c·lub. Uma da.'
realizaçõe, que mai~ o orgulhou foi a e-.c:ilad:a do ~fonte
\\ a.sh1ngton aol> 80 ano, de idade.
a tensão do em1<;<;0r de Qz
1 i'E2 =
1€.~C
(S. I 05)
1
a tensão de base de Q ,:
'''s1
= ' 'cc - fs Rs = VE1
+ VaE, -
VsE! : (5.106)
a tcn:-.ào de: coletor-emissor de Q:
1 \ 'cE1 = \ e! - Vt1 = Vcc - V1:!
1
(5.107)
5,..,
LXE~1PLO
Calcule a:. tcrbÕl.'S de polari.aiçào CC l' as co1TC1Jt~ para
a configuração Darliagton da Figura 5. 76_
Solução:
f3o =
=
=
f31fJ2
(50)(100)
5000
i cc - ~ BE - Vot:1
Rs + fJDRE
=
18 V - 0.7 V - 0.7 \ f
3.3 ~10 + (5000)(390 fl)
18 \ ' - I .~V
16.6 \ '
33 ~1n - 1.95 ~1n
5.251'-ill
= 3J6µA
1, 2 -1, 1 =JJtl,. = (5000X3,16 mA) = 15.80 mA
Vc = J'c-_ = 18 \ '
V~= /~. - ( 15.80 mA)(390 !l) 6.16 \ '
J'•• = l '•: + V IFr - f'u~ = 6.1 6 V + 0.7 V+ 0.7 \ '
=
7.56 \
J'<E! - l 'rr- J't: - IS V - 6,16 V = 11.84 \ •
262
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
+llV
RlllPdlt
Z
- 1,J \101(5000)(390 0) = 3.3 \1011.9.5 \,10
1.38 \lfi
\lote. na a.náli..c anterior. que
a'
o~ valore~
de r. não
foram com~ ma.' caíram cm relação a valores nnrito
\, 0----1)1t--e
maiores. Fm Ull\3 configuração 03rlington, os ,-aJores der,.
o;eriio di fercn~...., porque :i cunente do ems sor :ur:n.es de Q(f;l
trnn-;istor '>era diferente. ,\I~ d1'iSO, devemos ter em men•e
que pru\11\elmente os'ª'~ de ~ta para cada transi..ror
serão diferentes potque lidam com \'alores diferentes de
corrente. 0 fato e. 00 etlt.11\lO. que O produto dos dois valores
de betn será aguai n P"' conforme indicado na folha de dados.
- --4
,._
1 ..
--oo~·.
Rgura S .76
Ganho de corrente CA O ganho de corrente pode
ser detenninado pelo circuito equi,olente da Figura 5.78.
A impediincia de '8id.:t de cada tran istor é ignorada. e o,
parã1necro~ de cada trarbistor são empregados.
Calculando a corrente de sa1da:
f I _ fl:lt-: = (jJ1 + 1)/ _
11>'1 = p11., - 1 1 =(/11 + 1)/"1
com
1. = fft1 + 1><ft + 1)/~
Então.
Usando a regra do Jj, ÍM>r de corrente no ctn:uito
Circuito para o E.xcrnrlo 5. 17.
lmpedáncla de entrada CA ,\ impedância de
enrrada CA pode ~r detenninada pelo circurto CA equivalente da Figura 5 77.
Como definido na Figura 5 77
de modo que
71
L.
P~lr , •
Z
p,(r,1 Z ~ )
P1(r.
de cntra<l.t. lL'l'llo.s:
Ra
I = Ra
Ra - 7
1,, = -
R)
'
+ /l:.(r,~ ~ Ri:))
I, = CJ11 +
e
+
l){J11
Supondo
e
Z,1 fl1(r, 1 + fJiRc>
Dodc que
{Jfi, '>> r
Z,
1
e dô.Ck que
::
+
1)(
Rs
/
l31fhRc '
Rs
R9 · f31/3~Rr
)1,
então
1
/J p,R,
1
L, - R8 0L,
(5.109)
Para o circuito da l-1gura 5. 76:
-'" e
A=
1
ou
1,
13oRs
R11 + /Jn R1
(5. 110)
-
,..
81
/l r
1.,
1
Ra
l
R,
-figura ':J. 77
-Oetcrmínoção de L~
figura S .78
'"•
t
lc
--
-
B,
(t,t,.,
f
-
1:;,
It
;-i •
o
'
/ll1o.•
1
-- C2
De1enn1naçilo de A p:sra o circuito da Figuro 5. 75.
RL
--
Captrulo5
Parn a Figura 5.76:
1.,
' -
=
.. "
~.,
t
3.14 X 103
t
tJ,r: 1
/•1
I
t1
1J1'•1
+
-
Ganho de tensão CA O ganho de lensào pode ser
detenninado pela f iguro 5.77 e peta segwn1e dedução:
P~t.:.
-
1
-
T
1,,,
f /J! • 11/
-
•
+
/Jo Rs
(5000)(3,3 M.0)
-I; - R8 + f3nRE - 33 \ lfl -i- l ,95MO
lo
A- - -
263
AnállseCAdotranslstorTBJ
T
T
i
+
~R
V
-
-
•
T
Cin::uito redesenhado da figura 5.~9.
Figura S.80
11-1 = (/J1 + 1)/,, 1
Substiruindo
1~ = li./J1r,. 1 (/J, + l )/1-./JE~
=-/ ht fPlrtl
e
~.
1,, = l
/31r,. 1 + (/Jt
e
1,,,_ =
com
(/31
+
r.
1) - - - - -V,,
- - - -]
l
1 A,. a 1 (na verdade. menor que l) 1 (5. 11 1)
Retom:indo
/ , = f,. - f{J~
Impedância de saída CA A impedância de saída
!'ieTá determinada pela retomada da Figuro 5.78 e definindo
i: em zero ,·oft, co1no mostra a Figura 5.79. O resistor R8
esci -em curto". o que resulta na configuração da Figura
S.80. Observe. nas figuras 5.79 e 5.80. que a corrente de
saída foi redefinida para corresponder â nomenclatura
J>3dtào e Z, adequadamente definida.
o ponto a, a Lei das C01TCntes de Kirchhoff resulwá cm/ (/J,. + l )/M- J,:
=
I
Aplicando a Lei das Ten...,õc:!. de Kin:hhotTao longo
da malha euema de salda, temo'
r~
1,. -
'º
ou
(/J_+ 1)/ ":.
- 1,,/J;r<1 -
ª
=o
1)/~
T
1)(-
(Jh -
R1:.
f3 f32V11
R1:.
/31re, - /31/l1.r,.1
1Je1enninaçilo de Z,.,
RE
/31~'!
/31/31
131/J!
1..
4
...•
..I
~
t
l
Figura 5.79
V,,
+ r,.!
'~,
Ra
V"
= - ~ ------
\ 'º
Vo
J.. -- +
RF.
r... - -
/J1r,,
11,1,,,
t
l
l )/hr,.1
+ l )(/l2 + 1)\'11
-;- - - - - - - - /31r<' 1 + (/31 + l)/3~r~
f3.2
ov
<ft1 '
)
(~1
V,
= -
(~1 + J!V"
/31r,.1 -
\ '.,
=- -
e
V,
+ (/31 + l)/J:r~:
f31re 1
de modo qt.&e
um resultado esperado para a configuração de seguidor
de emi'>sor.
-ti.,P1'~•
+ J )/Jir,..
1}/b1
= <ft1 -
!., = 1,
+ <fJ1- )~~]
I>-!/~,
•
Rc
+
\~,
/31r<:
264
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
que dcfioe o cin:uito de resistencias cm pamldo da Figura 5.81
De modo geral
>>
RE
'
(~2 + r~:)
,
•
~--..
de maneira que a impedância de ~aítb ê definida por
- --11-(- -0'
(",
.
r, i
=f3 +rt'•.
'l
"o
(5.112)
~
)1-------,--11
\ o
I
•
C1
7
Usando os resultados CC. o valor de rn.. e r., pode
cr de1crminado como segue:
26m\'
r,,_ -
-
lc•
26mV - 1.65 fl
15.80 nlA
15.80 mA = O.IS mA
100
26 m\'
r"' =
<kmodoquc
16-i.5 {l
0.158mA
~
fJ.~
+ r
'~
1()()
de cadu
Confi~uraç-Jo
modo gemi, a impedância de c;aida para a configuraçiio cb Figura 5.78 é 1nui10 b:u'<a - cb ordem de
all?Un~ ohms. no 01áximo.
I
-
~
Ri ~
-..,.. r,,
/j~
-
1
Figura S.81
•
·-l
110)
B
= 12. 100
220J..!l(27 V) • _
lV
8
cc - 120 kO + 470 kil - .{J
,
_
1.5 V = 7.11 \ '
tL
A
= 7.11 \ ' = 10 ~m
Rf
680 O
\ 'F
!..f.. /Jn
10...t6 mA = 0.864 µ A
l '.!.100
Usando os re<.-ulta~ antcnorcs.
r..1 podem <>er dctenn1nndo-.:
26mV
+
10.46 nu\
º' valores der,, e
2.49fi
11::..
.."
Ir, - Is, = -;;_ = 10.46 mr\ = 0.095 m.\
110
-o
26m\
,. = "1
JE1
e
-
26m\
= 273,7 Sl
0.(>95 m;\
Circuito n.~ultantc: Jcfin1Jo J"Of Z,,.
Amplificador com divisor de tensão
Polariu~Jo
R.'
( 110
Vr. = \'B - \ 'BE = 8.61 V
-
' 'I
de tllllphficndor u...ando wn
trun~i.~or
Vo = R,
11
..'·
.S \'
-
13,, = f31f3? =
= 1.645 n + 1.65 i2 = 3.30 n
1
\ '111:= l
é fornecido juntamente com a lL-nsào
rc~ultantc cb lu...e para o cmi,<,or
A un:ili e CC pode ..er feita como segue:
+ 1b-:> {}
-
= 110.
R,
R'1
= 1645 íl
fl~
par D.uhngton.
é. ponanto:
l.
l
).82
A impedância de saída do circuuo eh Figura 5. 78
r"1
-
11, •
CC Agora in\e:.1igaremos o efeito da
configuração Oarlingroo em uma configuração b:i:.1ca de
a.anpliticador. como mo!.tra a l-1gura 5.82. :\'Ole que agora
hã um nsb!or de coletor Rc e que o terminal em1'>'SA:>r do
ctreuíto Oarlin&rtOn está conccltldo ao lt.-rr:i paro &. cond1ç<k" de CA. Como ob~crvado na f-igurn 5.S2. o beta
lmpedanci<i de entrada CA O equivalente C ~
da Figura 5.&2 aparece na Figura 5 R3.
re~1o;tores R e
R ec;li'io em paralelo com a impedância de entrada do par
Darhngton, a.o;.;umindo que o segundo transic;1or atue como
uma carg.i R1 sobre o primefro. como moo;tm n Figura 5.83.
ISIO o;!, l '1 =p,r..1 T P1{/Jir,~)
º'
e
(5.113)
Captrulo 5
z
•
de modo que
z·
Paro o
-
T
-
T
T
A,
Dclinindo z; e Z..
Figura 5 .83
~ircuito
(5.115)
Para a figura 5.82:
-
T
e
265
11
A,= /,, = ( ;)(';)
1,
1,
J,
I
'
Análise CA do translstor TBJ
=
l 12.100)( 149.86 k!l)
1-19.86 k!l T 60.2-+ kO
- 8630,7
da figura 5.82:
l\otc a i.1gruficat1"a queda no ganho de corrente
Z', = 110(273.7 n • (110)(2.49 Ol]
= 110(273,7 n + 273,9 O)
= 110(547.60)
= 60,24 ldl
Z = R1llR111Z',
= 470 killl220 kflll60..24 kf!
= 149,86 kflll60,24 kfl
de"ido aR1 e R~
Ganho de ten1ão CA A tensão de entrada é a mesma
atrav6, de R 1 e R 1 e na base do primeiro traru.btor. e.orno
rnO!>tra a Furura 5.84.
-
o ~'Ultado e
= 42,97 kn
Ganho de corrente CA O equiYalente CA completo
da Figura 5.82 aparece na Figura 5.84.
\corrente de saída / = P,T,.1 ~ P!lt.:
com
/ h2 = (jJ, + 1)T.1
de modo que
1.. = p,1,.1 + P:ifJ1 - l ll..,
e com
l,, 1 - / ',
1emos
!,, - p,1· + P;(JJ, or t lf',
0
A; =
e
'
;· =
/31 - fh.(}3
..!...
(5.116)
Para o circuito da Figura 5.82.
A, = -
I
f3ol?c
z!1
A-- - -
e
PvRc
ll2.000)(l,2kfl>
=60.24k0
= - ?4J.().a
Zj
1)
1
~
f31 .,. /3131 =
#J1()
+ /Jz)
Impedância de saída CA
Visto que a 1mpcclincia de
saída cm Rr ~tá em pantlclo co1n os tem1inais de coletor-emissor do transislor. podemos rever situaçõc:. semelhantes e '\cri ficar que a impedância de saída é definida por
::: /31/3'!
e. finalmente,
(5. 114)
(5. 117)
Parc1 a estrutura origiaaJ:
/' =
1
onde r ,, é a resi3tência de saída do transistoT Q!-
R1ll R2l1
R, IR2 +
z:
{
..
..
/'
ª•
,,.,
lf1r, 1
z
"
R1
R.•
z·
...
Figura 5 .84
fJ
Circuito CA c:quiva1cn1c: para 11 Figllra 5.82
~ /~
fi?',...
-
J;.,
•'"i
..
E1. 82
c,c:
r
o
~
/111,,.,
Rc
'... ...
l;.,
266
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
Amplificador Dar~ · ngton ,..ncapsulado
Um:i , .cr que a coneitiio Darhngton é muito conhecida. vãrio., fabncantes fornecem unidade<; montadas. como
rno..tra a Figura 5.85. Nom1nlmente. CK doio; TBJ<1 são
construido:. ">Obre um único chip em \CT de serem utilizadas unidade<; -.eparadas. Obsef\ e que somente um conjunto
de terminais de coletor. base e em1,!>or e fornecido parn
cada configuração. São. é claro. a b:lse do tnnsistor Q1• o
coletor de Q, e Q. e o e1ni:.sor de Q
Na figura 5 86. ~o fon1ec1das al!!unus ~--pectfi­
caçõe:. p.i..ra um amplificador D3rlrngton ~tPSA 28 da
fain:hrld Semiconductor. Ern pan1culdl', note que a tensão
de colctor-e011s:.or máx1mn de 80 V e 1ambé1n a tensão
de ruptW1l. O mômO se aplica à~ ten:.õb coletor-b:bt: e
entJ'>.-.c>r-~. t.-mbom de"amos perceber qu.3o redundo:.
..ào 0:. hm11es má..wnos para u JWlÇlo ba!.e~ Por
cau..a da configuraç<io Darlrngton.
;1
corrente máxima para a corrente do coletor saltou para
800 mA rmel muiro superior aos encontrados para os
circuitos de um único uun:.istor O gnnho de corrente CC é
ci.pccilicado noe~adovnlorde 10.000. e o potencial~
-e1n1ssor no ~l-'tlo -lig.a00·· e 2 V, que certruneate e.xcede o
1.4 V que U!>3m0:. para 0:. traru.i:.tore.. indi' iduais. Por fun.
é int~l>3Jltc notar que o "ator de I rri e1n 500 o.o\ e muito
:.upenor ao de wna unid;id.: comum de tran!)btor umco.
No fonnato encapsuLdo. o c11'Cu110 da figura 5. ~5
'e parcccna com o da Figura 5.87. Usando Pn e o 1...tlor
fOmL-CldO de J'..1: (= JU-1 - r" ). toda... a!-. equações que
apan.-ccm nc'ta seção podem ser ::iplicadas.
c.,pcc1ficu.çào da
.\.....(...-..J..
e
~·
\IP'>.\ ?~
e,
I -~
l ' ,.__ _ , .__ _._
/Jn -
B
-I
.1
Figura 5.:85
cix~ulpoi:o10
T0-92: (b) cncapsula.mro Supc:r SOTN-3.
80 \'
\ C.co
\'coo
Ten......Jo de coletor ba>.e
80 \ '
\'t MR11.:BO
lclW
l1:MJ
º'
R1.
''10 Q
Arnpfifi~dol'C'I Oarl1n~on C'lk.ip<Ubios: (al
Trn~ <lc colc1or-cm1~-.or
\ j 6k,('.1'11'I
(
'
\'cr.'
~·,u.co
C2
I
(b )
Fig ura S.87
lc
·o
\firf. .. ?.JJ '
(3)
111
Telbâo ~ enu.,!>Or ba~
Correm.e do coletor conlinu:i
·~ \ '
SOO m•.\
rupcur..1 l-ole1or-emi~
T.-n'3o de rup1ur.:i coleror-ba...e
W\'
80\
Tcn.Jio de: rup1ur,1 t!tni,,or-Ni-.e
·~ \ '
T~nsão ~
dc 1:onc <l~, colcl<'r
Cont"ntc de cone <lo c1n1,o,or
C~ntc:
c:1rcwto -.eguãJor uc e1n1ssor Da.rlíngwn.
5.18 PAR REALIMENTADO
A cone\iio par realimen1ndo (\cjn n Figura 5.8 )
é u1n circuito com dois rransi ..tores que opera como o
circuito D"rhng1on. Ob:.eí\ e que o par realimentado
u!)a un1 tronc;1s1or pop acionando u1n transistor 11pn. eº'
dois d1spostll\ o:. ao:..m efeti\ amente como um lnUlSIStOr
pnp. Co1no acontece com um.i conexão O.irlrngton. o
pnr rcal11nentado apresenta um ganho de corrente muito
~lmA
IOOmA
e
CIU'Wttríwan nr condução
Gaebo dt l"Orrenle CC
Tcn~ dt YlUroÇáo col1:1or-.:mi'..or
Tc~1 b.i..c:-em1,<,(1r lig..u.lil
10.000
12 \ '
~.{}
\'
E
Figura S.
Espcc1.ficaçõcs para o .amplificador
Darlingion ~1PSA 2S da Fairchild Scm1ronducwr.
Figurll S.S!l
Cooeüo p:sr realimentado.
Captrulo5
ele"ado (o produto dos ganhos decorrente do transistor),
uma in1pedância de entrada aha. uma impedância de
saída baixa e urn ganho de tensão ligeiramente menor
do que um Iniciahnentc, pode parecer que o ganho de
censão seria elevado porque a saida é retirada do coletor.
o qual é conec1ado à fonte por um resistor R,. No entanto. a combinação pnp-npn resulta em camcterísticas
de tenrunal muno se1nelhant~ h da configuração de
sc:gwdor de emissor. Uma aplicação comum (veja o
Capitulo 12) usa urna conc.1tào Dtuitngton e uma conexão par rl.'àtimcntado pum proporcionar uma operação
de tran!>Í~tor complementar. Um circwto prático que
emprt?ga um par realimentado é fornecido na Figura
5.89 para in\·estigaçiio.
Polarização CC Os cáJculos de polanzação C'C a
seguir usam simpliticaçõe!: prática<; <;empre que possível
para fornecer resultados mais simples. Da malha base-cmi-;;or de Q,. obtemos:
de modo que a corrente acravés de R, é:
l
ifJJJ1l111JR< T'U1 - 16iR,,
\sten<-Oesl \ c-
2
e
l \'oc,
com
1 (5.120)
= Va1
-
j
VnE? = Vs 1
(5. 121)
-
0.7 \' j<S.122)
EXI: 1PLO 5 1S
Calcule as correntes e tensões de polarização('(' para
o circuito da Figura 5.89 para que I~, seja a metade da
tensão de alimentação (9 V).
Solução:
I
" • - 2 ~' º
18 V - 0,7 V
+
(140)(180><75 Ol
17.3 V
111: = /<- 1 =
(5.118)
X
6
10
= 4.45 µA
/J1/ 8 1 = 140(4,45 pA) = 0.623 mA
o qul! resulta em uma corre11te de coletor Q~ d~
1, .- = /JJtt~
-
A corrcnle de coletor de Q é
/1 1181 :: I
= \' l-.1 = \'cc - l c Rc
lsJ + lc.
A conmte na base de Q. é. portanto,
1\ corrente de base é. portanto.
1, 1 -
(5. 119)
+ fc 1 =
1 \ '91 = l n1 Ra
3.89
=o
I
ic = lr.1
Vcc- lcRc- J'u.- l. 1R6 =0
J'( (
267
AnállseCAdotranslstorTBJ
= 180(0.623 mA) = 112,J mA
e a corrente anmés de R<· é, então:
_
F.qua.çào 5.119
que é também a corrente de base de Q .. A corrente de
coletor do transistor Q. é
f
= / , .... f('. =
-
= tll, l mA
J'c~: J' - 18 V - ( 112,I mAX75 fl)
•
lc. = fJ//J'J::: lc1
0.623 mA + 111.1 m1\ == lc:.
-1sv s..-1 v
- 9.S-9 '
r~
Va:
(+18 V)
8.9 \ '
J 'M~ - 1'"1- 0.7 V - 8,9 V - 0.7 V
= 8..2 \ '
Rc
7S O
Operação CA
(
..le,
'
o.
)
•r.,
,,(j
lc
l
/J,;: 140
~
~ /~
Figura 5.89
o \1
/J: .. 180
lh.:
= /•
""' l"1R, "" (4,.J5 µAX2 tvtn)
Operação de um P3f realímenmdo.
O equivalente CA para o circuito da Figura 5.89 está
esboçado na figura 5.90.
Impedância de entrada, Z1 A iinpedãncia de emmda
CA \'ÍSta da base do IJ'ansistor Q1 é determinada como segue:
,_
Z1 -
V,
1:,
Aphc--41ldo a Lei da:. Correntes de Ktrchhotr para o
nó a e defimndo /, = 1.,:
268
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcli!M
"
,,•
-
..
•
?
ftgura S.90
fq1ri\Ulc.'11IC'
+
~
~,
~•
,.., "'
-
1
-
-1
•
\'
•
-
eA para o circuito tb Figura 5.R9.
com /h:. =-P1161 como obsen ndo na Figura 5.90.
O resultado é 1 1 · /1111-1 //..( {1 11., ) .. ,. - O
e
1º - 1,. 1 p,1~, - P.P:I.,
ou
t,, - !,, 1c1 1 p l - PJJ;.,
1nas
/11 _.· 1
1. =
e
p,1~,
Z' p,r*' -t PJJiRt
( l.W)(-t 1.73 0) ( 140)( 180)(75 0)
=5842.2 !l + 1.89 ~l!l
= 1 .8~5 \l!l
ondea[~Uiaç;o5125r~ullaetnL' -z.pJJ-l?c- (140)1180)
(75 !l) - 1,89 \lfi. \aliJanJo ~aproximações anteriores.
e
- PJJ;l•1 =- J,.1(/11 + PJJ:.>
- -l,.JJ1<1 i /J~)
Gant..o
~~
corrente
A definição de 1,.1 = /' con10 mostra a Figura 5.90.
pennilírá Je1enrunar o ganho de corren1e A', - 1; 1·,.
Re\endo a den\ ação de L,. cncontra1no~
,
o que resulta em
Ar
rJ,, = -/31,.,"!
IJ
(S.127)
'
O ganho de com."Iltc ..t, - 1j l, pode ser c.lctcnrunado us.mito
o fato de que
- 'º'1 - 1/,,, . 11:,
..-t, - - -
·5.123)
V - \1
=
Pura o lado de enmub:
s
'
·• d a r·1gura .90
f31r,
=R,,
e
Sub,uruiodo:
de modo que
Rearranjando:
1h.11,1· ':
e
de modo que lb, = 1/
1;-PJl1l,.,Rc
l ,, 1(jf1r, 1 - /IJl_R, ) = l j
\;
O sinal ncgati\o aparece porque u1n10 I quanto 1.
são definidos como se enlr.'bSem no c1rcu110.
Para o c1n:.u1to da f agura 5.89:
v· - \'·, - ___\/;..,- , -1; V,
fJ1r, + f31f31R<·
e
de moJoque
Z'
--fJ,r,.. + f31/3iRc 1
(5.128)
de modo que
(5.124)
A',
'º
= -, . =
- f.Jf.J.
ª•ª•
1
= -( 140 t lW)
= - 15.2 •
(5.125)
1 Z,
com
- Rs
7.'
1
(5.176)
llY
A = - f3 1/J1R11 = _ ( 140)( 180)(2 MO )
'
R11 - /31/J:.Rr
2 MO - 1,89 ~10
50 .400~10
=----Para o circuito d.'.I Figura 5.R9:
r,, =
26 mV
lf. ,
26 n1\r _ -li 73 O
0.623 1nA
•
J.t)9 ~1{1
= - 12.96
tol (-:: 1net.ade de A;>
Captrulo 5
Ganho de tensão
O ganho de Lensão pode ser deti'ftninado rapi damente pelo uso dos resultados que acabamos de obter.
Isto é.
Ar ~
V11
n1as
e
l,'z;
=.
r,. 1
~Rc_
(5. 129}
+ /J~Rc
que .! sunpl~menle o segumle..
m.ação: P/lL>>
r.,
Se:
z.)
de 1nodo que
= - - - - - - - --
,.
apltcarmos a aprox1-
I
= -r,.I
f52
com
Enuetanto.
Para o circwto da Figura 5.89:
( ISO)("TS !l)
-ll.73
~ ::: 41.73 n = 0 .23 fi
n . . . (180)(75 0)
180
103 fl
X
- ~t.73 n + t3.5 " 10' n
= 0,997 ::: 1 (como indicado anteriormente)
Impedância de saída
A impedância de saída Z ', e dcfiruda na Figur.l 5.91
tomando i~ cm zero volL
Usando o fato de que /,, = -PJJ~I
rioT. temos que
\/
(5. 132)
que será um valoT muito baixo.
Paro o circuito da Figura 5.89
P2Rc
A,.= r, I + P'lRc
(5. l30)
(5.131)
restando
135
269
- /,fie
V, -
A
Análise CA do translstor TBJ
. do cálculo ant.e-
E."Sa anãlise demonstra que a coneitão par- realimentado da Figura 5.89 apresenta umn operação com ganho
de tensão bem pmimo de 1 (assim como um seguidor
de en1issor Darlingtoa), un1 ganho de corrente baqante
elevado. uma impedância de saída muito bai'lt.a e uma
in1pedãncia de entrada alm.
5 .19 MODELO HÍBRIDO EQUIVALENTE
O modelo hibntlo equivalente 101 mencionado nas
seções anteriores deste capítulo como aqu~lc que foi
,~
Z ' = ~=--"º /,, - {J fJ2l,,
usado no passado ante-; da popularidade do modelo r,.
Atualmente. há uma combinação de usos. dependendo da
profimdidade e do objeti"VO da análise.
c:c==========r==============:;::~=---:+
O modelo r~ lt:·m u vunlugem de qlle Q:. parúmelrru
siio definido, pel~ <·01uliçõe;) reai:. de OJH?ru(-iio.
I
enquanto
V.,
os partirr1erros cio ci1t:lfito híbrida equiralmt~ selo definido~
em lt'mlo:. gerai.' pura qua1sq1wr condit;õe.l de
-
opere1ç,10.
- ?
Figura 5.9 1
?
Detenninação deZ', cl'
-
Em outras palavras, o parâmetros hibridos podem
não refletir as condições reais de operação. mas s implesmente fornecer uma indicação do nível de cnda par.imetro
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
270
que pode ser esperado parn u o geral. O modelo'• ofre.
po1" parâmetros como a io1pedânc1a de --aida e os demento:. de realimentação não e tão di!iponi\ ei'), ao passo que
o~ panimetro:. htbridos forncccan o conjunto completo na
folh3 de dado:.. Na maioria dos caso:.. se o moJelo r • for
empregado. o in\elltigador apenas analisará a folha de
dado:. pan. ttt aJguma 1de1a de quais :.enam Cb elemento:.
adicionai!>. E')u seção mostrará como ~ po<k pa»ar de
um modelo a outro e como o') pan1mctro:. ~o relacioruido.... Um3 \ CL que toda.\ a-. folha:. de '""Jos fOrDL-ccm os
parâmetro.. hibnd~ e o mo<lclo continua a ser u:.ado cxl~"Tl,I\ am.:nte. é importante conhecer ambo" ~ modelos.
o, parirrn.1ro ·híbridos. mostrados n~ Figura 5.92. foram
lirndo' dl folha de dados do trans1stnr 1'+t00 descrito no
Capitulo 3. Os valores são fon1ecidos para U1llll cooerite
de coletor de 1 mA e uma tenc;iio cole1or-cmi,.<;0r de 1O\ '
,\lém di,':-0. e fornecida uniu faixa de 'ª'ºre' para cada
parâmetro. que~ e de guia para o projeto inicial ou parn
a anál i~ do si·tema. Uma ,·antagen1 ób' ia das folhas de
dado,, é o conhecimenro i1ncdinto de \1llores usU.'.lis paro
º" P3fàmctro do disposili'vo quando comparado com
OUlfO!> U'albl
tO~.
I
1 º__.::::!"~....!...~ o
+
+
'·
-
9
-
1
1' o----~ ------- 4 --------·-----
,. .
~
Figura :S.93
Os parumc:tro,, que rel:ic1oruu11 as quatro \arÍá\ci:.
i.à1> chamade:. dcparámetms h. da palavra "híbrido". E,,1e
tcnno 101 c ..colhido cm d~-comnc 1 a d<t n1istura de vanavc1s ( I ' e/) cm c:i1d;1 cqrução. rc!.ultando cm um conjunto
"híhrido" de un1cbdcs de medida para os parjmetros h. É
po-.sh cl obter um:i clara compreen~ào do que os parâmetros Ir n:prcsencun e de como detenninar sua... amplioides
1c;olando cada um deles e naminando as relações obridas.
Scesl:lbelecmnosarbitrariamentcque r = O(cuno-circu110 no<> tcnninais de sa1da) e rc<iolvcrmos h na
Fqunção 5.133. teremos:
h 1,
A descriç.lo do modelo hibrido equi\.'lllenre se itúcianí
coan o si:.teol3 geral de duas ponas da figura 5.93. O conjunto de equaç~ 5.133 e 5.134 a !leguirê apcn..i.:. wndo:.
vário')~ de rel3cionar as quatro \-ariá,ei!I da Funira
5. 93: por~ o Ol3b usado em anáh!>e de circuiios de uan'6tor. "Cni.. porl.1Dto. d1scutido L'tll dctalhê OL-...tc capitulo.
-
(5.133)
(5. 134)
h.,
0.5
1.5
0.1
(lr• 1 m..\CC. I(.,;= IOv
CC. j -= 1 L.Hz)
- ' - - - - -........--1--...+-c~__;.
Admil!ncia ôc siiJa
30
1,0
h_
<Ir= 1 mA CC. J ~= 10 \
CC.j • l J.Hz)
Figura S .92
2!1.'4"00.
Parâmetros híbrido, para o ann'i«toc
=
\'-1
_.!,.
adin1en<.ionaJ
(5.136)
\ ',, 11=0
xJcr
Ganho de couc:111c paro
~ .. m&I.$
135)
L'l
h,~
.o
(5
A rela lo indica qir o pànlmctro li 1 e um par.imetro
de 1mpcdãnc1a com a unuLdc ohms. Por !>Cr a ratão da
ten-.ào de en1rada pela corrente de e111rada com os tcrm1nu1s de 'ªida "curto-<1TCU1Uldos", ele e chamado de
parâ111C'//Y> de tmpedáncw di• entrudo tle C'rtrt<J-C'lrnntn.
O sub..,cnto 11 de h 11 ~ deve ao fato d e que o parâmetro
é dclem1inado pela relação de quantid ades medidas ~
termin:ns de entrada.
•
fie• 1 rru\ CC. S~.c = 1O\i
CC.j "" l lliz}
..
ohn1'
º'
j
,,..,
', ,· 1, . =()
_!
terminai<; de
h ,2 Se / for igual a 7eTO. abrindo-se
entrada. o resultado sera o ~inte para "'":
\11n. li.ti...
lmpedãnc ia ~ entrad.l
(lc• 1 mi\ CC. l (r• 10 \
((".. J • 1 U iz)
h11 =
. '· s
O pardn'letro h :· portanto. (: n relaçiio da tetbâo dé
entrada pela teru.lo de sru.da co1n a corrente de entrada
igual a /ero. :-..ão bJ Dt.'Ilbuma unidade, pois ele é uma
r.v.ào cntn: ,aJorcs de tensão e é chamado de parâmetro
de n!/açào dC' 1ran.~Oinaa TT'l·ena de l<'nçào de cirnri.ro
aherrn. O ,IJb..crito 1! de h 1 ~ rc\ela que o parjmetro é mna
quantidade de transferência determinada pela ra7ào de
medidas da entrada ( 1) para a sa1d.1 (2). O pnmeiro inteiro
do subscnto define a quantidade medida que aparece no
nun1erador: o segundo inteiro define a quantidade que 3P3-
Captrulo 5
.reee no denonlinador. O 1enno M·e~a é incluído porque a
razão con1preende uma tensão de er11r.1da sobre uma tensão
de saida. em vez da relação Ín\ersa nonnalmente usada.
Se na Equação 5.134 J~, é definida como igual a zero
OO\'nmente pelo estabelecimento de um cuno-circuito nos
renninais de saída. o resuhado é o seguinte para hi :
h-r
.adimêo~1on..t!
(5. L3 7)
Observe que agora temos a relação de umn quantida·
de de saída por uma quantidade de entrada. O termo dil'('ta
agora será usado em vez do l\?l ~"na.. como foi indicado
para hu. O parâmetro '121 é a relação da corrente de saída
pela corrente de entrad<i com os termin3is de saída em
cuno. ~ 1>3rãmetro. assim como h . não tem unidade.
um;i ,.ez que é urna razão entre \-aforec; de corrente. Ele é
fonn.:ilmente chamado de parâ1ne1ro de ra;ào ,/e rran.sfer;ncia direlu ,/e corrente de cur10;.·in'lli10. O subscrito
21 DO\ mnente indica que é wn par:imeuo de tmnsferência
com a quancidade de salda (2) no numerador e a quanudnde
de enlrada ( 1) no denominador.
O úlcuno parâinetro. h-::,. pode~ dctem:únado abrindo-se novamente os tenn1na1:. de entrada paro fazer 1, = O
e resolvendo hz: na f:.quação 5.J 34:
'1u
(5. l38)
Por ser a razão da corrente de saída pela tensão de
saída. esse parã1netro é a condutância de ">aida e é medido
em sienlen<: (S). Ele é chamado de parâ1nerro de uú1nifu11,·io de laíclo de circ11irv t1ber10. O subscrito 22 re\ela que
ele é determinado por wna relação de valores de saída.
Análise CA do translstor TBJ
o unidade ohm. ele é representado por um resistor nessa
figura . A quantidade li ,, é adimensional e. portanto. simplesmenteap:irececomo um fa tormulliplicati,odo rermo
de ''realimentação.. no circuito de entrada.
\ r1Sto que cada tem10 da Equação 5. 134 tem unidade
de corrente, aplicarem~ a Lei das Correntes de Kírcbhoff
"ao contrário" para obtermos o circuito da Figura 5.95.
Como h~ tàll unidade de adtnitância. que para o modelo
do Lraruistor n:p~-nta condutância. ele é ~tado
pelo símbolo de ~h.tor. Tenha cm mente. porém_ que a
rcsi!>tência cm ohm!. desse n..""Sislor é igual ao recíproco da
condumncta ( 1 hn).
O circuito ~cA" equivalente completo para o dispositi"·o linear básico de tres tenninais está indicado na
figura 5.96 com um novo conjunto de subscritos para os
parân1etro5 h. \ notação dessa figura é de natureza mais
pratica. pois relaciono os pnrân1etro li com as relações
npreseniadas obtidas nos últimos parágrafos. ~escolha
das letras utilizadas é justificada pelo seguinte:
h 11 - resistência de entrada_, '1,
h 1 ~ - razjo de cransferência reversa de tensão - h,
razão de transfe1ência direta de corrente- h1
h-::. _. coodut.ãncía de saida - li,
O circuito da Figura 5.96 é aplicá\el a qualquer
dispo~ill''º eletrõmco lmear de trc!s terminai> ou S™em3
sem fonte:. internas independcn1cs. Para o lr.m:.1stor,
porém. embora ele possua tres configuraçõe:. b.ls1eas,
toda:r elas .t ão configurações de rres 1"111inars, de maneira que o etrcuito cqwvalcntc resultante terá o me!>.'lDO
formato que aquele mos1Tado na Figuro 5.96. Em cada
caso, a parte de baiJto das seções de entrada e de sa1da do
circuito da Figura 5. 96 pode ser conectada como m~
''=-
Visto que a Wlidade de cada termo da Equação 5.133
é o VolL aplícaremos a Lei das T~ de KirchbofT"ao
h .
'
-
rontnirio·· paro determinar um cin.-uito que '"corresponda.. l equnção. A realização dessa operação resultarà no
ciicui10 da Figura 5.94. Uma \CZ que o parâmetro h 11 1e1n
Rgura 5 .95
..
:- -..~
. --+~!
1,
o
Figura 5 .94
-J
Circuito lul>ndo eqw,alente de entrada.
271
-
o
'·
Circuito híbrido equi\'alen1e de saída
-
'·
,,.,.,,.,,.
~.
-o
Figura :5.96
.,,
+
-
1
'\,
,,,,
1
Cin:wto híbrido equi,alente completo.
+
'
272
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
~'. u tilizarn
a fonce de tenx1o ou a fonte de corrente. mas
não ambas no mesmo circuito equivalente. No Apêndice
A. os\ alores dos \"áriOS parâmetros serao detenninados
pelas características do t:ran5istor i1a região de operação.
resultando no desejado circuiJo equi1•t1/en1e pura peque-
a Figuro 5.97. porque o valor do potencial é o mesmo.
Basicamente, portanto, o modelo do transistor é um sistema de tm. tenninais com duas ponas. Encretanto. os
parãmetros 11 mudarão de acordo com a configUtação.
Pata que saibamos qual parân1etro foi usado ou qual estâ
disponí,el. wn segundo parâmetro foi adicionado à notação do parâmetro h_ Para a configuração base-comum.
a letra m1nfu.cula b foi adicionada. enquanto para ~
configuraç~~ rmis~or-comum e coletor-comum foram
adiciona~ as lctrus e e e. rcspccllvamcntc. O cucuito
híbrido cqujval1..'Jltc para a configuraçào em1~r-comum
aparece com a notação padrão na Figura 5.97. Obsene
que I = 1... / = f. e. pela uphcaçào da Lei das Correntes
de K irchhoff. 1. = l~ + (. A tensão de entrada agora ê
ll ~ con1 a tensão de saída V..~ Para a configurnção base-comum da Figura 5.98, /,=Ir e/,,= 1 com J" = i· e J",,
- 1· Os cirçuitos das figuras 5.97 e 5 98 são aplicáveis
para tran,istores p11p e 11pt1.
O fato de tanto o circuito de Tbê,·eoin quanto o
de ~onon aparecerem no circuito da Figura S 96 faz
con1 que o circuito resultante seja chamado de circuito
equi"alente híbrido. Dois circuitos adicionais equivalentes. que oão serão discutidos oeste h\ro. chamado
de circuitos eqwvalentes com parâmeuo z e parâmetro
4
B
"
e
V
1
,,.
b
-
4
'Wv+I
v.,
E
('
'\, '''l•J•
-
+
'~~
I,~
1,
h,,
li,, V,.,
+
-
'· ~
+
-
\~,
e
Configurnçào cmissor-rorntnn'. (a) s1mboto gráfico; (b) circuito fnl>rido cquiv:ilmt:e.
1,,
..
1,
/e
o
4
e
E
+
v,.
e
"
'Wv
+
,,.
-1,, l (ai
4
+I
e
'\,
li/Ili.
-
+
v,.
J,
h,;.
h rb V""
8
Figura 5.98
•
lt...
(b)
(a)
Figura S.97
tran:.i~tor.
Nas configura~ em1:.~or-comum e base-oomum..
a amplitude de h, e h. é tal que os resultados obtidos para
imporu.intcl> par.imetnh. como Z,. z•. A, e A,. são pouco
afetados cru.oh, eh. nk> SCJam incluíd os no modelo.
Visto que. de modo geral, h,. é uma quantidade
relativamente pequena. sua remoção é aproximada por
li, ::: Oe Jr, r~ = O. o que resulta no (..'quivalente a un1 curto-circuiLo para o elemei1to de realimentação, como mostra
a figura 5.99. Em geral. a resisiência detenninada por
l 1'1,, costu1na ser grande o suficiente para ser ignorada
em comparoçào com uma carga paralela. o que permite
sua substhuiçào pelo circuito equivalente a um circuilo
aberto para os modelos EC e BC. con10 podemos ver na
Figura 5.99.
O circuito equi~alente resultante da figura 5 100 e
rnuito sinlilar à esuurura geraJ dos circuitos equivalerucs
btbe-comum e emissor-comum obtida com o modelo r ~
?\a verdade. o modelo híbrido equivalente e o modelo r
~
+
\/
nos .s inais do
'·
..
o
1,
'•
•
-
'· l
•
lt "
+
-
"
(b)
Conliguruçào ~~-<.:0111um : tat !>ímbolo gráfico; (b) circuito hibrido equivalc:nie.
l~b
Captrulo 5
1
e
-+
273
Análise CA do translstor TBJ
(5.140)
li,
A partir tb Figura 5.1Ol(b),
-
1 h;b
Figu•a 5.9'"'
Efeito da rem()Çio de li,.. e: h. no circuito
•
o
1
'
Figura 5. 100
(5.141)
- 11
(5. l-l2)
Note. em p:inicular. que o sinal negativo na F..quaçào
5.142 le'>--a em conta o fato de que a fonte de corrente do
circuito híbrido equivalente padrão aponta p3ra bai~o em
vez de estar no sentido real, como mostra o modelo r, da
I
Figura 5.IOl(b).
• "' '·
h,
r~ 1
l 1i11, = -a ==
e
lulnido cquivalcnlc.
=
EAt' " PLO 5. 9
Dados lc = 2.5 m 1\ , h 1,
-
= 140. lt,,. =
20 J'S (.11mho) e
h = 0.5 µS. determine:
a) O ciTcuito híbrido equivalente emissor-çomum.
b) O modelo r# base-comutn.
Modelo do cu·cui10 híbrido aiui~alcnh:
apro'imado.
Solução:
r, =
a)
para cada configuração foran1 repetidos n3 Figura 5.101
para fins de comparação. Deve ficar claro. n partir da
Figura 5.lOl (a), que
26m\ '
-
lc
26 mV
1,5 mA
= 10~
n
" "" = {3r, - (140)(10.4 il) = l.456k fi
10~
,. - _l -
" - ''~ -
(5. J 39)
= SOk!l
-
Observe a fil?Urn 5. 102.
b o---:-----.
li t•'
[
+ ""''i.
l
..
1,
..
1,.
or
b
"
•
•
..
J>,. •
.."
..'
J,
º'
1
l
/l f1t
'
(a)
I
f,
,- "
1
,,,. ' ..•
~t
'
•
e
"º'
1
J , ,,,,,
1
b
•
'~
'~
'4
"
'
t
ui,
[
o/>
(b)
Figura S.101
t.fodelo híbrido
1ent1S
modelo r,~ (a) co1úiguração t"'ln1ssor~~ th) coniiguraçilo bn.-.e-romum.
O#
274
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
..
b o-----
----..
'~
Figura 5. 10.1..
f- = 50 L.D
Cirruito híbrido equivalente mnssoc·comum para os parâmetros do Exemplo 5.19.
b)r, = 10 .4 n
() -
1.
r
1
1
=- -
" ''°"
experimental a análise CC assoe inda com o uso do modelo
r, não é parte imepunte do uso dos parâmetros hibndos.
Em OULrlb pala' rru.. quando o problema é apre~enlado.
parlmt:~ como h.r l1;r h , ~ ~sun por diantc são e!>-pttl1icados. Ent.reianto. é pn.uso ler em mente que~ par.irnd:nb
híbrido!. e os eotnpOnL"nlô. do modelo r~ estão rclacionadó5.
pc las seguintes equações. con10 já discutimos ~te capitulo:
li,~ = /Jr,..
= {J, /1,.. = 1 r.,,
= - (J. e Íl jj, = r.-
= 2 l\lfi
05 µS
Ob!;ene a Figuro 5.103.
Hã uma sêne de equações relati\~ aos par.imetros
de cada configumção pura o circuito híbrido eqw\ aldllé
no Ap!ndice 8. Na Scçào 5.23. demonstro-~ que o parâ.metro híbrido hh lftc.,} é o menos scn.<;h cl ~ pa:r.imctm.
hibrido a uma mudança na corrente do coletor. Prc$upor. então. que lz1• = /1 é uma constante para 11 faiu de
interesse é uma apro:'<imaçào ra7.oâvel. O parámetm lt,. =
/Jr. e aquele que varia significativamente com f, e deve
.;;er de1enninado em função dos niveis de ope~o. uma
vez que pode exercer u1n efeito real sobre o<> \aJores de
ganho de um amplificador con1 transistor
H
.------.----o c
•
'"
~~
EQUIVALENTE APR0Xlrv1ADO
A mi:\lb.c fcita a partir do circuito hibriOO cqlll\-alcnté
apromnado da Figura 5. 104. para a configuração c:nru.sor<Ol'mlrtl. cda Figura 5.105, para a oonfigizração hNxomum.. é
ba..5tlnte -.inularâqucla que a~ de fazei- ublimndo o modelo r _Uma br\?\·eapres..."'fltnçào de algumas~configurações
ma.is impoftmtessení incluida nesta ~pamdemonslrarns
semelhauças na abordagern e nas equações resultantes.
Uma' a que os vários parâmetros do mod~o híbrido
são especifiQdos por un1a folha de dados ou uma análise
e.....,.
1,
f
1
D
FiJU . 5
1~.S
~1odelo r,
1
t:
~
r, '• ~~ 10.4 Q
•
t
'·
• '~ r.,,.2 Mn
•
'
'
l
bai;e-comum p:ira os p:irâmeiros do Exe1nplo 5.19.
h,·1.I,
J ,,,.,,
8
Can.-uito hibndo equivalente éipTO'\imado
paro base<omum.
..
'·
1 h ,,
Figu ·~ 5 104 Cin:uito hibndo equivalente aproxunado
par.i e1nissor<OmUJD..
5.20 CIRCUITO HIBRIDO
Figura S. l 03
h"' ,,,
E
,
b
h,,,
"rr
b
Captrulo5
Configuração com polarizacão fixa
Pnra a configuração com pol:I:ri7,2ção fi:t.'l da Fi!:,rurct
5.106. o circuito CAequivalenteyxira pa;ruenos sinais sem como
mosbaa Fi,6'\Jr.J 5. 107, utilillmdoomodelohibndoequi'<11lenr.e
apo,inadode emissor-<:omum. Co111JXUeas semelhanças com
a Figura 5.22 e n análi<;e do n10delo r. \s semelhanças sugerem que a análise ser.í 1nuito similar e que os resultados de urn
podem ser relacionndos diremmeme oom o oouo.
Z
Apartirdafigura5.l07.
Rslh..- 1
1 Z, =
z.
(5. l ..i3)
AnállseCAdotranslstorTBJ
A1 Supondo que Ra >> hw e 1/lz,,.. > IOR, . \ ·ctíficamos
que I ::::: I e T = !,, = h1) h = h1..t, e, portanto,
1,,
A,= I
1
=h1r
(5 1-!6)
E.'XE:V1PLO 5 20
Para o C:UUllto da F1gura 5.108. determine:
aJ Zr
b) z. ~
e) .-4 -
d) ~ •.
A panir da Figuro 5.107.
1 Z,, = Rc
l 1/ h"'" 1
(5. 144)
Solução:
a) 7, = R.lh.
330 kQD 1.1 75 kn
::::. h.. = 1,171 kfl
V--1
D•
n
• R'=-le"'
Z,, =
= - h_,.. TI> R'
1
h
Rc = 50kfl ll 2.7 kfl
'
=
\'
/b = h,~
'
e
=
1
b) r = _!_ =
= 50 kn
"
'1nr
20 µA / V
A., Utilizando R' = 1111,,. 1 R,, obu:mos
e) A ..
com
2,56 kfl =- Rc
h_fe( Rei 1/ 11,>e)
= -----li,~
=de modo que
d) Â
=h,,
<120x2.1 kfl so kn>
1,17 1 kfi
= -262,34
= 120
. - - - - - .- --oll \'
2.7 kQ
'
'
0+
33() J..Q
- --il(t----<O
+
li.,.
)1---- --
h;
e
t----t (
e! -·-
'o -
z
Configuraçiocompolarimçào fiJta.
I
+
Figura 5 . ~07
º'.
h}r - 120
7..
11,,. - 1,175 Ul
h,. - 20 )IA;, .
z
Figura 5 .106
)1--- 1- --1
'
l
z
Rgura 5.108
..
..
T.)
275
Exemplo 5.20.
1,
+
,,
.,
Substituição oo omnio hibndo eqw\alcnte aproAunado no curuno C1\ eqwvalente da Figura 5. 106.
276
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
Configuração com divisor de tensão
Para a confil,'llraçào com polariT.aÇào por divisor de
tensão da Figur.s 5. 109. o c1rcu110 C1\ equivalente para
~ ,jnai-. rec;ultante terá o mesmo a.c;pectti cb Figura
'\ 107. com R8 sub:-tituido por R' R11R:Z1
1\
1
p:inir l.b Figura 5. 10 7, com R8 = R'.
·- ---1(
\
(5.147)
z.
::J
1
c>--i1t - -- -+-t
o \
I
,\ partir d:i Figurn 5. 107.
(5. 148)
.A.
r·gur ) . 110
111,(Rc ll l /hc~)
Configuração l.:C com polanzaçoo de
emissor <:em des\ to .
A,------lrw-
(5. 149)
z.
(5.153)
li1,( R1 R~I
A,
(5. 150)
R i Ri ,. hk
•
A =-
h R<
z
Rc
"
R,
(
I
' o-
-
}(,
l
Rt
(5. 154)
A,
~
"''
Rr.
o\
" e.
)1
e,
Rc
liil - -
,,
htrRo
z
,,, = - Rs +z,,
1
= <"'e.
ou
Z,
' Rc
A = -A -
'
{5. 155)
(5. 1561
Figura S.10'1 ('onligura,.10 co1n p<.llari1.açitl ror di\ l'>Of
de tcnJo.
Configur .e- o de seguidor de emissor
Paro o ~-gu1dor de emi:.:.or da l-1gum 5.36. o moddo
e A para JX'qUCtl< ' 'lrutl' é scmclh.mtc ao da F1gura 5.111
com flr - li,.. e fl • h1,. A, equações resultante ~aio.
Configuração com polarização
de emissor sei"" ~"'vio
Para a configuração LC com pol.ulzação de embsor
~do\ io (sem o capacllor cm paralelo com R-><b Figura
5. 110. O modelo C.\ para pequeno:. :.1na.i:. ~ O Olê!>mO
da Figura 5 30 1.'.0rn pr -.ub::.utwdo por h,,, e ftlb por h,,,J,,.
A ao.ãli~ :.era fcit.a da m~"'mn maneira.
z,
[ L11 -. lr1, Rt
I
l L, = l?nlLI>
1
(5. 151)
(5.152)
portanto, bastante ,jm1tan:--.
z,
(5.158)
z.
Para 7. o circuito de ~ida definido pelns equações
resultantes a.~reccrã como nl<>"tro a Figura 5.11 :?. RC'\·eja
o desenvol\'in1en10 das equações nn Seçiio 5.8 e
Captrulo 5
Análise CA do translstor TBJ
277
mas, como 1 ~ 111.:: h1r
(5.160)
' o
' .. J
..
..
A,
t----<••(---o ~
•
7.
(S.161)
(.5.162)
ou
Cunfiguraçio de ~idor de em&or.
Figura 5 .111
Configuração base-comum
,\ ultima configuração a ser examinada com o circuito híbndo equi,-.ilen1e aproximado serà o amplificador
base-comum da Figurn 5. 113. A substituição do modelo
híbrido equiv3lente aproximado para base-comum resulta
no circuito da Figura 5.114. que é muito semelhante ao
do Figura 5.43.
Temos o:. seguimes resultndos a panir da Figura 5.114.
+
Figura 5 . 11 l
Definição de Z
pani
a configuração de
(5.163)
seguidor de emissor.
z.
(5.164)
ou. visto que 1 +
Ir,. =lt
A,..
1,,.
(5. 159)
,
=-
J
com
r
llJ>
A. Para o ganho de t~o. a regra e.lo J.i, 1Sor de Lensão
pode :.er aplicada à Figura 5.112 como segue:
.-t.
de maneira que
v"
h,,.. h"'
...
•
+
,
z>
\ /
~ R1
+
=·-
-
'cz
Configuração base<0mum.
r,
..
•
V,,
=-
V;
o
t'~
--=--
+
~«
V,, = - htbl
ljb
= ------Rr. T li,~ C1 + /'fe)
o
Figura 5 . 113
e
RE(\';)
I
,,_,
\ r.
+
= -
h1h Rc
lr,b
Rc
(5.165)
278
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
•
+
7.. •
•14
n
1
HE.
\,
1
Figura 5. t 14
+
~ Rc
~ "> 1,
Ir "
o
'
-
1
. z..
SubsLítuação do circu1to bibridoequi\.Ucnte nproitimado no cirnnto CA o?qlli\:tlcnte da Fígum 5.113.
e híbrido equi,aJmte
111
J. =
A; =
hfb
iil -
(5. 166)
J
apro~imndo.
removendo por esse
meio qualquer dificuldade real com a an álise dos circuito<;
restantes da" ~ôe'i anteriores.
1
5.21 MODELO HÍBRIDO
EQUIVALENl1E COMP LETO
EXEMPLO 5.21
Para o eitcuito da Figura 5.115, delemune:
A a:nãli~ da Seção 5.20 estava limitada ao cm:wlo
híbrido equi\alentc aprox.amado com alguma discussão
sobre a impOOãncra de saída. Nesta !ciCção, cmpregamo> o
circui10 eiquiva.lcntc co1nplcto para mostrar o impacto de
Ir, e definir cm termos ma1~ específicos o impacto de li_ É
a) L,.
b)Z....
e) •.f._
d)A ,
Solução
a) Z, = Rl lh,
2,2knll14,3 Q
=
=
importante compreender que, vasto que o n1odelo híbrido
equivalente tem a mesma aparência nas configurações
14,2 1 ll .::: h
b)
=
ro
1
/i,,i,
=
1
0.5 µA / V
base-<:omum. emissor-comum e coletor-comum, as eqmções desenvolvidas nesta seção podem ser aplicadas a cada
u1nu dessas configurações. Basta inserir os parâmetros
definidos p:mi cada UJll3 delas. lsto é, para uma configuração base-<:omwn sio utilizados h11.• ll;1o etc., enquanto para
u1na configuração emissor<omum são utilizados h , h.,
etc. Lembramos que o Apêndice A permite luna conYersão
de uni conjunto em ouuo, caso um deles seja fomecrdo e
o outro seja necessário.
Analise a configuração geral da Figura 5.116 com
os parâmetros de espttial interesse para sistem~ de
= 2 :\l fi
1
Z. = -llRc - Rc = J,3 kfi
hun
e) A ~ =-
1t1b Rc
hib
=-
(-0.99><3.3 i.n >
..
= 22.,,.91
1421
d) A, :hfl' = - 1
As configurações res1antes que não foram analisadas nesta seçào foraol 1ransfonnadas em exercicios
que podem ser encontrados na seção ··Problemas.. deste
capirulo. Supomos que a análise antenor re' ele claramente
a:. semelhanças na abordagem, uuhzando ~ modelos r,
o
.
)
"'
~
'"·
Figura 5 . 115
E.'emplo 5.21.
dua!> port~. O modelo híbndo equiva lente completo
é, então, sub!>Ltll1ido na Figura 5.117 utilit.ando parâmetros que não npccilicatn o tipo de coofigumçJo.
Em outra~ pala\"ra~. as l)Oluçõcs serão em tcrmoi. de
Ji,, "" h.t C h~. 01fcrt.-nlemenlc das anali!.CS feitas cm
..
.'.!.?W
+
~..t\'
-
hjb:
-0.99
""' ;;;: 14 .3 o
11,"' = 0.5 1tAfV
t
(
o
+
3JW
-=- 10\'
+
'
-
.. z.
Captrulo 5
I
..
+
R,
+
v,
l
'V
Análise CA do translstor TBJ
•
279
I
•L
. '
-.....J------00----'
Figura 5.116
S1:.tem.ideduas~
' ..
+
R.,
.z '
v, 'V
+
-1Figura
5 .117
-o
=j) '~
il
"+
h, \
-
'V
~I
"1 ,.
1
il
. z.
\
RL
-
1
Subs1i111içlio do cim>ito híbrido cc1ui,alen1e co1npl1:1u no ~i-.tan3 de duni, purU1> da Figura 5.116.
~cçõc:.
anteriores deste capitulo. o ganho de corrcnlc
•.f será determinado primeiro. uma \CZ que 3!!> equações
des.?nvolvidas nesta análi!>e se mostrarão úteis na determinação dos outroR parâmetros.
Ganho de corrente, A = 1 / 1
A aplicação da Lei dM Corrmtcs de KtrchholJ ao
circuito de saída resulta cm
Ganho de tensão, A,= VJV,
A aplicação da Lei das Tensões de Kirchhoff ao
cin:uno de entrada re:>l!lca em
A sulNituiçào de /, = ( 1 - lrfil )l !li • da Equação
5.167, e f. = - 1· R,_, do resultado anterior, gem
\', =
-< 1 -r h,,R1) h
1
h1Rr
V0
-
lirV"
Resol\ endo a relação V./ 11i. ternos
Reescrevendo a eqmi.ção nllteôor. obtemos
J\esse caso. a forma usual de A. =-li R 'li retomara
se o fator (h}t. - hJh )R1 for pequeno o suficiente quando
comparado a 11;-
10 + !t,,R,J• .o.: h;l.
e
de modo que
/.,( 1 + h.ft1) = h,11
lo
hj
A- - ---' - 1, - 1 - h0RL
(5. 167)
Observe que o ganho de conen1e sem reduzido ao
resulmdo usual de A,= h1 se o finor hfi, for pequeno o
.-;uficiente quando comparado a 1.
lmpedâf'c:a de entrada, Z = V/11
Para o circuito de entrada. I', = h.f1 - h, I'.
Substituindo
t'., - l.ft.1
temo:.
f·' =li,], - h,RLlo
\ 'isto que
1
A ·=...!:!.
'
J.,
1. = A,/,
280
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
de modo que a equação antcnor 'e tran,fonna em
/ 0
1; = h), - h,R,A/,
~
Rs
Ir,
l
------"
/"
h
('1 11,/ Clri
/..
e
f - li, -
Z, -
+11 , 1 \~1
"'"'. \!,, - lt,,V,,
- -
Resol\eodo a relação l'/1,. obtcmo!>
\'
= hjl,
h,R1.1\ 1
_ \ 'o_
0
-
1
· R.ll
(5.1-0)
I
Ne!>~ c.a!>O. a i.mpedãncia de !>aida
e :.ub... tituiodo
e redULJda à forma
u:.ual L. 1 h para o traibi~tor quando o !.Cgundo fator no
denominador é >UJicirotcmcntc menor do que o pmn1..-iro.
EXf 1PL "'I 5 22
obtemos:
Z =
\1
_I
I
= /r·, -
t5.169)
1
Para o c1rcui10 da Figura 5.1 18 detenn1ne o:. !>Cguinres
parãmctro> uuhl.8ndo o modelo híbrido equ1\ alenle
co1npleto e compare com O!> re:.ul!ados obudo:. uüli.t..ando o modelo aprollinado.
a) L e L' .
,\ tõnn:i u.,uaJ de z = h !o.cri obtida ~ o ..egundo
fator no denominador (h. RL) for uficienu111t11tc
.
menor
do que 1.
b) A .
c) , f I li ,.
d) Z'. (com Rc ) e Z (mcluindo R, ).
Soluç. o·
Impedância de saída, Z
~· · ~0
,\ impcdi:ncia de saída de um amplific:idor e dcfinicb pela rar.io da tensão de s:dda ix:la co11cnte de saída
com o ...inal J' fiitado em 7.cro. Para o circuito de entrada..
com 1'. = O.
I·
'
li, \',.
= - ---'--"-Rs + li,
Sulbtíruindo essa relação na equação a~- obuda
do c1n:u110 de sruda. temos
Agora que ns equações basica~ para cada 'ari:i,·el
foram dedundas. a onlem em que ~ào calculadas é arbitrária. No enl.41nl0. a impedância de entrada co~ruma ser
u1n \alor que é ú1il conhecer e. portanto. ela "erã calculada primeiro O circuito hibndo equ1\alente completo
para cmi ...,or-comum foi ,ub títuido e o circuito foi
red~enhado. como mostra a Figuro 5 119 O cin:uito
equivalente de lbé,·enin paro a seção de entrada da
rigura 5 119 resulta na entrada cqui\alente da Figura
5.120. u1na ,ezqueEn - J '~ cRrh a R\- 1 kn (como
8V
J'·
4 ... lcil
470k0
(
I
R,
1 tn
+
v, '\,
-z
+
Exemplo 5.22.
I
•
Q
'
-
Figura 5. 118
..
o
z,•
l
'·
-
Captrulo5
' ..
I
'\,
..
~
l
1
..
2 x 10·~ V
~
1101
-
--
+
Z,_.
4.7 i.n
<;o LO
'
-
1
Tb1h.mia
Figura 5. l 19
Substituição do Cl.Jailto hibndo equ1~3lente completo oocarroito C1\eqW\'3lente da figuro S. 11
I
f
..
R,
=ttlb
'\,
..!""() i..Q
-
•
lbúl
I
~
+
+
~
..
• +
1 i.o
R
~·
..
281
AnállseCAdotranslstorTBJ
+
Z.,
I
h
..
! ,., lQ
+
1 kQ
+
'\.,
'\.,
-
-1
,,,.
~~.
:?. " 1{) ..i t.i:.
•
1
l
"" ,
•
z
1
T
111)1
...
• 5<1kQ
-o
4 .7 i.g
:!li µS
1, ., •
z
1
'
-
T
Figura 5 .120
Substituição da seção de c:ntradà da Figuro 5. 1 l Q pur um ciralito Tbêvcnin equivalente.
resulmdo de R11 - 470 Ul ser muito maior que R!> - 1
kíl). Nesse exen1plo. R, - R... e I é defmido como a
corrente arravés de Rc-- como em exemplo:. anteriores
deste capítulo. A impedância de saída Z~ como definida pela Equação 5.170. sene somente para o:. terminaís
de ~da do transis1or e não inclw <h cfeit0$ de Rc. L~ é
sunpleitmcntc a combinação em paralelo de Z~ e R1 • A
configuração resultante da Figura 5. 110 e. t.-ntào. uma
côp1a c..'Glla do c1rcu1to da Figura 5.117. e as equações
b) EQU3~o 5.168:
\'
-lrj,Rr.
A=~=------~
\ ',
Ir., - lh,.h,N - h1.J1,,JRt
-e 1101<-i.1 lni
----------------,--lb l!l • (( 1.6 ln )(20 µS~ - (1 10)('.! X t0....)}L7 l..fl
- 517 X 1-0"1 fi
- 1.1>1.!l
-- -- -----(0,1)32 - 0,022~ 1 .7 kfi
-Sl7 X 101 fl
... fltLfl ~ ~7 !l-
deduzidas antcrionncnlc podon ~'T aplicad.as.
= -311.9
a) Equação 5.169:
•
V1
hj/lr,RL
Z; = - = h· - - - ,,
'~
1
+ "·~'
16 kn ,
l't'T.TIU -323. 125.
e) EqllltÇjo5.167:
(110)(2 X IO.,s>e4.7 lfl)
-------1
110
1 + (20 µS)(-t..7 l;fl)
+ (~0 µS )(-l.7 k!l)
- 1.6 k11 94..52 n
= l ,S I kfi
,·crntr 1,6 kfl, u..'iUndo-se simpl~mcnte 11,.; e
usando-se .-tr == -hJfiLlh,,.
=
110
1
+ 0.()9-t.
= 100,55
''ersuç 110. usando-se si anplesmcntc /J._.. Visto que
470 kQ >> 7..,'. !, :::: /,'e A,= 100,55 trunbém.
d) Equ,>JÇào 5.170:
Z• -
'
-V" 1...
1
---------11~ - [hr...h,.... /(h, ... + R,))
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
282
=
1
~--------------~
:!OµS - l(l 10)(2 X 10.j)/ (J,6k0 ~ 1 kQ)]
- - - -l - - -
.,º µS -
b)A,
S.46 µ.S
c)A
l
115-tµ.S
z..
d)
So lução:
= 86.66kfl
que é maior do que o valor detenninado de 1 h '" 50 kf2: e
Z.
Rc Z:, - 4.7 l..fl li 86.66 Lfl
=
delo híbrido equivalente completo. e con1pare com os
resultados obtidos utilizando o modelo aproximado.
a) Z,
Os parâmetros híbrido- para base-comum são dedwidos dos parâmetros para emissor-co1num pelo uso das
equações apro:<imadas do Apêndice B:
= 4.46 kfi
hib .:::
"ic
=
1 h~
16
· i...n
1
7
\ "er.ru.f
+ 110
=
14 41
'
n
4. 7 kft usando-se somente Rc.
Obsen e. dos ~ultados anteriorà. que .tS M>luções
aproximada') par'J A, e Z1 foram muito próximas da!> caJcula<la<. com o modelo equivalente completo. . a ~\.'lliadc,
a1..: ..f lc\·c wna diferença de 1nenos de l~'o. O valor maior
de Z' somente contnl>uiu para nossa conclusão anterior
de que
e normalmente tão alto que pode ser ignorado
qoondo comparado cotn n carga aplicada.. Enbetanto. saiba
que. quando hã necessidade de detenninannos os efeitos
de h . eh_ o modelo híbrido equivalente completo deve
ser usado como descrito anterionnente.
A fofh:i de dados de un1 transistor nonnahnente fornece os parâmelros para a configuração emissor-comum.
como pode ser' isto na Figura 5.92. O próximo exemplo
empregará os mesmos pnràmetros do lt3J1Sislor que aparece na Figura 5. 118 em wna configurac;-ão pnp base-comum
com o inruito de mtrodu.ii.r os proceduneru0:. de COO\ ersão
de parâmetros e enfauz.ar o faro de que o mcxfelo híbrido
equ1,alcn1e mantém o 01es1no formato.
z·
EXEMPLO 5 23
Para o amplificador base-con1um da Figura 5. 121.
Observe como~ valor ~tá próx.i mo do valor determinado por:
hib-
""
r~- fj -
1.6 kO
110
-
t4..55
Tnmbém.
h,,Jr,.,.
Jr,y,
Õ!!
( 1.6 kíl.)(20 µS)
1 + 110
1 - hfo - h,.. =
hfb .. --hfi
-- -
1
+ hfa
h~
1 + h;
resulta em R n
equação dez •.
,,s
R,
+
\
'\J
figura 5 .121
E.'<emplo 5.13.
3 1&
\
=3 LO
l
kQ ;
'
-
+
-=- 6 \
~
0.75 k.n para R na
I
\
(
o
+
2-2 kíl
z.•
10
- J 10 = - o.,,
"'91
l - 110
:!O µS
= 0,18 µ S
l . 11 O
..
..
1 lc(l
X
Substituir o circuito híbrido equivalente para base
comum no circuito cb figura 5.121 resulta no circuito
equivalente para pequenos sinais da Figura 5.122.
O circuito de Thé,enin para o circuito de entrada
h,. . 1.6 kQ
h1r . 110
h,.. • 2 X 10" 1 h,,, - :!()
,
- 2
= 0.883 " 10 - .i
determine os seguintes parâmetros. utiliz:ando o mo-
+
n
z
--
z
\
'
-;::;- 12 V
E
-
Captrulo5
I
..
1,
L
R
"
~
+
1,
•
14.-l I
o
º~" 10 ,,
.3 w
-
-
Th~>en1n
Figura 5.122
+I
~
'V
-0.991/,
,,,, 1,
z.
lt_, a D,111 pS
2.2 l.Q
1
•
1
b
,,
o
•
-o
Equhalentedepequeoo.....inaispam o orcuitoda Figum5. l:!I .
151,3. utilizando-se A, :::. - h_,.R11h,..
d) Equação 5. 170:
a) Equação 5. 169:
V·
I
h
'
L
' = f; = ih
n
14 41
'
\'t"rnIÇ
-
h r,,h,,, RL
J'
l 1 h,.bRt.
z
"
(-1.991){0.8&3
10 ~)(12k 0 )
- - - - - ·- - - - - - - -
1
l.t.60
1
= ------~
lt,,. -
--
IA~ "'"' + R,1]
l
º· b,a.S - - -1 -
+ (0.18 µ$)(1 .2 kíl)
t4.4t s1 1- 0,19 n
\:t?nU~
1
1
1
. -
•~v
'V
l
e
1\0
+
\.
•
•
283
AnállseCAdotranslstorTBJ
H-<1.Wl1<0J\ll3 ' 10 ') '<14 .-U O• e .-~kfl•I
.n
1wn1s 5.56 ~t.n. utilizando-se
14,4 1 n, urilizando-se Z, :::: h . e
z:
~ 1/hd<" Para
z ..
como define a Fibrum 5.122,
z, = 3 kil llz; - z; = i .i,w n
~ . = Rc
z;, =
2.2 kO ll 3~19 Mfi = 1,199kfi
b) Equação 5.167:
A' - 1,, - __1_11_,,_ _
i
li - 1 + h~RL
,
5.22 MODELO rr HIBRIDO
-0.991
O i1himo modelo de transistor a ser apn.~tado é:
o x hlbrido da Figura 5.123. que inclui parâmcuo!> qut
não aparecem nos outro~ dois modelos. pnnc1palmentc
para fomL'C'CT um modelo mais prt.-ci.so pnrn efeito.-; tlc
1 +(0,18µS)f'2kil)
= --0,991
Visto que 3 k!l >> L,'. 1,
= /,' e ..f, = /) 1, -== - l _
alta frequência.
e) Equação 5.168:
~
·"'- = -\ 1 = 11..,
r,,, r()I r e -
-lr1 R1
+ rf1,.,JI,.., -
111-'11 ,JR.L
-..-(l.'191!1~.2 lfll
1 Lll fl -r (114Alfil(O.lipl -1-il..i9ll(l)AJ X 10 4 1J~.2 t..l1
149..25
Os resistores rr r,,. r,, e r. silo a!. l'L~~têod3!. êlll.n:
ot. terminai,. inJicad01> do dispositivo quando ele õ.tá na
região ati'a. A n:sistência r 8 (que usa o sitnbolo z para
r.
r--'VVv--8
b'
..
1,,
+
'
E
Figura 5 . 123
r
cf-}
~ '•
'·
e
"
e
•1
o
r
r
J
Plh' - g.,V,.
E
Circuito Giacolen.o 1ou •híbrido) equivalente C1\ do tr.ms.ISJOI' pam pequenos sinrus em al~ frequênc1h
284
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcli!M
e-.&ar em conformidade con1 a tenninolo~a :t híbrido) é
simplesmente /Jr, tal con10 introduzido para o modelo r,
emi:>M>r-comum .
1...10 e.
(5 171)
A roi<.lência de ~ida r, é aquela que nonnalmcrue
aparece atra\ ~ da carga aplicada Seu 'ator. que cos:ruma o~ilar entre 5 lCl e 40 ~n. é dctermi~Jo a partir
do parâmetro hibndo h,.,.. Ja tensão E.arly ou das cUl'\.as
caracten~tica~ de :.ale.la.
A n.~i,.tênciu r, inclui o contuto de ba:.c. o ~ub:.trato
de b~c e o:. 'alorc!> de rcs1~1ência tlc ãp.alhamento da
b:bc. O primeiro !>C Jcvc à concxào reaJ com a bas.c. O
'-t.."gUJldo inclui a n:s1stência u partir do t~>rminal externo
para a região ativa Jo transistor, e o últnno é a resistência
efcti,'11 ck--ntro da região da base ali'-a. Seu valor usual é
de al!:lln, ohm, a de7cnas de ohms.
,\ resi.;tência r. to sub<;erito 11 se refere a imiiio que ela
proporciona entre º' tcnninai:. de coletor e base) é muito
grande. e fornece um caminho de realimenaiçào da saída
p.-ua os cimJitos de entrada no modelo equivaleme. Costwna
ser maior do que pr.,. o que a coloca na fai.u de mcgohm.s.
~
e. e e.,
Todosº' capacllores que aparecem na Figura 5.113
são capacit.incia~ p3ra na-; de di persào entre as \irias
junçõe:. do di'po'íli\O. São todas efeito' capaciti,os que
realmente entram en1 ação apenas em altas frequências
Para frcquêoci.3:. de bai\a!> a 1nédias, "Wl reatãncia é muito
elevada. e elb pode1n :.cr con!.idcrndM circwt~ abeno!..
o capacitor e. ntravés J o:. tenninai~ de entrada. pode
variar de alguns pF a dezenas de 11F. O capacitor C da
b&e para o cole1or gemi mente -:e limita a alguru. pF. ma:,
e amplificado na entruda e na sruda por um ctolO chamado
efeito ~1iJJer. quc '-Crá i1bordudo no Capitulo 9.
(31~
ou gmv..
É importante notar. OU f tgura 5. 11). que 3 fonte
controlad3 poJc :.cr uma fonte de corrente controlada por
tcn:.lo (\1CCS) ou uma fonte de corrente COllln)!.u1a por
corrcntc(('CCS).~'TldL'ndod<Y..p.U'àmc.'tnb~.
O~c
n.'l
a:.
~gu1ntc!>
cqu1,alenc1as de p.-i.r.imctnb
-
Fil!'W3 5.123:
1
~"' = -;~
e
r,, = -,
(5.172)
1
1,.,
{5. 173)
r-
com
--=--
r-:r
iiii -
r,.
:::.
J1,,.
(5.17-i)
De\emo, pn....,uar uma atenção especial ao fato de
que as fontes equi,11lentc!S fl/' e >?~J ,são nrnros fomes de
corrente controlada. Uma e controlada por wna corrente
em outro ponto no circuno. e a outra. por uma censão no
lado de entrnda do cin:uito A equ1valt!ncia erure elas e
definida por:
Paro a ampla g3Jll:l de análise de frequências baius a
médias. o resultado dos eteítos das cnpacitãncias de disper..iio pode 'er ignorado em função dos valores de reatãncia
muito ele' ado., ~.;ociado, a cada uma. A resic;tencia r,.
co tuma ser pequena o ~ficiente em relação aos oU1J05
elen1cnto' em c;éôe podendo 'er desprezada, enquanto a
resistência r. é geralmente ,-ufic1entcn1entc grande em
con1paraçào com ~ elemen10:. em paralelo podendo ser
desprezada. O re-.uhado ê wn circuito equi' alente semelhante ao modelo r, apresentado e aplicado neste capuuio.
No CapiluJo 9. quando tralanno:. do!. efeito:. de ah.a
frequenc1a. o m<><klo z hibnJo 'erá o e:.colh1do.
5.23 VARIAÇÕES DOS PARÂMETROS
DO TRANSISTOR
E't istem dívcNi' cuí\ us que pode1n ser desenhadas
paro mostrar 3~ 'ariações dos p..ir.imccros do trnnsistor com
a ten1peratura. a frequência. n tensão e a corrente. l\es.le
estágio de de,.en,oh imento. a!. nu1b inlere!.santes e útei~
são ns variações com o 1empc..'tnrura da junção e com a
tensão e a corrente Jo role1or.
A 1' 1gura 5. l '.!4 mo:.tta o efeito Ja corrente do coletor
no 1no<lelo ,. e no modelo hibndo equl\-alente. OC\.Ol)(b
atentar para a escala lo~'3ritmicn nos ei,Ao~ \ertical e
boruontnJ. A:.~ 10!,>aritmtcil!> 'crJo examinada,, cm
detalhe no Capitulo 9. o,. paramctros foram todo:. normah.t.ados (um proc.."'so J ..~nlo cm dctalh..-:. na Seção
9.5) para a unidade. de modo que a..c, \ariaçõcs rel.lti\-a.,
em amphlude. dc\'ido ã correnlc de coletor. podem "CT'
determinada., facilmente. Fm c;ida conjunlo de curYas.
con10 n~ figur.s-. 5.1:!4 a .e; l'.!6. o pon10 de opernçào no
qual o<: parâmetro' foram determinados sen1pre e indicado. Para e-.;a situ:sçào cm especial, o ponto quiesceflte
está nos 'alore:. raz~, cimente usuais de 1', 1 - 5.0 \ ' e
/1
1,0 mA Un1a \ e7. que a frequêncin e a temperatura de
opcmçüo tn1nbém afewn o." panlmetros, eSS:lS quantidades
tan1bé1n são indicada. . nas curvos. A Figura 5. 124 mostra
Captrulo5
Análise CA do translstor TBJ
285
lc = 1 mA
lcE .. 5 V
T=25"C
f = 1 kHz
0.02
0.01 .....__ _ _ _....____..___ __.__ _....:.,.__--1.
_ _.___ _....__ ___
1
0,1
Figura 5.124
0.1
o.s
1
1
5
10
50
lc {mA>
Vanaçôcs dos parânxlms hibndos com a corrente do coletor.
a 'ariação dos parã1netros com a corrente do coletor.
~Oh! que. em 1, = 1 tnA, o 'aJor de iodo:. os parâmetros
foi normal12ado a 1 no eixo \e1'1.Ícal. O re:.ultado e que o
\ator de cada parâmetro se compara com aquclo oo ponlo
de operação definido. Vi:.to que os làbncanlb costumam
lbM o:. panlmt-'lros h!brid0i. para gráfico:. dõ...;c tipo, eles
.;ão as cwvru. t.~colhidas na Figur3 5.124. li.o entanto, para
ampliar a utili7.ação dns curvas_ os parâmetros r. e os parâmetro:. z híbrid~ equivalentes tambem foram adicionados.
•
1\ pnmeira vista. é particulannente interl!'itsante
nolllrque:
O parJmetrc> hli--(PJ ,·aria n1enru do que tudo::. ~ pariimnro' ele t11n circuitv eq1ti1·ale11lt! de tro.n:>i\Ior t/11a1ufo
troÇt1do e111 rclt1çiio a 1YJriaroo 11a corrente dt• coletor.
.\ FigurJ 5.124 revela cl3r.tmcnre que. para toda a
fain da corrente do coletor, o parãmetro h, (/1) varia de
metnde de seu valor no ponto Q :Ite um pico cerca de J .5
vez este valor em uma corrente em tomo de 6 mA. logo,
para um 1ronsistor con1 um Pde 100, ele \1lrin aproximadamente de 50 a J50. Isso parece moiio, mas observe li,•..
que salta paro quase 40 vezes seu valor no poato Q em
uma correote de coletor de 50 rnA
A Figura 5.124 1ambém mo:.lnl que lt,,., l 'r,) e '1,.(/Jr,.)
' ariam ma.is na faixa de corrente escolhida. O panin1etro
li \'aria de cerca de 10 vezes o seu valor no pooco Q até
cerca de um décimo do valor no ponto Q em 50 mA. Essa
'anaç:lo. porem, é esperada porqlle sabcmós que o' alor de
r e:.lá diretamente relacionado com a co11ente do emü.sor
•
por r,-26m\r lc. A medida que lc (== lc>aumenta.o valor
der, e. porunco./Jr díminw. como mostra a figura 5. 124.
Ti:nha em mente. ao exa1ninar a cuna de h. em
relação à co11ente. que a resistência de sa1da real r é 1 'h_.
Portanto, à mt..-dtda qui: a curva aumcn1a com a corrente.
o valor de r :..e toma cada 'cz menor. Vii.10 que r é um
par.lmctro que nonnalmcntc aparl'CC cm par.llclo com a
carga aplicada. valores decrescentes de r podem causar
um problema critico. O futo der,, cair a quase 1 ..tO de seu
valor no ponto Q pode significar uma redução reaJ no
ganho em 50 m \ .
O parâmetro 11. varia bastnnce. mas. uma vez que
seu 'alor no ponto Q costuma ser pequeno o suficiente
pnra permitir que seu efeito seja ignorado. é um parâmetro
que preocupa apenas no cru;o de correntes de coletor que
sejan1 n1uito inferiores, ou razoavelmen1e superiores. ao
nível no ponto Q.
bso pode parecer uma descrição extensa de um conJUnto de Cut\ as camcterisucas. No entanto, a expenência
tem re\elado que gráficos dessn natureza são muir.a.. \Ues
examinado; sem a preocupação de apreciar plenamente o
impacto gtta1 d.tqwlo que fornecem. Esses gnüit.'ó.S revt:·
lan1 uma grande qrum11dade de 1n fonnaçõc:. que podcn.nn
ser extremamente ulCL:> no processo de projeto.
A Figura 5.125 mo!>'tra a variação no valor doi. pa·
rãmet:ros em dec0t1ência de alterações na lciL'\ào coletor
en1i~<;0r. Es.-;eoonjunto de curvas é nonnalizado no mesmo
ponto de operação que as curvas da Figura 5.1 24 para
pennitir COTI1Jl3TélÇÕes entn: os dois. Nesse caso. contudo. a
286
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
JOOO
!000
1000
700
1
" ,~.T. .' •......
' '·.'·.·.
500
300
lc., 1 mA
\ e! = .5 V
T=25' C
/ • 1 ~.u,
ltHl""!•
ft....tT.l
li.,,.(r)
• ••
·.
........' •
100
1
, ...
,
, , ...
,
' "·
·. ..
200
,
/
~·
81'
, ,..·
.... ••• . ...
••
• . .. •
• -
"'-·~·
,, l.i\
_.,V",
70
so
10
Figura 5. t 25
O..?
l
'º
2
so
20
100
~tf· (V)
\'a.nações dos parâmerros bibndos com o potencial coletor~mis.sor.
escala 'en1cal indica a porcentagem. em 'ez de apresentar
Na Figura 5. 126. a 'anação nos parâmetros foi
ofuueros mtetros. O nÍ\ e;;I de 200~0 defmc: um COOJuntO de
parâmétro!> d~ veLCS maior que o de 100"' •• Um ru\él
desenhada para , ·anações de 1en1peratura de junção.
O valor normalizado é o da lemperaturn ambiente:
T = 25 ºC. A escala hotUontal e uma escala linear. cm
vcL. de logarítmica. u11h111da na:. duas figurai. anLc~
De modo geral
de l 000" o rctlc:t1ria uma allcraçào de 1O: l . Note que: h" e
lrs têm valores relativaincnlc Ct;távcis cm magnitud..: para
variaçõc~
na rensão coletor emissor. enquanto a variação
é mwto mais significativa para alterações na corrente do
coletor. Fm outras palavras, quando se deseja que um
parãmetto como li (/Jr,) pennaneça relatl\'"llmente estável.
devemos manter a varinçào de J, a um mínimo e nos preocupar meoos com as variações na ten..<;ào coletor-emissor.
A variação de h e h.. continua a ser significali\"n paro a
faixa indicada de tensão coletor-einissor.
3.0
todos os pará11u!1ro~ ele 11n1 cin."11ito equi1·0/e111e híbn'do
de h·an,isffJT aumentam de valor c:um a te111p<>rulura.
No entanto, de\"emos te:r em mente, mais uma ve7_
que a resistência de said:! re31 r., está inversa1nente relacionada a /1,. e. ponmlto. seu valor cai com o aumento de
11,,... A maior ,·ariaçào ocorre em 11, ~embora seja possi,el
(11,0 ('I]] o:buliçio 1
(ltOcm ~11:.olidu)
•
•
.
.
.. .,. "
•
"' ,.,. f,~
••
..-···
1.0
lc
= 1 mA
VcE =S V
T• 2S"C -
f=
...." "'
.··~·~·+·-·.....~,:::.:""=------- h;~)
1..S
•
.-:•
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ,. '.li'
• • • •• • •
1.01---- - - - - - ;"""""·...:.:..;..;.;._.t- -- - - - -
1 tHz
1
Figura S. 126
r.. }
\':uiaç.ões dos paràmetr0:. ~com a 1emperarura..
'
(7:,.l
Captrulo 5
Análise CA do translstor TBJ
287
now que a foixn da escala vcnical e consideraYelmente
de cone. Se o projeto é de chavean1en10, então mua-se de
menor do que nos outros gráficos. A uma temperatura
de 200 "C, o vaJor de /r,. é quase o triplo de seu valor no
ponto Q. mas. na Figura 5.124. O!> parâmetros saJtamm
para quase 40 vezes seu valor nesse poo10.
Dos l.rês parâmetros. porconseguin1e. a variação da
corrente de cole1or exerce, de longe. o mruor efeito sobre
O!> par.ilneLrOs de um circuito oqui' al01Le de IJ'an:.istor. A
ttmpcraturo é sempre um fator relc\"antc. mas o efeito da
roncnle de coletor pode ser sign1ficauvo.
um resultado esperado. mas, no modo de amplificador.
•
5.24 ANALISE DE DEFEITOS
Apesnr de a tenninologia anóli., e de d~feitos sugerir
que os procedin1entos a serem descritos existem apenas
para bOlar un1 inau funcionamento. e unportante compreender que é possivel apltcar as mesmas reaucas para
bSCgurar que wn sistema funcione apropriadamen1e. De
qualquer modo. os procedimentos de lote. verificação
ou isolilçào requcretn um en1end1mtnto do que !>e espcrat
cm di\t:n.&.. pontos do circuito cm ambos os domínio~.
CC e CA. 1 a maioria d~ caso~ um c1rcu1to que opera
corretamente no modo CC também fimcionar.í de maneira
apropnada no don1ínio CA.
De motlu geral. portanto, .\e! uni ,;:,tema niio jit11-
''inna corret(l111en1e. pri1neiro Je-./igut• u fonttt CA
t'
\"f!nfiq11e "' ni~eis de pof~ri:.açiio CC
Na Figura 5. 127, Lcrnos quatro configurações a tran~tor com valores c.-;pcci lieos d~ tensão que foram obtidos
ao scrcJT1 medidos por um muJúmetro digjttl em modo CC'.
O primeiro teste de qualquer circu1lo a transístor consiste
simplesmente em medir a tensão base-emissor do transístor. O fato de ela ser apenas 0.3 \ ' nes.~ caso sugere que
o transis1or não esteja -ligado" e. tal"ez. em Slla região
Figura 5 . 127
Venficação dos DÍ\et> CC parn de1ermlnar se
e>.iste uma conexão abena que ímpede que a lensào de
bnse atinJa um ni' el operacional.
J\a figura 5. l27(b). o futo de que a tensão no coletor
é igual à teiisão de alimentação reve1a que não há nenbwna
queda atra\ ~do reststor Rc. e que a conente de coletor
equ1vaJc a .ten>. O res1stor Rt está conectado corretamente porque fé.la conexão entre a fonte CC e o coletor.
Entretanto. qualqucr um dos outros elementos pode não
ter ~;do ligado dl.'\;darncntc, e isso rcsuJta na ausência de
uma corrente de base ou coletor. Na Figura 5. 1l"(c}. a
queda de tmsào entre coletor e emissor é nluJto pequr!113.
quando c-0mp;uada com a tensão CC aplicada "\(ormal·
mente. a tensão r· está na faixa média de. ml"ez. 6 V a
14 \ '. Uma leitura de 1& V causaria a n1esma preocupação
do que outr.11 de 3 V O mero fato de eicistirem niveis de
tensão sugere que todos os elen1entos estão conec1ados.
mas que o valor de um ou n1ais elen1entos resistivos pode
estarenado. ~a Figura 5. l 27(d). verificamo que a •ensào
nn b&e é exammerue a meLade da tensão de aJimeni.ação.
Vimos. neste capirulo. que a resistência Rr :.erá refletida
â base por um fatOl" beta e aparecerá em paralelo com R1•
O ~ultado ~a uma tensão de base inferior ã metade da
teru.ão de ahmentação. A medição sugere que o temúnaJ
base não c:.lá ligado ao dtvisor de tensão. o que caie.a wna
di\.isão t.-quãnime doi. 20 V da fonte.
Em um amb1cntc up1co de Laboratóno. a resposta CA
cm vános pontos no c1reuito é verificada com um ~il~­
cópio. como m&..tra a Figura 5 .128. ObSCT\·c que a ponta
de prova preta (G~'D) do osciloscópio esta oonecbda dt·
retamente ao terra. e a ponta de prova vermelha e movida
de ponto em ponto no circuito, fornecendo os padrões
que aparecem na Figura 5. 1 2~. Os canais Yenicais ~
fi~ados no modo CA paro remover qualquer componente
u1n c1TCU110~ pola:mado
adequadamente.
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
288
e.o
I
\
-...._
' Cn1\ )
R
o
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l
-......
-.. . .... ....
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R,
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\,
'
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.......
''
'
'
0-cib.côpio
~
'
'
-------------
......
.•••
. ...-..
•
Unha« 1erm tGNDl
Figura 5. l 28
Ulilir.ição do o:-eilo!>OOpio para medir~ mo~tmr vária~ ten:,~ dé um amplili..::tdor TBJ.
CC associ<ldo à tensão en1 u1n ponto especifico. O pequeno
çjn:il C ,\aplicado à base é amplificado para o valor que
aparece do coletor para o terra. Obsene a diferença nas
esc1Jlas 'enicais para as duas tensões. _ ão hã nenhuma
respth-ui CA no terminal ernissor devido ao curto-cireuito
pro\ ocado pelo capacitar oa frequência aplicada O fato
de que 1 é medido em volts e v em mili\Oh:. :.ugerc um
ganho cons1detã\'el para o amplificador. !\o geral o circwto parcc< operar correuunente. Caso queua. o modo
CC do multimetró pode ser usado para conferir J'-.r e os
valore:. de J.. J'cr e l'c para conferir se cJei. õtlo na fiuxa
C:.J>Cr.ida. Nattmúmentc, o osciloscópio pode !>CT" utilizado
também para comparar valores CC simplesmente pela
mudança para o modo CC cm cada cnnal.
Uma re:-posta CA incorreta pode ocorrer por diversos motivos. \la verdade, pode e~istir mais de um tipo de
problem:t em um mesmo sistema. Feli7llll?Jlte. porem. com
tetnpo e experiência. a probabilidade de mau funcionamento em algumas áreas pode ser prevista, e um:i pessoa
experiente pode rapidan1ente isolar áreas com problemas.
De modo geral. não há nada de misterioso no processo
de análise de defeitos. Quando se decide seguir a resposta
CA. wn bom procedimento é co1neçar com o sinal aplicado e
prosseguiratra"és do circuico em direção à~ conferindo
pon1os crui~ ao [ongo do can1inho. Uma m.posra ineí.perada em um pomo sugeJc que o circuito e:.t.i com problemas
nessa área. e bSO define a região que de\e ser lll\~gada.
A forma de onda obtida no oscilosc6pto cert3.0k.'nle ajudará
a dcfimros po:o.:.l\'élS problemas com o CU'CWlO.
Se a resposta para o circuito da Figuro 5. 128 é como
a mostra a Figura 5. 129, o cireuito apresenta um mau funcionamento que se concenun pro\ avelmente na região do
en1issor. U1na resposta CA atrnvés do emissor não é e:.perada. e o ganho do sistema como re\'elado por ~. é muito
inais baLxo. Lembre-se de que. para essa configuração. o
!,.>anho é muito maior ::.e Rr esth·er desviado. A resposta
obtida sugere que Rc não está des\'u1do pelo capac1tor e
que as conexões do terminal do capacitar e o capacitor
em si devem i.er conferi~. t\esst! caso. umu verificação
do:. valores CC pro\3\elm~te nào isolará a área do problema, unia \ cz que o Cápacitor se comport3 como um
"circuito aberto"' cqui\alcntc pan1 CC. NonnalmcnLc. um
conhecimento pn.~io do que esperar, uma familiaridade
com a instromenttção e. principalmente, a experiência são
futores que conmõuem para o desenvolvi1nento de uma
abordage1n efetiva na arte dn análise de defeitos.
,
5.25 APLICAÇOES PRATICAS
Misturadc,. de át;d'o
Quando doll> ou mais sinais de' e1n ser combmado.s
cn1 uma única swda de audio. empregam-se misturaJon:::.
como o mostrado na Figura 5.130. Os potcnc1õmctrOS. na
entrada são o:. controladoR.~ de volume para cada canal.
com R3 inclurdo para ofcrec~r equilíbrio adicional entre
os dC1is sinais. Os l'\?$fstore<1 R~ e Rj estão IA para garantir
que um canal não afrtará o outro. isto é, para garantir que
u1n sinal não surgirá como uma carga para o outro. não
Captrulo 5
Análise CA do translstor TBJ
289
''cc
\ 1
R1
,
,
o
,
+
V, ' \ ,
Figura S.129
Fonna.' de onda ~IWUC$ d<! um mau funcioria1n.mto na rcgiio do ~rs...or.
retirará energia e não afetará o equilíbrio desejado no
c;inal misturado.
O efeito dos resistores R~ e R, é importante e deve
ser discutido com 1nais detalhes. Uma análise CC da
configuração do transístor resulta em r, - 11.71 !2. que
estabelecerá umn i1npedância de entrada para o transiscor
de aproximndamente 1.4 k!l. A combinação paralela de
R_ 1Z camb<!m é de cerca de l.~ lfi. Colocar os dois
controles de volu111e enl seu valor máximo e o controle
de eqwlibrio RJem seu ponto médio resultará no circuito
eqw\aJente da figura 5.13l(a). Supomos que o !>i.nal
~ ,., seja um microfone de bai.~a unpedànc1a com wna
resistência interna de 1 k!l, e que o sinal em \ : seja o de
um amplificador de guitlml com uma imped.incia interna
n1ais alta. de 10 kf>_ Visto que os resistores de 470 kfl e
500 kfl estão em paralelo para ns condições anteriores. eles
podem ser associados e substituídos por u1n único n:sistor
de cerc:i de 242 k.n Cada fonte terá. então. um circuito
equivalenle. como o que é 1nos1mdo na figura 5. IJl(b)
pnra o microfone. A aplicação do teorema de Thé\·enin
revela que é uma excelente aproxitnaçâo :.1mplesmente
eliminar o rtsblOr de 242 k!2 e supor que o ctrCuito equivalente seja como o mostrndo para cada canal. O resuhado
é o cJTCwto cqui,a1cntc da Figura 5.13l(c) para a seção
o 1;? \'
.rmLn
R3J ld1
e~
1( (~ µ;
ft:
l'.!O
j
2,
Figura S. i30
Místurndord~áucho.
r, == 1.4 1.11
290
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
'\,
--
- 1
1
3J ill
41ou1
UI
--
;oou1
1 LJl
J
u
'\,
'\,
-1
-_t-
?'
-
T
U1I
t
11
(C)
Figura S.131
(a) Circuito equivalente com R 1 aj usmdo paro 'ieU ponto nlédio e o.; controles de \'Olume parn o ponto mhimo:
(b) daerm in3çào do equival~nte Tht?~enin para o C31Ull 1: (e) 'ub!>tllu1ç.ào do" circuito equi\áknte!. Thevenir\ na Figura 5. 13 l(at.
de entrada do misturador. A aplicação do le('l1en1a da superposiçào resulta oa seguinte equação para a tensão Cr\
na base do transistor.
-
\'
/>
-
( 1.4 k1l ll 43 lfl)1·,,
\'b
=
---------34 J...!l
+ (1.4 kO li *3 kO)
( 1.4 kfl l 34 kll)r1 ;
---------~
43 kíl
+ (l .4 kil J34 k!l)
= 11.71 !2. o ganho do amplificador e de
-Rctr - 3..3 k0.'11.71 n - - 281.8. e a tensão de salda e
Com
Figura 5. 132. e a equação a seguir parcl
uti lização do teorema da supcrposiçào;
r~
+
i·,, é obtida com a
l
( 1.4 Ul 10 L.il)vs,
1 k{l ~ l,4k!l l LOkfl
l
( 1.41.:ll t l!l)l'.,
IOkíl
.
+ (l.4kil ll 1 kfi)
= 055r, - 0,0551·1 •,
Utilizando o mesmo ganho de antes, obtemos a
tensão de saída
v0 = 1551·,1
+
155i·1•,
ã
1 551·~ 1
,. = - 10 71· - 8 4"l'.s__
"
"
.\ '.
..
J
o que oferece wn bom equillbno eottt o;) dois !>i03.ls.
apesar de ambos terem uma t.axa de 1O:1 na impcdãncui
intcma. Em geral. o sistema responde bem. No enl3:nto,
quando S«: remo\ cm os rcsistorcs de 33 kO do dtagnuna
da Figura 5.13 llc). o resultado é o cirruito cqu:i'1llcntc da
que indic~ que o so1n do microfone estará bem alto e claro
e que a entrada da guitarra !.Crâ praticamente perdida.
Portanto, a importãncin dos resistorcs de 33 kfl está
definida e faz com que cnda sinal aplicado tcoha \'alorcs
parecidl.'s de impedincia.. de maneira que haja equilíbrio
na saída. /\lguém pode sugerir que um resistor maior
Captrulo5
K ,,
•
1
r
il
l
'\,,
1
'\,,
-1
~
Ul
1
Figura 5 .l ... 2
Novo ~cnho do cin:uiloda Figura
5.131(1:') com oi. ~istor~ de 33 Ul mnovi~.
melhora o equilíbrio. Entretanto, embora o equilíbrio na
ba.<;e do transístor melhore. a intensidade do sinal na base
será menor. e. conseq\Jen1emcnte. o ní,el de saída será
reduzido. En1 outras palavras, a escolha dfu resistores R4
e R~ é uma situação onde se negocia o valor de entrada
na base do transístor com o equilibrío do sinal de saída.
Paro demonstrar que os capacito~ são reahnente
eqwvalentes a wn cun.o-circwto na fru.'8 de áudio. devemos substtlutr uma frcquencia bem bruxa de 100 HL na
(()Uaçào de reatància de um capacttor de 5611F:
Xc
l
= 2r.JC
=
1
271'( J()() Hz)(56 µf)
= 28 .42 {}
Um \'alor de 2$,42 n comparado oo de quaisquer impedlncias nessa área é certamente pequeno o wficiente para
<õCr ignorado. Frequências maiores terão efeito ainda menor.
No pró:úmo capitulo. abordilremos wn misturador similar construído co111 JFET <Transistor de Efeito de Cnnipo
de Junção) A principal diferença será o fato que a io1pedância de entrada do JFET pode ser aproximada por um circuito
aberto. :i.o concrário da configuração de impedância de baixo
\alor para wn T flJ. O resultado é wn ni\el de sinaJ 1nnis
alto oa eniroda do amplificador JFCT. !-olo entanto, o ganho
do FET é rnullo tnenor do que o do unnilit:or TBJ, o que
resulta cm níveis Je saída b&tanle snnalares.
AnállseCAdotranslstorTBJ
291
omplificaçào ou para an1pfjficndores de potencia \íic:rofones dioãmicos têm. em geral, baixa ünpedãncia. pois sua
resistência interna é detenninada basicamerne pelo et1tolan1en10 da bobtna de voz. A estrutura básica consiste em
uma bobl.03 de \OZ ligada a tun pequeno diafragma li\re
para se mo\;er denuo de um ímã pennanen1e. Quando se
fala ao microfone. o diafragma se move e fu com que a
bobina tamb6n ~ IDO\tmente dentro do t.'3.mpo magnético.
Pela lei üe Faraday. será indllZida uma t~o atr.lvô da
bobma, a qual l.:\ arú o sllllll de áudio.
Por se.- um microfone de baixa impcdància.. a impedância de crumda do amplificador tran.sistorizado não
precisa 'iCf tão alta para captar a maior JY.irle do sinal. Uma
ve7 que a impedincia interna de um microfone djnãmico
pode ser de "0 na 100 Q a maior parte do sinal pode ser
captnda por um nmplificador com impedância de entrada
•
lão baixa quanto 1 a 2 kn. E o caso do pré~mplificador
da Figuro 5.133. Para n condições de polarização CC. a
configuração do coletor de realianentação CC foi escolhida
devido a suas caracteristicas de alta estabilidade.
1'\a operação CA. o capacitor de 1Oµf entra an estado de cuno-cin:uito (em valor aproximado). colocnndo
o resi:.tor de 82 Ul na impedância de enrrada do cransistor
e o de 4 7 kíl na saída do trnnsistor. Uma anali~ CC da
configiuacão do lra.Osbtor resuJta em r, = 9.64 fi. lCDdo
um ganho CA ck-temunado por
A• =
(-17 kO ll 3.3 l0)
9
.64
0
= -319.7
que é excelente para essa aplicação. Obviamente. o ganho desse estág.io de captação do projeto cai quando ele
é conectado ã entroda da seção :unplillcadora. bto é. a
resistenc1a de entrada do estágio seguinte fica em paralelo
oom o~ ~•~torei. de 47 k.Q e 3.3 kn. e o ~anho cai abai.'"o
do \alor sem carga d~ 319,7.
-
!:! \
Pré-a.,,prficador
A função básica de wn pré-amplificador é. co1no
o propno nome diz.: un1 amptifi~dor ulilizado para
ctptar o slrulJ de sua fonte pritruiria e operar nele para
preparar sua passagen1 à seção amplificadora. Um
ptt..ampWicador geraltncnt~ tem a função de nmpWicar o
sinal controlar seu volume. modific:irll!> ca:racteristicas de
tmpcdánt.;a de cntr'cidtt ~ caso n~o. d.:tcrminur i.cu
fl• 1<40
canunho noí' estágios seguintes - no geral. um estágio
de qualquer sistema com funções di,·er.;as.
Um pré-amplificador como o mostrado na Figura
5 .133 costuma ser utili7ado oom microfones dinâmicos
para elevar os níveis a padrões adeqU3dos para maior
Figura 5 .13 J
Pré-ru:npldicador para nucrofone d•nmuco.
292
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
A impedância de entrada do pre-amplit1cador é
detenninada por
Z, = 82 kfl f3r~ = 82 k{l ( 140)(9.&l !l)
- 821..íl l.341..0
=
l.33 kfi
que também e adequada paro a maioria dos ~icrofones
dinâmico de b<lixa impedância. Na \erdade. para uni
microfone com impedância interna de 50 n. o :.ínal m base
estaria acima~ 98°'0 do sinal d1 poni,cl Es.:.a di,s(.u:.:,ão
•
porque. se a impedância do microfone for
e• 1mpon.ante.
1nu110 maior ( 1 ln. por exen1plo ), o pré-atnplJftendor teni
que ter wn projeto diferente paru gar..1nt1r que a unped:incia
de entrad.1 l>éJ3 no meno:. de 1Okn ou maior do que c.:.o.
Gerador de ruído a!e:itório
:-.:onnatmente. e necessário um gerador de rutdo
aleatório para testar a resposta de um aho-fal.•nt~ de um
1nil"rolbne. de um filtro ou de qLUlqucr :.i-.Lc."tll3 que crabalhc com uma larga faaa de frcqu~ncias. Um gerador de
ruído aleatório. como o próprio nome 1ndjca. g~ra sinah
de amplitude e frequência aleatórias. O lato de ~se-.
s1na1' serem nonnalrncnte incompn."Cn,1vc1s e imprevisí\cis é o fll(IU'o pelo qual eles são s1mplc-;mcnte chamados
de ruidn,. Ruído térmico é aquele gerado por efeito'
1crmic<h resulontes de uma interação entTe e•etrons livre'\
e ion.. \lbnintes de um material em condução O resultado
é um grande nu~o de elétrons que pa-.'3 nlTII\ ~do meio. o
que re--ulta em um potenci<tl -.ariãvel a1ra' és do meio '<a
lll3ioria dos~- ~s sinoi alen1ório-. ~Ião m faixa do
micro, oh. ma-.. com amplificação suficien1e. eles podem
danificar a re:.posra em um sistc1na. Esse ruJdo térmico é
chamado lllmbém de ruído de Jobnson (de' ido ao nome
do pesquisador original), ou ruido branco (porque. em
ópt.ica. a luz branca contém te><Lb ~ frequên~) ~ upo
de rufdo~w uma resposw e1n f~urociit relaIJ\d1llenle
plana. ~tr.Mb na figuro 5.134(a). 1~10 é. um eráfico de
:.ua pot(-ncaa 1~ frequência d~e o ponto de -.'ator 0031>
b.úxo ao m3is nlto e relall\ amcn1c uni forme. Um ~!!llDdo
~
tipo de n1idoéctmmadode ruídoshot (quântico). pois soa
como um tiro de chumbo disparado sobre uma superficic
ólida ou co1no chuva fone em urna janela. Sua origem
prové111 dos ponadores. que pas~m através de um meio
ern 1axas de:.iguais. Um terceiro é o ruido rosa. Oicler
(cintihtçiio). ou ruíJo 1/f. de' ido à variação no tempo
de t.râru.110 de ponadore> que cruam J j, erslb jun~ de
d1!ipos1u' o :.etniconds1w~. l clu.tnado de 1f porque :.ua
magnitude cai com o "'1lll1ttllo da lh.-quênc1a. Seu imputo
norn1almente é o mais. dristico tm frequências abano
de 1 kl.fL, como mo:.trJ a Figura 5. 134(b).
O c1rcu1to cb Figura 5.135 ê projctudo para gerar
tanto um ru1do branco quanto um rosa. E1n \'C7 de uma
fonte separada para cada um. primeiro é dcsen,ol"ido o
ruído bra~o (com valom. ao longo de todo o espectro de
frequêncra-.) e, então. é aplicado um filtro para ren1over os
component~ de alta e média frequência • restando apenas
a r'\."':lpo-.ta de ruidos de baiu frequência. O filtto é ainda
concebido para modificar a rec;posta plann do ruído branco
rm rcg.iào de bai1la frequência (para cnar uma queda de 1fj)
por meio de seções do filtro que proporcionam ··a1enuaçãonn1C'didn que awnerua a frequê11cia. O ruldo branco é cnado
pela nberrurn do tenninal coletor do transi..1or Q. e pela
polnriza\ào te\ ersa da junção base en1is..or. l:.m s1una. o
tran'>ii.101 Q1 é u11hndo como wn tliodo polaril.ado na
região tlé a\alan~ Zenc..-r. A polaruJc;ão dé um tran..1..t~
nc~ região cri.a lllJl3 ~ bibunté 1n'lá' el e que pode
condunr ao ,~-ruo de nwk> branco alcatóno. A combinação da rq,>ião ck avalanche, com ... wi. rapu.Ja.., \311~
no:. 'ª'º~""de c:uga. W'ln a -.cn...1b1h<latlc do \.llor de corrcn1c à temperatura e com a mudança hru.,ca dos valores de
i1npcchlnc1a, contnbuí para o nível de t-.:nsão e de correnle
de n1ido gerad~ pelo ttan<;istor. São frequentemente utili7.idos trons1"1orcs de germânio, poi'l a região de avalanche
é menos dcfinicb e menos CSlável do que nos tranc;ic;1oresde
silício. ,\lém disso. hã diodos e trnnc;1stores especialmente
dcsenvolvidch para a geração de ruído aleatório.
A fonte do ruído não é um gerador e:.peciaJmeo1e
projetado E:>:.a fonte ~ de"c !>lmplet.1nen1e ao fato de
~
r,.
\
5011V
•n
10 µ\
01 -~----
o
500 .. H,
5Ht
I l Hr niíOO Jiac e ttmuco
dcJcmstxi
lll
figura S. 134
Esp.?ctros usuais de frcqu~sa ~ ruidos: fa) br.mco. ou JohnM>~ (b) rosa. tennico e sbot.
Captrulo5
AnállseCAdotranslstorTBJ
293
15--30\'
R.
S.6Ul
e•.
(
o
1 iú'
561.fl
R ' l
b1aoco
e
.,_~--+-~~,.__~-+-~~~>--~n(~---<o Ruldo
1
R~
18
1 ~t!l
1 µ.f
"º
c-
' -rzsµF
R,
39k0
Figura 5. t 35
Gerador de ruído bra:oc:o e rosa.
que o fluxo de corrente não e um feoômeno id~l. mas
in1 um fenõ1ncno que varia com o lempo em um nível
que gera variações indesejadas na tensão tenninnl acravés
dos componentes. Na \erdade. ~ \ariação de flu.xo é
Ião ampla que pode gerar frequências que abrangem un1
amplo espectro - um fenômeno bastante intere:.sante.
A corrente de ruído gerada de Q seni. então, a corrent~ de base para Q1 , que será ;101pbficada pam gerar um
nrldo branco de talvc.t l 00 mV. o que sugen\ o~~sc caso.
uma tensão de ruldo de cntrudadc cetta de l 70pV. O capacitor e, tem baixa impcdància cm toda a faixa de frequência de interesse para pmporcion.ar um ··efeito de curto" em
qualquer sinal espúrio no ar e que poderia contribuir para
o "inal na base de Q,. o capacitor e, e~iste para isolar a
tensão de polarização CC do gerador de ruido branco dos
valores CC do circuito de fihro a ~guir. O resistor de
39 kn e a impedãnc ia de entrada do estàgio seguinte cria1n
o ci.rcuilo divisor de tensão simples da Figura 5.136. Se
o resistor de 39 kQ não esli' esse presente. a combinação
paralela de R. e Z, faria cair a cruga do primeiro estágio e
reduziria consideravelmente o ganho de Q,. Na equação
de ganho. Ri e Z, apareceriam em paralelo (assunto que
~ discutJdo no Cnplculo 9).
o
'
6
,
--' '
1
O circuilo de filtro é, na verdade. pane da malha
de realimenração do coletor para a base que aparece no
circuito de realimentação do coletor da Seção 5 10. Para
descre' er Q.Se comportamento. cons1deremos pruneiro o:.
exrr-emos da faixa de frequência. Para frequências mwto
baixas. toci<b ~ capacírores podem ser aproxlll\3dOS por
um circuilO aberto. e a única rcsisténcia do coletor para
base~ no ~l!>tor de l M!l. UtiliL.11D.do um beta de 100,
'cmD!. que o ganho tia 1ieção é de cerca de 280 e qlh! a
1mpcdãncia de entrada é de cerca de 1.18 k.O. Em wna
frequéncia sufiocnLcmcntc altL tooos os capactton-$ poderiam ser sub;;tituidos por curtos-circuitos.. e a CQ1nbinaçào
de res1sténc1a 101:11 entre o coletor e a base é redu.7ida para
cerca de 14,5 kU.oque resultaria em um ganho wmc:up
bastante alto (por volm de 731 ), mais do que o dobro do
obtido com R = l \1n. Visto que o filtTo 11 deve reduzir
o ganho em altas frequências, parece haver inicialmente
um erro de projeto :-lo entanto. a impedância de entrada
caiu f)3nl c~a de 19.33 n. o que é u1na queda de 66 \ezes em relação ao nível obtido con1 R1 • 1 ~1.0. Isso teria
um impacto significalivo sobre a 1ensào de enuada do
segundo estágio se considerássemos a ação do di' isor de
tensão da figura 5. 136. Na verdade. quando comparado
com o resistor série de 39 kfl. o sinal no segundo estágio
pode ~r coru.1derado sem importância ou em um ni\el
que, me:.mo com um ganho que exceda 700. não chega
a caw.ar maio~~ coo.sequencias. No ~-ra.I. portanto. o
efeito de dobrar o ganho ê totalmente J>l.Tdido dc\'100 à
+
J9k!'!
~ Z,(,·.,Q:.1>
7,
- Z + 39 IJI
-Figura 5. i36
Q_,
Circuito de eotrnda para o segundo esmg.io.
z..
imensa queda cm
e a saida em frequência~ altas pode
ser totalmente ignorada.
Para a fai~ de frequências entre a muito bai~a e a
n1uito aha, os três capacitores do filtro causam a quecb de
ganho. com o aumento da frequência. Primeiro. o capaçi-
294
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
tor C,. enua em cuno e causa un1a red1:.1Çào de ganho (por
'olta ~ 100 llz) Então, o capac1tor C mua em curto
e po,1ciona ~ trê~ ramos en1 paralelo (aproümadamente
cm 500 ltz). Por fim. o capacitor C~ entra em cuno. w..ulta.ndo em quatro ramos paralelos e en1 uma ttSi~têocra de
realimentação mínima (por' olw dos 6 lHzl
O re-.ultado é um circuito com um c:xceknlc s1D3I de
ruido aJ~.uório para a faixa totul de fn."qurnc1a (btanco) e
p.ua a faU:! de bai.xa frequência (imal.
Fonte de luz modulada por som
A inlen...idade lummo:.a da lümpada dê 1:! \ d.l f-1gurn
5. 137 \1Ulll de ácordo co1n a fn.>quênct.1ea1nten!>1dade do
...1nal Jphcado. bsi pode ~cr a salda de um amphficador
acW.t1<.:o. de um instrumento mu....1cal ou mC"Jllo de um
microfone. De parttcular 1ntcrcs"c aqui é o bto de a tmsào
aphCl.tb "Cr de 12 V e A CITI VC7 de uma fonte de polanr.ição C'C A questão imediata, na au.<.ênc1a de uma fonlt'.'
cc. eromo 05 valore<> de polari7.3Çào ee Jl3Tll o mmmt(JT
serão C't:ibelecidos. Na verdade, o 'alor CC e obtido com
(l u~ do díodo D . que reti fi ca o sanai Ct\ e o capacitor C:.
que atua como um filtro da fonte de alimcnt;sçào para gerar
uma t1..'1t'iào CC no ramo de saído do tr.in i"1or. O valor de
pico de uma fonte de 12 V rn1s é de cerca de 17 V, o que
~~uha Cl'l1 um valor CC após o filtro capaciti'o de cerca
de 16 \ Se o po1enciôn1etro for aj~uido para que R seja
por' ola de 3:!0 !l. a tensão de ~ para etruSSOr sera de
cttea de 0.5 \ '. e o cra.cisb!or e.taro ··~hgado • ~ose caso.
as cuc1tt11c:. de coletor e de emt!>sor ~ Je ~131mente
OmA. e a t~""'° no resl!>tOr R, é de aprox~e O\.
A tensão Dá unção do 11..-rminal coletor e do dioJo e. portanto. O\. e 1~ re.ulta no ''deshgaim..'1lto.• de D: e na ocorrt"llcaa de O\ no terminal <la porui do rcl1fi1..Jdor controlado
de .,1Jíc10 CSCRl. O SCR (veja a Scçilo 17.J) é bGsie3JllL'1ltc
wn diodo cujo cstndo i: controlado por uma tcnsào aplic:idn
no tcrminal d3 porta. A au ência de uma tensão na porta
ignific:i que o SCR e a lâmpada c,tão d~li~.
- t
\
cc
Se um "io:d é aplicado ao terminal da pona. a combinação do ní' el de polarização estabelecido e do sinal
aplicado pode ei.tabelecer o 'nlor necc!>sário de O.7 \ de
tensão para que o t.ransb"tor ..eJa ligado, e ele se manterá
ass1n1, func1on.ando por periodo:. de tenipo que depende1n do ~innl aplicado. Quando o tran!>istor é ligado. ele
~tabclece uma corrente de coletor enll!>l>Or alJ'll' 6 do
~'Sl!>tOr R e ~1«e um~ uma tensão do cmi.:.:.or
para o terra. Se a tcn:.ão for maior do que o \alor de O.7 \ '
n~-ccssários para o diodo D~ condunr. uma tcn..ão ...urgira
na porta do SCR que pock "cr ,uficicntc para liga-lo e
estabelecer condução d:i corrente de anodo para c:uodo
do SCR. No entanto. ~-emo~ C'laminar um dos aspectos
mais intercs...antts do projeto. Como a tensão apliC.'.lda no
SCR é CA. que \'a.ria em magnitude com o te1npo. como
mostra a Figura 5 13&. a c:ipac1dade de condução do SCR
também 'ªria com o tempo. Como mostra a figura. se o
SC'R for ligado quando a censào scnoidal e-.ti\er em seu
"alor máximo. a corresue resultante arra,és do SCR serâ
tarnbérn a ma,ima e a lãmpada terá lurninosidade ma.~i­
n1a. Se o SCR for ligado quando a tensão :.enoidal esti' er
próxima do ..eu mínimo. a Lin1padn podera até acender.
rnas a corrente mais baixa resultará e1n tuna ílununação
coo!>idera,elme.nte JllêllOL O re:.ulta<lo é que a lâmp.ada
acende cm s1ncronbmo quando o !>inal de entrada õlil
no valor de pico. nus sua in1c~1dadc é dctcrrnutada pc:la
amplitude cm qlll! e:.ta o sinal aplicado de 12 \ . Podemo:.
11nag1nar, então. a \'3n.:d."141c d.: re•;posta.-. pos-.1\eu para tal
.,1.,tc1na. Toda\ cz que o mesmo !>lnal de âud10 é aplicado.
obh:mos uma ~"JlO'º com carJctcri-.11ca'> d1fcrcn1L.-s.
No eiccmplo anterior. o potcnc1ômctr0 C'\tava ajustado para opernr abai:ol:o da tensão que ltga o trnnsis10r.
Tambêm é po si,·el ajustar o potenciô1netro quando o
transístor est:i no limiar de condução. o que resulta em
urna corrente de base de baixo \alor. O rc-;ultado é uma
corrente de coletor de bai."\:o \nlor e uma tensão insuficiente paro polarizar direwnente o d1000 D e ligar o SCR
,----------- -----•
..-~~~~-9~~..a...~,~~~~--..i
•
•
} R1
•
amp1ir.....wr
Q,
e1
R
•
D
•
•
•'•(',
~ _ .Jl ' -
••'
4711 µI
•
•______ ...•
C~C..\
figura S.137
D
1
} /(, 1
= ioJ,LF
~de
60111
---------'
Ili k{l
+
.......~-012v cA
--...-~
•••
e, ::::
''
'
.. CC
Fonle de luL ntodulada por~m. SCR. retificador controlado de i.1he10.
T
Captrulo5
Siruil CA dr 1:! \' 111b.
T~ m.i'un:s n3 Limpad;i
1'1 V
AnállseCAdotranslstorTBJ
295
5.
A impedância de saídn de um amplificador é medida com o sinal aplicado cm zero Não pode ser
medida com um ohmímetro.
6.
Uma impedâncin de saída para o modelo r poderá
- lulllillo-iJ.ack 01.Í\ÍIDot
ser incluída somente se for obtido de uma planílha
ou de uma medição gráfica das curvas C41J'OCteristicns..
o
F.:u-a
'
1Jen1onstração do efeuo de wna tensão CA
m opernção do SCR da Figura 5.131.
1)
13 8
7.
Eternemos que foram isolados por capacitores para a
anãltseCC apareceriio 11s nnáliscCA de\idoaocuno-cin:uito equi\nlenre para os ele1nen1os capaciti\·os.
8.
O fator de ampUficação (/J ou lt" ) é o menos sensi\ el a \ariações na corrente do coletor. enquam.o o
parâmeuo de impedância de saída é o mais scn:il\d.
A unpedâncm de saída também é bastante sensí\ el a
alr3\6. de: sua porta. t\'o cnLanto. ajll!>tanJo..se o sistema
de!>Sa nuneu1t, a salda de luz resultante ~a mais scJ1s'Í\ICI
a componentes de baixa amphrude do smal aplicado. No
pnmciro caso. o sislcina atuou como um dctcctor de pico,
e. no ..egundo, ele é scnsivcl a mais componentes do sinal.
O diodo D1 foi incluido para garantir que haja tensão
suficiente para ligar tanto o diodo quanto o SCR ou. e1n
ourrns pala\'rns. para eliminar a possibilidade de rnido
ou de alguma ourra tensão de baixo valoT in~-peroda na
linha que lígo o SCR. O capacitor C- pode ser inserido
para reduzir a velocidade de ~-ui. fazendo com que a
cnrga do cnpacitor ruues da porta atinja um valor de tensão
suficiente para ligar o SCR.
\~em
l'cz,enqu.antoo fatorde amplificaçio éo
menos seosí' cl. ~o entanto, a inlj>edância de salda é
menos sensí~cl a variaçtk.'S na lempera:tura. enquan.t.o
o fator de: amplificação é rclati\iruncrt.tc scnsi'cl
9.
1O. A maiona elas rolhas de d;idQs do!' TBJs inclui uma
lista de parimetros híbridos para estabeleceT wn
modelo C 1\ para o transislor. Tenha em mente. no
entanto. que elns valem para um conjunto especifico
de condições de operação CC.
5.26 RESUMO
Conclusões e conceitos il'"floortantes
l.
..,
-·
3.
d.
\ impedâncin de entrada de um cin:uito CA não
pode ser medida com um ohmímello.
con~"Uraçio
com polarização
ma
EC pode
impedância de entrada possa ser relam'ltmen~
baixa. O ganho de corrente aproximado e dado
simplesmence por beta. e a impcd.ânciJ• de saída é
normalmente Rc12.
Ao rntrodULirmos um modelo CA para um TBJ:
a.
Todas as rontes CC s.ão zerada:. e ~b~tituídas
por conexões de curto-circuito com o terra.
b.
Todo:-. os capacilores <iào .;ubstiruídos pelo
equivalente a um curto-circuito.
Todos os elementos em paralelo com um
curto-circuito equivalente introdundo devem
ser removidos do cin:uito.
O circuito deve ser red~nhado sempre que
possível.
,\
ter um ganho de tensiio significati,·o. embora sua
O amplificador TBJ pode ser consída'aJo hnear para
e.
4.
11 .
A amplificação no dom1n10 CA não pode ser obtida
sem a apUeação de um OÍ\el de polarização CC.
a maior parte das aphc'3ções. perm1undo o uso do
teoreuu1 da superposiçào pãra i.eparar as análises
de projeto CC e CA.
O modelo r, d~ um ·raJ no domínio CA e ~hei
:b condiçõe reah de operaçUo CC d<> circu.ilo. Tal
paràrnctro normaJmL'nlC niiO é ÍOmt."CldO cm fo~
de dados. embora o h1, dos paràmctro~ híbrido!.
fornecidos seja igual a /Jr,, mas. sim. somente sob
condições especificas de operação.
A configuração com polarização por dhi or de
tensio possui ma.ior estabilidade do que a configuração com polari211çiio fixo.. nias apresenta aproximadamerne o mesmo ganbo de tensão. de corrente
e impedância de saída. Devido aos reslStores pobriz.adore:!... sua tmped.ânc1a de entrada pode ser mais
bai'\3 do que a da coo figuração com polarização fLxa.
13.
A configuração EC com polarização de emissor
com um re:.i.stor de emissor sem des\.LO po:.sui uma
resisténcia de ent:rada n1alor do que a confi~
com de:.\ io. ~ Lénl. ganho de tensão mllilo menor
do qlll! a da configuração com d1,,-:svio. Para a s1b.1:1Çào
com des\io ou sem desvio, supomos nonn:tlmmtc
que a impedância de saida seja simplesmente Rc.
o.spos.tlws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
296
14.
A configuração seguidor de emissor terá sempre
uma tensão de saída 001 pouco mmor qve o si:naJ de
eorrada. :-.lo en1an10, a in1pcdincia de entrada pode
ser basrante alta, o que é útil em sttuaçôes em que é
De\."essãrio um primeiro estágio com alia impedincia
de entrada pata "captar" o má.'\imo possi\el do sinal
aplicado_ Sua impedância de saída é n-neman1en1e
baú.a. tomando-a uma excelente fonte de smal para
o ~undo eMágio de um amplific-.uior muJti~tágio.
15.
A configuração de base-comum possw uma imp edânci2 de entrada ba~tant e bai>.a. mas pode
Equações
r
..
=
16m\ f
lt
Parân1erros hibridos:
liw. = {k.,.
h,i, = r,.
hr. = f3<:A•
1,,. =
Polanzaçào EC fi.'<a:
ttt um ganho
de tensão sígnific.ti\ o. O ganho de
corrente e ap(.'113$ menor do que 1 e a impedância
de aída e s1mplc.'lmcnte Rc.
16.
uma impedância de entrada ensí' el a
beta que pode ser bastante baixa, dependendo dos
parâmetros da configuração. No entanto. o ganho de
tensio pode ser significativo e o g.anbo de corrente
pode ter certa magnitude se os parâmetros forem
escolhidos adequadamente. A impedância de saída
geralmen1e é umn simples resistência de coletor R,.
17.
cir~ui10
equi\•alente bibrido aproximado é
~umtc similar cm co1npos1çào ao uulizado com o
modelo r _ Na' erda<lc, os mesmos método <k aruiw,e podem ser aplicad<>s á amh<b ~ rnodl!lo). Par.i
o modelo b1brido. OIS resultados estarão cm termos
O
Z,
Rc
A,· = - A i -Rc ""' ,.,
o.
A, = - - .
r,,
Polarização por di\ isor de tensão:
Z,, :::: Rc
r\ configuração com re.atimentaçâo CC do coletor
utiliza a realimenuiç5o para aumentar u11 esrabiUdade e usa a mudança de estado de um capacitor de
CC para CA para estabelecer um maior ganho de
te.mio do que o obtido com uma conexão direta de
realimentação. A h11pediincia de saida está nonnalmente próxima a Rc. e a impedância de encnda é
retnti\.'amente próxima daquela obtida '"ºma configuração emissor-comum básica.
18.
Z,, == Rc
A ronfiguraçào com realimentação do coletor
~<;ui
Rc
A,. = - -.
r.,
EC com polarização de emissor:
Z,,
O modelo híbrido para o e1nissor-comum. para o
b!ise-comum. e para as configurações de coletor-comum é o mesmo. A única diferença é a ampliti;ide
dos parâmetros do circuito equivalente.
20. O ganho touil de um siste1na em cascata é detenninad-0 pelo produto dos ganho dt cada estJígio.
Entretanto. o ganho de cada estág1o dC\·e ser determin.."ldo sob condições de carga.
21 .
Visto que o ganho total é o produto dos ganhos indi,;duais de um sisten1a em cascata. o elo mais fraco
pode exercer um grande efeito sobre o ganho totnl.
~
Rc
~·
A\ ' - - -.
RE
Seguidor de emb:.or:
de parâmetros de círcu[tos e parãme~ híbridos,
enquanto para o modelo r, estarão em lennp~ de
parâmetros do e ire ui to e de p, ,. e r ..
19.
- a :::: - 1
A,
Z;
A;= -AvRc
=1.
Base-comum:
Z,
= REIJ r.,.
A,
~
Z,,
=
Rc
-
r.,
A, :::: - l
Rc
Captrulo 5
Re<ilimentação do coletor.
Rc
A,.=--.
r,.
297
Conexão Da:rtingion (sem Rt):
= RF
-
A,
Análise CA do translstor TBJ
A·
= /31~R1 R.>
'
R1 R2 +
Z/
onde
Rc
Rea)jmeotação CC do e-oletor.
Par rcalimemndo:
A =
-{3,/3~a
'
Rs -r fJif3?Rc
z,
A · = -A-
'
'Rc
1
Efeito da impe<lâneta de carga:
,
5.27 ANALISE COMPUTACIONAL
PSpice para Windows
Efeito da impcdãncia de fonte:
R;Vs
\'· = - - 1
R, -r R~.
V.1
I =
s
RJ + R;
Efeito cornbinado de im.pedãncia de C31Yª e de fonte:
V,,
R,
A = Vs = R,
Rt
+ R, • RL
R A,,i.
+
0
/0
,\,, = T; = -,\,
Rs + R,
RL
e muno Ol3lS.. Deslizando a barra de rolagmi totalmmt!!
parà a c..-;querda, scrá cncont:ruda wna listagem para CA.
Selecione o rctàngulo cm branco sob o título e digite o
valor 1 mV. Esteja cienLe de que ai; entradas podem usar
prefixos como m (míli) e k (quilo). 1\0 m(lverpara a direita.
o título FREQ aparecer.í. no qual é possíYel digitar 10
kHi.. Ao mover novameni.e para PHASE. \erifique que
o valor padrão é O e. portanto. pode ser desprezado. Ele
Conexão cascodc:
Conc~ào
Configuração com divisor de tensào ()e; ult.lm()s
capítulos se lrmitaram à anãlise CC de circuitos eletrôni~
cos utilizando PSpice e Multísiru. Esta seção analisará a
aplicação de um:i fonte CA a um circuitoTBJ e descrevera
como os resultados são obtidos e interpretados.
A maior pane da consm1ção da Figura 5.139 pode
ser reali23da urílizanc:k>.se os procedimentos discutidos nos
capítulos anteriores. A fon1e CA pode ser encontrnda na
biblioteca OL'RCE como VSIN. Você pode rolara lista
de opçiies ou simplesmente digitar VSL'\I oo topo da lismgem. Uma \ezqueeln é selecionada e inserida. surgirão
\árias legendas que definem os parâJnetro:. da fonte. Dar
um duplo chque no SJ.Dlbolo de fonte ou usar a s-equ~na
Ed11-Properties resultará na caixa de diálogo Propert)
Editor. que~ todos O!> panimciros que aparecélll na t~la
Dar lington (com Ri}:
repre~enm
r,
7
'""'
=-+r
a
~'
1-12
•
A =
/J1f3?.Rs
'
(Ra - /J1/J2RE)
''º
A, = -
\ ';
""' 1
o àngulo de fase inicial para o sinal senoidal.
Em seguida. ,-ocê encontrará VA~tPL. que esta fi'Udo
em l mV. SCi!Uido também por VOFF e1n O\: Agora que
cada uma das propriedades foi definida. cemos que decidir
o que exil>ir na tela paro definir a fonte. !\a figura 5.139.
as únicas legendas são Vs e 1 mV. de modo que \'á.rios
298
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
B1 oo.oc.-n as
0eno f'*'-
c111 ritw
loals
~ Yi"""- ..do
m:
~
~
.
MJao PSPíU
- a --
l;CCt:s<vleS
c•dence
,.,:,•. 1
...
t
..
.., --·
••
c!Ji
..."
.:
~· -
+
"'
=a: ::
1~- .. CI
cr.
fx -
!>Í1nple-.men1e pelo mlan1en10 d:l barra de opções. Os OÍ\ei-.
de /, e /J podem ser defmidos primeiro pela seleção do
transístor Q2N2222 para tomj-lo vcnnelho e. em seguida.
pela aplicação da sequência Edit-P pice ~1odel para abrir
a coixa de diálogo P plce l\todel Editor Litc e aherar
Is para 2E-JS,\ e Bf a 90. O ni\cl de Is é o resuhndo de
d1' ers:b !>UUul31,ões do cm:uJlO paro detenrunar o \.tlor
que re~uhari.a cm I'&.'.' ma.i:. pró'\1mo de O. 1 \ '.
Agora que todo:. o:. componente.. do c1rcwto foram
definido,. e hora de pc:dtr ao computudor para :m.ali,.á·lo e fornecer aJgun.., n.-sultado... Se cntr.utl-. indc,id.li
torem tc1ta.<.. o compu1:idor rt"pondcr'.i rapidamente com
uma listagem de C'llOS. Primeiro. sclcc1onc o ícone ~e"
Sin1ulation Profile para obter a cai'<a de diálogo ~ew
Simulation fntào. depois de in,.erir o nome como
OrCAD 5-1 . "elecione Create, e a cai-.;a de diàlo20
imulation ttiojts será e"'ibida Em Anal) sis type. selecione AC "ttP ~oise e. em AC "ecp Type. C"CC>lha
Linear A tart frequenn. e 10 kllz. n End Frequeocy
ê 10 kllL e o Total Point é l Com um OK. a imulação
pode ser rn1c1ada pela selt,<Ção do 1cone Ruo P picc (:.ct;1
branca) \ocê obtera um e:.quemn corn u1n gráfico que se
estende de 5 U {.z a 15 IJ-Ll sc111 escuta vertical. Por meio
dn ~equêncta \ ·le\\-Ourput File, u hsta da f igura 5. l40
pode i-.cr obtida. Lia começa com uma lista de todo:. os
elcn1ento., do c1n::u1to e sua:. configurações. :.cgu1dos por
todoi, o pill'âm~ do tr.m:.1:>tor. Em particular.. ob:.cn e o
n1\ cl de IS e BF. Em scgu,.b, o-. nivc1'> (.'C são forruxi~
\Ob S \1ALL SIG,.U. BL\S OLUTIC>~ . que COITC'>·
que ap:ireccm no e:.quc1na da Figura 5.139.
pondcm
Os níveis C'C aparecem na Figura 5. 139 dcv1do a seleção
da opção \ ' l\ote também que i·, 1 2,624 V 1,9.,4 V
- 0,7 V, como indicado antenom1ente, e1n deconincia da
ec;colha de 1
.\ próxima listagem. OPERATl'JG POl~T
l~FORl\IATIO~. l'e\ela que. aix""Sarde beta da listagem
de BJT l\IODEL P..\RA\IETERS ter sido fi'<ado em 90.
ns condiçck-s operaciom-., do circuito 1"1..~ultaran1 em um
bêu1 CC de 4 ..3 e um beta CA de 55. FeliZJnente. porém.
n configuração de di\ isor de ten--ão e 1nenos sen51\ el a
nlteroç~ em beta no modo c·c. e os resultados CC são
excelente!!.. l:ntrcunto. a queda em betu C A teve um efe110
sobre o \ aJor resuhante de i : :?96, I 1n V 1·er~11s a solução
calculada à mJo (com r = 50 kfl) de 324,3 rnV - uma
d1 fcrcnça de 9" .. O:. resuludo!> ccrtamcntc :.lo próximo:...
ma!. pro\ d\ clmcnte não tanto quanto goi,tanamO!> que
fo!-.SÇm. L'm n:,uJudo mai~ próximo (dentro de 7%) po<rna <.cr obtido com a definição de todo~º' pariimerro,, do
d1spo-.111\·o cm 7cro. c-;ceto /, e beta. 'lo entanto. por ora.
o impacto do dem:iis p:ir.imctros foi demon'itrado. e o
rcsuhndos ~eriio nceitos como sutic1entcmente pro'<imo'
do:. valore" rnanuscritos. ~'ª'"adiante neste capitulo. um
~
Unlízaçào do PSp1cc para\\~.:. n:a
análise do cirruuo da Figura 5.28 (E'\cmpJo 5~).
Figura .S. ~ 39
iten:> de\cm ser ehminado!> e o no1nc da fonte. modtficado. Para cada quantidade, s1mplei.men1e \Olte para o
titulo e o sclcc1one para 1nodificac;iio. Se opm.r por CA.
!>tlec.:100<! Ouphl~ paro obter a caixa dt.• dt.Uogo Dlspb)
clec1one \ 'alue Onl~ . porque pretenmo:.
Propertie~
que a lcg~-nda C.\ ru1o apareça. Dci'\c t<><h!. '11!> outra!> opç~ cm bTilDCo. Com um OK, vocc pode pa:......ar par.i º'
dcma1' p:rimctros dentro da ca1"<a de diálogo Property
Editor. :'\ào queremos que a.<. legenda., FREQ. PR ..\SE.
\'A \IPl.e \ "OfT apareçam com eu, \"31~' por isso em
cada ca-.o "Clec1one Do Not Oi~pla~ PM3 alterar \ "t para
V • b:i,ta ir até Part Refcrence e. dcpoi., de çe)eciooá-lo.
dignar \ rs Então. ,.ã para Display e 'elecione \ 'alue Onty.
Finalmente. para aplicar todas as allerações. selecione
Appl~ e :.aia da cai'_a de diálogo. a fonte aparecera como
ll'lQStra a Figura 5 139.
A re-.posta CA para a tensão cm um ponto do circuito é obtid.. por meio da opção \ PR1~ TI cncontmda
na b1blio1eca PEC lAL. Se a b1bhoteca n.io aparecer.
basta '<!l«1ooar Add Libra"') seguido por pttial.olb.
Quando ~lo:ionado. VPRIN'l'l ilpareceti na rela como
llJJU impressora com tres legendru.: ,\ C. \1•.\G e PHASE.
Cada qu.aJ tem de ser definida com um ttnt11.1 OK paro
rctlcllr o fato de que ~e dc~cja c,.,c llpo de intonnaçào
'\Obre o nÍ\ cl de t~'11..-.ào. l"so é fcuo com um ,jmpll-s cltqu.:
no \1mbolo d:s impressora para abnr :i caiu de di~logo e
pel:t definição de cada um como OK Pans catb entrada.
c;clecione Displ2} e escolha l"iame and l ..a~. Finalmente.
elcciO'le Apply e 'Wlin da cni'<n de diálogo. O reorultado
aparece na Figura 5.13 9
O tran'i tor Q2~2222 pode ser encontrado sob n
bibhoteca [\'AL no ser digitado sob o litulo Part. ou
ªº'
Captrulo5
........ - ........ ,....iilrWM
,._.""-~Ir
~ 11ii'W~n••--..crAD~•
Clcrt
t i
1 e:
~~ ...·-
._,,,.
e'-"611
'~"': ' !!!!
-=:t.:1'11 :::_'8 ~ l)4JI
•.-.!!!e
1W!1C*1!
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kJ4 IC-U.
~ •L..9'1
•:ta--ri. IJlll
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~::.u.
-... _....
• .u:-.. DW" rr..dU•
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\ \
Mel t. • N
u'\
..,_,ft
t..- fll•M
.U.
.,,.~
(
~ kiQC! ' . ,.
intervalo de ti:mpo l~(XX'tficado pura pcnnnir que o gráfico
seja feito. Uma \CZquc o pt.1Ío<locla forma de onda é 1 10
kHz = 0.1 ms = 100 µs. e seria e-0nvcnicntc exibir cinco
ciclos da forma de onda. lixamos o Ruo to lime (TSTOP)
em 500 JJ$. O ponto tart saving data after é deiudo em
Os~ em Tntnsient option . o l\'1 a'limum step si7.c é fi:<ado
en1 l /IS para garantir 100 pontos de dados para cacb ciclo
da fonnadeonda. Com um OK, u1najanela CRE ,L\TIC
f1 .......
L>O
-........
.....
B
:
•
Jif:.I'
1
,.
.. ...,
'"
"" ...
•.Nela'• ,,
m
""'
1 •
..
1
np.1recer.i contendo um eixo horizontal di\idido em unidades de tempo. mns sem eixo ve1ticaJ definido. A fonna de
onda desejada pode. então. ser adicionada. selecio~se
111 •
""
-... ..
CR !:Ili
1 1:
•a D
r .r ' JlmillOK: , ,
,."'
°' •
t
\O
' "~
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"I
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n:.1:
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....
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C'
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SllMLR....°''1.till!L.lt..l; tn'
-
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tlllll'!J.m.lll •
r.iDJtau;c
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.., ..,.
o:c:::
,..,,,,.,
..,....
............
a.a
-
noo1•V1
'1111
,.~
Oi"-1....1
primeiro Tract seguido de Add Trace para abrir a respecüva caixa de diálogo. ~a 1i.sroge1n fon1ecida. selec-ionamos
(QJ :e) como a tensão no coletor do transístor. As.sim que
é selecionatb. ela aparecerá co1no clhlee Expres.si.oo na
parte mfenor tb caooi de diálogo. ConsuJ1.aodo a Figura
5.139. \ertficamtl!. que. uma vez que o capacitar e~ btá
cssen.cia1n:k!:luc no ~tado de cut1o.ci.rcuito ('ID 1O UU.. a
tensão do coletor para o tcrrJ será a mesma~ atravessa~
terminai!> d~ :.áÍda do tr..msistor. Com um OK. a sunulaç-Jo
pode l.cr inici:u:la ao sclccionannos o
"'tlGf k• . .o.. . io:L'<b
"-Wlt.
299
\Jm grãfico da tensão no coletor do transístor pode ser
obtido com a criação de un1 novo processo de simulação
para calcular o \<ilor da tensão desejada em di\ersos pontos de dados. Quanto mais pontos, mais preciso o gnifico.
O processo é iniciado com o reton10 à caixa de diãlogo
Simul~don Senings e. em Analysis l)]>t . com a seleção
de Time Doma in(Transient). O domínio do tempo é escolhido poique o eL\O boruontal será un1 CIÂO temporal o
que exige que a tetbào de coletor seja dc1cnninada rm um
•ttl(\G "
.C&.a 1 . . . .-lb
....
Análise CA do translstor TBJ
h
,., .....~, ....
1 ......IJ
-
,,.. r•i- e
------------··-··
Figura 5.140 Arquivo &
saída para o cin:uiro cb Figura 5.139.
mod~lo CA pam o
transístor l!érá ap~"Dllldo corn resulla&h que coincidirão cxa.1311lcnte com a soluç~o calc~lada
ã mão. O àngulo de fase é - 178º t·cn-u.~ o íd~ de - 180°,
uma com...~ondência bastante ci;treita
ícone Ruo P pice.
O resultado sem a forma de onda da Figma 5. 141
com um valor médio de cerca de 13,45 V. que corresponde
exatnmente ao nhel de polarização da ~nsào de coletor
na Figura 5.139. A fniJCa do eixo vertical foi ~olhida
automaticamente pelo C(lmputador. Cinco ciclos completos
da censào de saída são exibidos con1 100 pontos de dados
por ciclo. Os pontos de dados aparece1n na Figura S.139
porque a sequência Toots-Opôons-l\1ark Data Points foi
aplicada. EI~ aparecem como pequenos circulas escuro:.
na curYa do gráfico. Usando a escala do gráfico. \'emos
que o 'ator de pico a pico da curva é de aproMnl3damen1e
13,76 \ - 13.16 V= 0.6 V= 600 mV. resultando em um
valor de pico de 300 m V. Visto que um l>inal de 1 m\ foi
aphcado. o !'311ho e de 300, ou lllUJLOpróxuno d3 solução
de 196.1 dado pela calculadora.
Se for ncccssân.a uma comparoçào crure as t~
dé entrada e de- saidJ na mesma Lcla, podcmo!'> US3r a opção
Add V-Axis cm Plot. Depois de sclccionâ-la. clique no
ícone Add Tnce e escolha V(Vs:+) na listn fornecida_ O
resu1tado é que amba.o; as fom1as de onda aparecerão na
mesma tela, como mostra a Figura S.142, cada uma com
crua própria e<:cala vertical.
~s ~ettônicos e
teoria de árCUÍlos
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Se prefcnnno:. doí:. gráiico:. separado..•._ podc.:mos
começar :.clccionando Plol e depois Add Plot to \VindO\\ . apos o graftco da Figura 5.141 estar no lugar. O
resultado s._~ um segundo conjunto de eixos â espera de
uma decisão sobre qual curva representar giaficamente.
Um Trace-Add Trace--V (Vs:+) resultará nos gráficos
da Figura 5. l-t3. O SEL >> (de SELEC11 que apareçe
ao lado dos gráficos define o gráfico ..atn-o~.
~ úhimn operação a ser apresentnda na presente
di~ussào <;Obre elltibições de gráficos é a ur11ização da
opção de cun.or. O ~uh.ado da scquéncia Trace-Cursor-Oísplay é uma linha no ni,cl CC do gráfico da FigurJ.
5.144 que faz interseção com uma linha vertical Tanto o
nível quunlo o lcmpo aparecem na pequena caixa dl! d1alogo no canto inferior direito da teln. O primeiro número
para C ursor t e a intersecção do tempo. e o segundo.
o nível de tensão naquele instante. Um clique no botão
esquerdo do mouse possibilitará o controle das linhas
de intersecção vertical e horizontal nesse ni,·el. Clicar e
n1anter o clique na linha vertical permitirão o 1no,-imento
Análise CA do translstor TBJ
Captrulo5
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horizontal da intersecção ao longo da cun-a. indicando.
simuitaneamence, o tenlpo e o nil·el de tensão na caixa
de dado:. no 1..-anro inferior clireito da tela. Se for movido
para o pn1nearo pico da forma de onda. o tempo aparecerá
como 75. 194 µs com wn ní\el de tensão de l3. 753 V,
como mostra a Figura 5.144. Che3Ddo o botão direito
do mouse. \e remos uma segunda mtcrseciio. definida
por C ur o r 2, que pode si.:r movida do mc!>mo modo
co1n seu tempo e tensão exibidos na mesma cai"<a de
diálogo. ~ote que. se Cursor 2 for colocado próximo ao
pico nega ti\ o. a diferença no tempo será de 49.6 l µs ( ral
como mosu-ado na mesmo caixa), que está mwlo pró"<imo
da metade do penodo da fonna de onda •..\ dtferenç&. dê
magrutude é 591 mV. que está muito próxlDlO do \álor
de 600 m\ obudo :intenormentc.
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Figura 5. l 44
Den1ons1ração do U50 de cursores par.t a leitura do? ponlAlS esp..-cifkos em um gráfico.
302
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
Substitulçio da configuraç o de divisor de
tensAo pela fonte controlada O- rc-;ult~ obti-
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do~ em qualquer análise
usando o:. trans1<.tores fornecido
na 11...iagcm de PSpice semrrc serão um pouco diferente:-;
daquele.. obtidos com um modelo equivalente que inclui
apenas o efeito de beta e 1:.. Isso foi claramenre demonstrado no circuito da Figura 5. 139 Se a solução dé!'Sejada
é limitad3 ao modelo aproxirnado u"3do nos cálculos à
mão. o uan'istor deve ser representado por um modelo
tal romooda Figura 5.145.
Para o Exemplo 5.2. P e 90. com pr = 1.66 k!l.
A fonte de corrente controlado por corrente (CCCS) é
encontrada na btbhotecn '~'IALOG como pane F. Após
a ~le.,·ão. com um OK. o sin1bolo gratico de CCCS aparecerã 113 tela. como mo:.lrn a 1 1guro 5 146. \ blO que não
aparece! na e.trutura básica <la CCCS. dé\é :.o- adicionado
c...-m ~:ru: il cU11ouc controlada que ap.an.-cc como tDDà seta
no ,jmbolo. Qb,.;:nc o rcsistor ad1c1onado de 1.66 kfl..
denominado beta-re na Figura 5. 1~. Um duplo eh que
sobre o , jmbolo CCCS rc'\ultan1 na caixa de diálogo Pro•
pert) Editor. na qual GAIN pode \er fixado em 90. E a
única mud:inça a ser feita na listagem. Depois, ;;elecionc
Oi~play 5egllido de ame und \ 'alue e "Ilia (x) da caixa de
diálogo. O resultado é n legenda GA i ~ - 90 que aparece
na Figura 5 46
BJ-.u uma imutação para que os ni,eis CC da Figura 5 1-16 ap~n:çam E ses ni\ei' não correspondem 3<b
íe"ul ~anteriores porque o cr.rcutto é uma combinação
de pa~ CC e CA. O modelo equi,-aJente subsriruido
na Fiewa 5.146 e uma repre:.entaçüo do U'8fu1Sior sob
'
condições CA. não cood1ções de polariza ào CC. Quando
o pacote de softn·are analisa o circuito sob tun3 pC'r.>t>CCl.l\ a CA. ele t.rnbalha co1n um cqui\alente C.A. da f1gum
5 146. o que não inclw os parirnctros CC O Output File
rc\elará que a tensão de coletor de "3.Jd.1e36X.3 mV. ou
um ganho de 36S.J. c:..1.cnc1almcn1e umi Cl)ITC-.J>Olld~cia
cxau com a solução obtida a mào de 36S. 16. O.. cfc1to..
der. poderiam ser incluídos pela ~rmpln in"'--rçào de uma
~i,tencia cm paralelo com a fon1c contml3d3
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Configuraçã o Darlington En,bora o PSpice renln1entc 1enha dob ~ Darhngton no biblioteca. aansistorcs indt\ 1duais sã.o empregados na Figura 5. J.f7 para
L~lar a wluçJo do E..,cmplo 5. 17. Os detalhe:. da criação
do c1rcwto foram a~ em :.cçõcs e capitulo:. aruenorc~. Para C3da traJhbtor. l é definido como IOOE-IS
e f1como89.4. A fu!quéncta aplicada é de 10 kHL Um.a
1mulaçào do ClTCWIO ~la n~ nl\ CI~ ( C que 3p3Jttt."1D
na Figura 5. 1..t"(a) e no Output File da Figura 5.1-ll(b).
l\otc. pamculannente, que a queda de tcn.,ào entre a base
e o cm1~r para ambo-; os tran'il'>ton.~ e 10,52 V 9.148 V
1.37 V em compai;K,:àocom 1,6 V il."-'- UITiida no e,.emplo.
l.embrnmos que 3 que<b em ~re<; Darlington costuma
cr de cerca de 1.6 \ : e não simplcsn,cn1e o dobro de um
único rronsi tor. oo 2(0.7 V) • l •..t V A 1ensão de saída de
99.36 mV e muito pró~ima do \.alor de 99.80 m\' obtido
na Seção 5 ·.,
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Captrulo5
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303
Análise CA do translstor TBJ
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(a) Esqul'ma do cimrito D:lrlington no Design Ccntcr: (l>) lisugem <k- saida paro o circuito do Íltm tal (editada)
Multisim
Configuração de reallmen~ do coletor Vi~
to que a configuração de realimentação do coletor gerou
as equações mais complexas para os \1ÍriOs parâmetros
de um circuito TBJ. parece adequado que o \1ultisim seja
utiliz:í!do para verificar as conclusões do E~emplo 5.9. O
circuito aparece como moSU'a a Figura 5. 148, usando o
uansistor -vinual" da barra de ferramenm.s Transistor
famil) . Lembre-se de que\ imos. no capitulo anterior. que
os uuns1stores são obtidos primeiramente pela seleção do
ícone Transístor, exibido como a quarta opcào na barra
de ferramentas componenL feua a seleção, você verá a
caixa de diálogo Selttl a Component: sob o título Famil\.
~lecione l ' RAi'ISlSTORS_ \ ' lRTUAL seguido
•
por BJT_.NP!\_ VIRTUAL. Com um OK. os ~imbolos e
~ legendas serão exibido!> como mostra a Figur.t 5. 148.
Agora. d.:\cm0-' verificar que o \·alor de ix.'la é 200 par.i
co1nctdrr com o cxc1nplo cm anâhsc. lso;o pode ser feito
de duas maneiras. No Capitulo 4. urilir.lmo a sequencia
EDIT-PROPERTJES. n1as aqui simplesmente clicaremo" duas ve;res sobre o si1nbolo para obtennos a caixa
de diálogo TRA "'SISTOR _ \ 'JRTl!AL. Em \ 'alue,
selecione Edit ~1odel para obter a cai'<a de diálogo Edit
\Iodei (a caixa de diálogo tem uma aparencia diferente
daquela obtida con1 o outro procedimento e requer unia
sequência diferente para alterar seus parâmetros). O valor de BF aparece co1no 100. que de' e ser alterado para
~
desejado de 200. Em ~uida. clique na linha Bf diretamente sob :\'ame e a linha in1eíra será azul de no\ o. mas
agora com o 'ator de 200. Então, escollia C bange Part
~1odel no canto infenor e:.querdo da caLxa de dialogo. e
a caixa de tbálogo TRAl'iSlS1.0R-\' lRTl1AL ~abrirá
ªº"amcnte. Selecione OK e P = 200 será defirudo para
o tra~istor , irtual. Note o asterisco ao lado da lcgen<b
TBJ para indicar que os parâmetros do di..-posib\O foram
modificados cm relação aos valorei> padrão. A legenda Bf
= l 00 foi definida utili7andcrse Place--T6t como descrit0
no capitulo anterior.
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200. Primeiro, selecione a linha BF para coma-la toda
azul Em ~uida. coloque o cursor diretamente sobre o
\'alor 100 e selecione-o paro isolá-lo como a quantidade
a~ alterada. Depois de eliminar o 100. digite o valor
r- e- !!tII
•
Figur, 5 .1'48 CUt"wto do Exen1plo 5.9 redesenru.do com
MuJtisim.
~s ~ettônicos e
teoria de árCUÍlos
E.;sa será a primeira oponunidade de configurar
uma fonte CA. Primeiro, é in1po11ante compreender que
exwem dois tipos de fonte CA disponí'lieis. wn cujo valor
está em unidades mlS. outro co1n o valor de pico exíbido.
A opção em Po1\er Sources usa \1llore:. nns., eoquanco a
fonte CA cm ignal Source:s utiliza valores de pico. Urna
\eZ que os medidores exibe1n valores em nns. n opção
Po"er Sounes será adorada aquL Ao :.elec1onar outte.
a caiu de diálogo Select a Component ap3rCCCrá. r\.i li!>tagrm Famíl~ . ~iccionc P<)WER_ SOURCES e depob
AC_PO\\ ER na listagem ComponenL Com wn OK. a
fonte swgira na tela com quatro infonnaçõcs_ A legenda
, . , pode "CT eliminada primeiro com um duplo clique no
símbolo dói fonte para abrir a caixa de diálogo C_ PO" "ER Selecione Display e líbere U e Schematic Global
ettings Para remover a legenda V 1. libere a opção Show
R~fl>es Basta um OK para VI desaparecer da tela. Em
seguida. o vnlor deve ser fixado em 1 m\r. um processo
iniciado com a seleção de \ 'alue na cai"1 de diâlogo
AC_ PO\\'ER e com a alteração de \ 'oltage (R\l ) parn
1 mV. As unidades de n1 V podem ser deftnidas com as
teclas de rolagem à direita da magnitude da forue. Apó:.
alterar a \ oltage para 1 "'V, um OK colocará esse
valor oa leia. A frequência de l 000 liz pode~ ajustada
do mesmo modo. O deslocrunenlo de fase de Ograu passa
a :.a o 'ator padrlo.
A leg~'llda Bf = 200 é definida do modo d~crilo
no Capitulo 4 . Os doas multimctros são obttdo,. com a
"º'º
primeira opção no topo da barra de Ferramentas vemcaJ
ã direita. Os medidores mostrados na Figura 5.148 foram
obtidos com wn simples duplo clique nos slmbolos do
1nuhln1etro no esquema. Ambos Fora1n ajll!>lildos pata
leitura de tensões. CUJOS \alores serão em unidades mlS.
Após a simulação. ~resultados da Figura s.1.is aparecc1n. Note que o tnedidor XNL\11 não lê o 1 m\ 1esperado.
Isso se deve à pcqurna qltl:da na rensão através do CJlp3CllOr
de entrada em 1 kHL Entretanto. cstí muito proximo de l
mV. A saída de 245.166 mV r.ipidamcntc revela que o ganho
da configuração a tran.<;istor ê de cerca de 245,2. que está
muito próximo 00.. .,40 obtidos no Exemplo 5.9.
Configuração Oarlington A p licaT o '\1ultis1m
ao circuito da Figura 5.1 47 com um amplificador Darlington encapsulado resulta na imagem da F1gura 5.149.
Para cada transistor. os parâmetros foram allerado· para
Is = IOOE-18A e Bf= 89.-4 urilinndo-se a técnicn c:k~ta.
anteriom1ente. Para fins práticos, a fonte de sinal C A foi
en1pregada em \'ez da fonte de potência. O valor de pie.o
do sinal aplicado é de 100 mV, mas note que a leirura
do n1uJrimetro é o valor eficaz ou nns de 99.991 n1V.
Os indicadore:. tt\elam que n tensão de base de Q é
7.736 V. e a tensão do emissor de Q2 é 6.l93 \ t. O "alor
nns da 1ensào de saída é 99.163 mV, o que resulta em wn
ganho de 0 .99 conforme o esperado para a configuração
de seguidor de emissor. A corrente de coletor é 16 mA com
u1na corren1e de ba:.e de 1.952 ltlA, o que ~ulta em wn
PD de cerca de 8.200.
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Figura 5. l49 Circuíro do E.'\'.emplo 5.9 redesenh:ldo com ~tultisim.
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Captrulo5
Análise CA do translstor TBJ
305
PROBLEíV1AS
·~oa: :1:,,cter~
indic:uu os probldll:l.S m3is dtl'iceh.
Seção 5.2 Amplificação no domínio CA
1. a) Qual é a runpllficação esperacb de um nmplificador a
traruii5tor TBJ se a fonte CC for o1JlbU!da p:l!'a zero volt?
b) o que acontece conl o -.i.oa1 e,,\ tk saida ~()-.ator cc·
for 1nsutic1enie·! hilx>l.--e os efei!OS n:i forma de onda.
e) Qualé a efic1~11ciade con\asàode um amplificador no
qiW o valor elica7 dll cotreme Mm\t!S de um resistor
de carga de 2,2 kO ê 5 mA e a COlttllle solicitada de
unla fonte CC de 18 \1e3.8 mA'!
•
2. E. ~l"el l1tna analogia que explique a imporuincia do
\aJor CC no gn11ho CA final?
3. Se um amplLlicador a t.rallSiru>r pos.~ nws de tmlll fonte
CC. o teorema dn superposição pode Y!r .iplicndo para obter a r~posta de cada tb11te CC e f~ a soma rugébnca
dos resultadOil'!
Seção 53
Modelagem do transistOT TBJ
.a. Qual e a reaL5nc1a de un1 capacuor de 10 pf- em unia tre-
quênci;s de 1 kl-lz'? Paro circuitos no>quai~ os \nlores dos
resistore~ estão na faixa de qu1Jo.oh1Ili. seria adequado
usar um curto-circuito para a ~ ~ acabamos de
descrever'! f:. em 100 kHz'?
S. Dada a configuração base-comum da Figura 5.150. esboce o circuito equivnlente C,\ utilaando a nor.nç5o para n
modelo do rransistnr que aparece l'l.l figura 5.7.
Modelo rr do t.ransistor
a) D:ida u1na tensão E:u·ty de I "" 100 \ '. detenrune r,,. se
V L(.1- 8 V e l c (' 4 mA.
b) Us-1nd41 os resultados do nan (a). tkll!mline a Dll!dança
em /l paro uma mudançn em Va de 6 \ no mesn10
Seção 5 .4
~.
d) A se R, = 1.2 W .
9. A i1npcd.incil de c:ntrndu para um omplificadora nns~
cm cmissor-<0mum é 1.2 k!l. com P= l~O. r. = 50 kn e
R, = '1.1 kíl. Dctmnrnc:
a) r
b) / .. ':>C J = 30 mV.
e) lc.
d ) .f, = IJI = IL1.
e) 4, = l:fl ~
1O. Para a conJigwaçào b<rsc-comum da Figura 5.18. a wncutc
do cmi~:.or é 3.2 mA e" e0.99 Seu tcnsào aplicada fClr'
de 48 m\' e a carga lle 2,2 k!l, dctcnninc:
a) r:.
b)
e) /,
d) 1 e
z
e) " ~
f) J
Seção 5.5
Conliguração emissor-comum com
pofanzação fixa
l l. Para o circuito da Figura 5 151;
a) Dctmninc Z, e
z.
b) Dctmninc 4.
cl Repita os itens (a) e ~b) com r = 20 W.
ll. Para o cin:uito da Figura 5.152, dctcnninc
ganho de tro!>3o A, = - 160.
12 V
ponlo Qdo 1ten1 (a).
7.
f'cc
Paraacoofiguraçãobcise~mumdafí~5.IS..éaplicado
um i;1oal CA de 1O1nV, o que resu1u em Wll:l corrente do
eous.sor de 0.5 mA. Se a = O.Q80. daernnne:
•) L,.
b) J .• se Rt - 1.2 kn.
1;,.d ,.
d ) L com r,, =
'
----11(,.....--0'
e) A '-
-x:: ít
e) . 1 1) 1,.
f) 1...
8. Ltihzando o rnodelo da Figura 5.16. detmnioeos seguintes
\-a.lares para wn an1plillcador enuSSor-comum. se p= 80.
/, 1CC) = 2 111A e r, -to ldl:
a ) L,.
b ) ' ··
e) . 1 - 1./1 = ILI/~ se Rl"" 12 kfi..
..
' 0----1)1--- - - --1
1
z
Figura :S.151
-Problema
11.
{
.
,-~~-·--~-ul(~~-o
+
1
Figura 5. 150
Problema 5.
para um
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
306
• 1J. P ma o circuico da Figura S 1S:l
•) Cul<.'.'Ufc: f., ft e: r,.
b) De1mn1nc: 7. e
e) Calcule: ~.d) Dctmnine o efc:ilt> de 1·,, JO 1.n 'ºbn: A,.
I~. Para o cin:uito da Figur.i S l 'iJ. qual \"31~-.r de Rc con;i o
t;"anN.1de1~ â mcindt: llo ~ultirobcido no Ploblcma 13?
z•.
.39lQ
----11(1---0 '
S~
I ~.
5.6 Polartzaç.âo por divisor de tensão
P..ra o etrcu1to da Figura S.I ~ :
•> Octcrm1ne r
b) Cale~ 1c: 7 c: 7 ~
C)
t
' o
..
)
•l
1 ~·r
luF
fl- HXl
1
r., - ~ lQ
Octc:m lllC 1
d) Reriu os atcn' <b> e: (C) çom r~ .. :?'i kn
1
16. Dc:lmnineJ'() p;.11aoc1rcuittidaf1gura" l55. ...e ..I =-160
e r. • 100 ln,
17. Para o 1.'"ircui10 da Figura 5. l 'i6
-
a) Octmn1nc: r
Calcule: r. e J' .
e) Octmn1nc: 7. e A = l~ J ;.
18. Paraocircu,1oc.la Figur.i~. 157;
•) Odmninc: r,.
b) Calcule lb lc!lbÕe!> cc J•• ,.CJ e 1
e) Dctmnin< 7., e z•.
Figura 5 .154
b)
Problam 15.
/
a·
d) Calcuk .-f, =
r
,--o'
J:.
r-1- - -. . .
l1 kU
( º'
( '(
.
1 ~10
' o
'
~
)
' o
Cc
lU
(
1
i:.,. - 20
,.s
~ ".6W
º'
IW
--
fl-~
1
/1 • UNI
r,.-rz D
Figura S.155
T
Problon:J 16.
Figura S.1 S2
Problema 12.
\ (ic •
r
:!lj \'
1:? \'
.....
-
!l.f\W
1
(
º'
•z
-, ..
' o---)
)
' o
t.O
100
1:. - 2S li
'•
11.
'it>
.o
R\ '
Figu ra S.156
180
g.. - 30 •.._..
l
Proble111:L 1J .
º'
Cc
~.2
Agura S.1:53
"º
(
Cr
fl-
390l0
4.7
Pmblenu 17.
1
kU
Ic,
Captrulo5
AnállseCA dotranslstorTBJ
'.!O V
l
fJ:70
24\'
8.! ill
-
12 \ '
o----vv~~+-~~ l
27 kfi
68lll •
Figura 5. l 57
(
\ 00-- -1)11-- -1 - -"-il
o
fl- 120
.11m •
z
10 f'S
Problema l R.
Figur:a S.159
Problenu 21.
Seção SJ Configuração EC com polarizaç.lo do emissor
l9. P:i:raocircmtoda Figura5.J.58:
!2\:'
a) Detennine r,...
b) Calcule Z, e Z,~
e:) Calcule A..
d) Repítll os itens (b) e ~e) com'· = 20 Ul.
20. RqJitl o Problema 19 cam R, desviado. Compare os resultados.
21. Para o circuito da Figura 5. 159. detemune Rr. e R11•
se .{, = 1Oe '• = 3,8 n. Considere que Z. = fJR....
~22. Para o ctrou1to da Figura 5. 160:
a)
b}
.S.6k0
")
L o
(
O\
Cr
µ.i;o
e,
rQ ·40~0
Detennine r,..
Colculc Z, e 1!,.
23. Pam o circuito da Figura 5.161:
1) Dctennine r....
b) Calcule l',,.. J ,-7 e 1 c.r
e:) Determine Z, e Z,..
d) Calcule A,.= I~ ~~
e}
l
33() kQ
1
0 .47 LQ
-
Dett!rmine A,= 1,/1,.
Seçào S.8 Configuração de seguidor de emi~sor
24. Para o circuito do Figura 5.162:
a) Dctcrmine r, e Pr,.
b) Calcule Z, e z...
c) Calcule A...
c~ I
figura :S.160
-
Problc:ma22.
16 \'
?
. . - - -- .--<>10 V
---1~ \
190W
----t
)1---- --1
L o
,
1(1 ---0\
P=~IO
g,.~ =20 JiS
p-1.w
r.· IOOlO
l~IJ1
Figul'.a :5.161
figura 5.158
Problemas IQ e :!O.
Problema 23.
1.1 kfl
307
308
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
lfl V
270 l..Q
ft-
' e>----J----•
110
,.., • .sow
....-... . t(1
2.1 L.Q
o'
8.2kQ
figura S.162
--
--
Problcrua 24.
Figura 5.164
• 25. Para o cin:uuo da Figura 5.163:
a) Oetennme l e
b) Calcule , (,.
Problema 26.
z..
.()\
e) Ctllcuk • ... se V. = 1 mV.
*26. Par.t o cimino da Figura 5. 164:
1) Calrule 1, e / .
b) Dmnmne r,,.
e) Detmnine Z, e
d ) Calcule .1,..
-IOY
~ .71..Q
6 ..1\ Ul
1
.)
o
'
z•.
z
•
1/
i
1
1(
u -0.991'1
~... - 101!5
Seção 5.9 Configuração base-comum
27. Para a configuração base-comwn da Figura 5.165.
º'
.. 7...-
1) Determine r ~
b) Calcule Z e Z .
e) ealcule ,t,..
*lll. Para o cimuto da Figura 5.166, determine A,.
Figura 5.165
Probtana l7.
Seção S.1O Confiquração com realimenlaÇlo do coletor
29. Para 1 configuração com realimentação do colctor da.
Figura 5. 167.
1) ~etrruner~
b) Calcule Z e Z,,.
e) Calcule .A,.
*30. Dadosr = 100.P= 200 cA. =- 160e . l = 19p:uaocirroito
da Figura 5.168. detem1i11e Rr. R, e I', ~
*31. Para o cirruito da Figura 5.49:
1) CÃ'tiuza a equação aproxin1ada para A,..
o \
- S \'
Figura 5.166
--1-(- -0'
t
56U2
-8V
Problema 25.
{
3.91..Q
12 V
Figura S. 163
O\
••
b) Deduza as equações aproximadas para Z,e Z...
390k0
(
Problema~-
e) D11dos Rc = l.2 Ul. RF= 120 kO. R6 = 1,.2 Ul. P= 90
e
r,, = l O\' calcule a amplitude de A,. Z e Z u!Wl.lldo
~equações do:; item (a) e
(b).
Seção 5.11 Configuração com realimentação CC
do coletor
32. Para o cin:uito da Figura 5. 169:
íl) Dctmninc Z e Z,
b) CalculcA .
Captrulo5
Figura S.16i'
Problen1a :29.
Figura 5.170
Análise CA do translstor TBJ
309
ProblemJs 3-t e: 35.
o componamcn10 do ganho de tensão qna•alo o ,..ior
de R diminui.,
b) ComoZ. Z e .J.,,L variam para valorcsdccn:scmlcsdc
R.,
*36. Para o circuito da Figura 5. 171:
a) 0ctCf1Ilinc A., , Z, e z...
b) Esboccomodclodc duas portas da Figura 5.63 incluindo os p;srimctros dctcnninados no item la).
t') Octc:rminc •.f. = J' I ~.
d) Octcnninc •.f,. = Vt l',.
') \.ludc R, pouu 1 ill e de1cnninc A... Como •.f, muda com
( º'
r,•
IO ,Q
tJ - 200
... - i;O U2
Figura 5 .168
ovu~dcR,'!
f)
Problema 30.
~ ~luJcR
9\'
l
1.& 1.Q
)!) k.Q
-
I
l e
1
10 µJ-
, .___.___________-:-t
'
o\ ,
1 11F
z
f! - 80
l"., -
1 11F
~ µS
z•
Figura 5.169
R paro l ill e determine A, . Como A.,. moda
com o v1ilor de R..'!
~iudc
Problemas 3:.? e 33.
para 1 Ulcdctcnninc.4,.,1 .Z, cZ C01noclcs
mudam com a altcroç:io cm R ?
b) Pana o circuito original da Figura 5. 171, calcule
A.= 1) 1,.
•31. P3J'8 o cin:uilo da Figuro 5 172:
a ) Dctmninc A.,~. Z, e z...
b) Esboce o mod...-lo de duas portas da Figura 5.63 inctuindo os parâmetros dctcnninados no item (a)
e) Dctmnilx ..i_L e •.f,,.
d) Calcule A".
e) \fude o \·ator dc: R, para 5,6 k:Q e calcule •.f..,. Qml o
compcnmnmto do ganho de tensão quando o '-.dor de
R aumcuta?
() ~lude o ,,.Jo.- de R para 0.5 kfl (com R1 cm 1.7 illt e
comente o cfcito de redução de R, sobn: .-t_,.
St) \todc os 'lllorcs de R1 para 5.6 k.Cl e de: R para 0.5 kíl
e cktcaninc os novos valores de Z. e Z. Como são
afetados°" parâmetros de impedância pclb modmças
oos >alon:s de
33. Repita o Problc:mn 31 com • adição de um rcsistor de:
cmi~ RE = 0.68 kíl.
Seções 5.12-5.15 Efeito de R, e R. e sistem» de duas portas
•34. Para a ronfigun1ção de polarização fiu d.J Figura 5.170:
a) Determine: A,,L, Z. e: l
b) Esboce o n1odelo de dU3SporutSda Figura S.63 inclui~
do os paràmc:lros dc:term?:n3dos no itc:m Ca).
e} Calcule: o ganho A,, = r:, I'
d) Determine o ganho de conc:ulc " " = JJ l r
JS. a} lXtc:nninc: o g11nllo de: tcmlo ,1,, pólra o circuito da
Figura 5.170 para RL = ·t., kn. U Ul e 0,5 kíl. Qual
R1 e R,1
38. Paraacoufiguraçiocomd.ivisorde to:nsioda Figura 5. 173:
a) Dctmninc ,f,._, • Z, e
b) úboa:omodclodc duas portas da Figura 5.63 incluindo os paràmctroS dctcnninados no item (a),
e) CU:ule o ganho ".,
d) Dctcrminc o ganho de corrente ...f,1 •
t'I Ocu:anõncA.L. A L e z. utilizondo o modclor ccuulJIWC
z•.
~ n:sultados.
39. a) IXtmninc o ganho de tensão A,t para o cin:uito d3
Figura 5.173 para R, = 4.7 kíl. 2,2 ill e 0.5 Ul. Qual
o componamcnto do ganho de tcru;ão qu:nido o ''llloc
de R dímimn.,
b) ComoZ,.Z, c.;.f,..,._ \'llrian1paravalon:sdmcsca11esdcR,?
31 O
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
1:? V
3 ill
IMQ
1 flf
t----1(
R
f
+
rr"'0.6W
VV'·ll--
\
'\,
o
1 F
fl - ·~
- Jr
Figura 5.171
Problema .36.
;?4 V
10µ,F
•
'·•
10.,.F '
1 kQ
z
Rgura S.172
Probleinn 37.
16V
2.2 k.O
68tn
Figura S. ! 73
Problcmn:. 38 e 39.
6.8µ1"
.
,
Análise CA do translstor TBJ
Captrulo5
40. Pnn10.:ircuitocom ei.10bilia1Çiiodo~d.tfigura5. l 74:
a) Dctc:rmine A,, 1 , l , e Z ,.
311
• 4J . Paraocin:uilod.I figura5 .175:
a) IXtmninc A.., , Z e Z".
b) ~o moú.:104.k duas portas d.:I figura S.63 incluindo°' \alõn$ dctenni11ado::. no item (a).
b) I:..-.boccomodclodcdu.bpM&-;daFib'Ur.l 5.63 incluindo<><: valores dett:nninaJo:. no item (a).
e) Detennine A,1 e A _.
d ) \1udc o valor de R para 1 Ul. Qual é o efeito ~obre
e) Dctcnniac .f , e A,
d) \1uJco,~lordcR partt 1 kSledt:tc:nnintA,, cA.,. Qual
o cfci10 do aumento dos nívei!. de R• ..obre os if3n~
·f,, 1 • Z, e Z.,?
e) \ludeo\•,llordcR, par.i 1 Ulcdctermínç .f,, cA,,. Qual
o efeiio elo uumento ~ ni ..c..'i' de R, ~ .f,1 e A,.?
de~?
e) \tuJco,alordcR p;lta 1 kflede1cnnincA
O Calcule A, = I /!,.
Qual o cfcíto do numen10 de R
.Z c7.
:.ob~ ~ ~?
f) \1uJc o ,,tfor de R, pura 5,6 kfl e detcnninc ..l e .f
QtJ2J o efetto do numento de R1 ot?re
°" pnht>' de
1enslo'! \f..ntenba R, e1n i;cu 'alor oneina! de 0.6 Ln.
I
~
g) Oi!li!l'lnlnl! ,.\, = ...!! co1n RL 1.7 kfl e R, • Q6 LQ
l& V
1,
3W
lµF
680 1dl
I
R,
~
'·
'\,
í
a) Detenníne L ~ Z e A,,~L-
b) Esboce o ~lo de duas portas d3 Figuro 5.63 anc:luindo os ,aJores derenninados no ücn1 (a).
e) Detennirl.:: f. e A, •
d) Determine , 1L e A uulimndo o n1ocklo r e compare
com O!. ~ultado.c; do lrenl {e}.
e) ~tude R, p.&ta 0.5 lf2 e RL paro !.2 L.Q e c.alcule A.L e
...t •• Qual ê o e feno da \ anaçào dos valores de R. e RL
~ O!> ganho.. de tensiio'l
f) Determine Z aiso R. 1t1ude seu vator para 0.5 Ul e
todos º" outro... parfunetros que apare.cem na figura
1
= 1111
-
---z
Figura 5. ~ 74
.. -
•"'
r r0.6 k0 lµF
+
• 41. Para O Clf'CWIO b3Se<omwn da figura 5.176.
R1..
•.7 k0
Q.82W
Problema 40.
20 V
91 ill
R,
I
+
r.
Q6 W
'.- '\,
5.6µF
·•Z.
U kO
l.l W
2,7 ill
Problenu~I.
6V
-22V
•.7 tD
2,2 lúl
I
1.
+
1
'\,
l
Figura 5. ~ 76
l;!I•
5.6µ.F
z. •
l
figura S.175
fJ =
Proble1na 42.
R,
0.1
4..7pF
w
•
i..
a.S!! 1
4,7µF
..z
I
Rt
S,6 ldl
312
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
• 44. Pora o !>i!.lcm3 c:m ca!>Cata ILI Figuro 5.178. detcnni~:
a) O ganho de 1Clbào com carga de ca0.1 <:::.lágio.
b) O ganho tOUll do ~i'>tem.;a. A,1 c A,
e) O ganho de eo11c11ll! com carga de cnda Cl.algio.
5. 176 tmhmn sido manlidos. Como Z é afetado pelas
mud:mça" nu... \'lllores de R ?
g) D..--tmnine Z, caso R1 seja reduzido p:ua .!.2 LO.. Qual
é o deito de 'arinções nos valoro. de Rt wbre a IIllJ!Cd:incía de anrada?
b) Para ocirtuilo original da Figura 5.176. dctcrmini: :1,= 1) 1,.
Seçao 5.16 Sistemas em cascata
• 43. Pino .,i51tma em ca~a1t1 da Figura 5.1n rom dob
d) O ganho de ron=tc total do «11>lcma.
e) C011l4.l Z, é afc:udc.1 pel-0 segundl) estágio e p<>r R~.
1) Como é afc:taJo pel1> prim~iro es1ógio e por R,.
g) A rct~o i.k fase emrc •· e V,.
45. P11ra o amphficadof cm ~cata com TilJ du figura; l "9.
calcule tl:íi ~de pol.srir.u;:ão CC e a com:nte de wletor
z.
C"-tá-
!PO> identic<.n., dctcnninc:
a) O ganho de ten'lào com carga de cada ~<>-io.
b) O ganho tocai do sistcnu1. { e A,
e) O ganho de corrente com carga de cnda ~gio.
d) O~ de corrente lotai do sisn:ma. .ri., = 1/1~
e) Como Z, é afetado pelo !ie;,,'Undo ~tigio e por RL.
1) Como Z. é afetado pelo primeiro e<>t<igio e por R,.
pan1 clld;i e-•
.
46. a) Cnlcufur o g;mho de tensão de "'1!da cs.1ágio e: o poli<'
CA glob:tl para o circoi10 nmphftcador em
Cii~lil com TBJ ~Figura 5.179.
b) Calcule .41 1) 1,.
de
tens;à(.1
,=
g_) A relação de f&c entre 1: e J~
-
-
-.- ' -.
li
li
0,6 kil
-
-
Amplíf'K , . . EC
7.
4-llO
z,- 1 Ul
Z.. - 3.3Ul
•.\, Nl. ·-420
z. - 3.3Ul
z. .. 1
•
A,~ ----~
-
.
-
•
~
RL ~ :
'.!.1
'
T
Probh:mn 43.
IOp.F
~
1 kO 10µ.F
'\,
z
Srruilr.k Cftll5§0r
Amph!K3<klr E<.:
z - sow
Z1 - I.? LQ
z~-~ª
z., - .i ti l..Q
..... •I
A 1" • -640
~
z1
~
-=Figura 5. ~ 78
1
-
R
~
/
••
Amphl'ic:ii:b EC
-Rgura 5.177
''
1 lf
R
l ,,
I
11
(
..7
l
o
RL 2.2 k:Q
--
Probl1:1na 44.
+ IS V
l'
24 W
S.1 W
S.I W
24W
(
º'
0.S µF
.. .. )
o
~
fJ -
6.2 kil
+
J.SW
Figurn S. 179
Problemas 45 e 46.
fJ = 130
1:.0
SOµF
+
J..SW
.50µF
Captrulo5
47. Para o circuito amplificador aucodc da Figura 5. 180.
calcule a11 tensões de polarização CC r. 1 e I~ e l'cz·
· 48. Para o circuito amplificador ~e da figura 5 180.
calcule o g-.i.nho de lcns:W A. e a tensão ck saída i:,.
49. Calcule a tensiio CA através de Ulll3 carga de 10 k!l conccttL<b à saída do circuito da Figura 5.180.
~ão
5.17 Conexão Darlington
50. Para o circuito Darlingtoo da F11,rura 5.181:
•) Determine os níveis de f'~. l'q. 1 ~:· Vc~ e: l 'a:·
b) Dc:tcmiine ru. corrc:nte> 1.,. 1., e /E..
•
e) Cafculc Z, e
d) Determine o gn.nbo de tcmio .4,. = i:,i i; e o g:tnho de
corrente A,= 1) 1,.
51. Repita o Problema 50 com uma ~-bimeia de carga de
l.l kO..
52. Determine A, = V/ T' para o circuito da Figura S l 81 ca:so
a íonrc tenha u1na rcsi~t~ncia intcma de 1.2 ldl e a car.ga
aplicada !>Cja de 1 OkQ
z...
+ 2(1 \'
1.5 LQ
7.5U2
O)
li=. 100
3.9Ul
Figur~
5. 'i 80
IOOp.F
--
-
53. Lm n:sbtor Rc = 470 n éadicionadoaoci.n:uitoda Fiprs
5 181. com um capacitor de dcs,.Jo Cl- = 5 µF atruYés do
resistor de emissor. Se: Pn = 4000, í'8 c1 = 1.6 \ e r"l = r.i
= 40 W para um 31Tlplrlicodor Dorlingtoo t"lx:.p:.-ul3do:
a) Dctennmc os ruvcis CC de Vw1• r ,_e J',rr
b) Dctt1111inc Z, e Z...
e:) Dctmninc o ganho de tensão A.= 1 1: caso a said3 ck
tensão J" seja rclirnda do terminal do coletor atra"és
de um Cllpllcitor de acoplamento de: 1O1tf.
1:
Seção 5.18 Par realimentado
54. Para o par n:alimc:ntado da Figuro 5.182:
a) Calcule as tcru.ões cc
r ·~. r ·,.. 1 • 'é:· 1 ~ 1 c l'llb) Dctaminc as co~tcs CC l,1• lc 1• I~ /<'! e lc:c:) Calcule li!> impcd5ncias Z, e Z,..
d) Dctmninc o ganho Je tensão -i = 1/ 1;..
e} Dctc:rminc o ganho de corrente !(, = f' J'.
55. Repita o Problnoo 54. se um rc:;is1or de: 2.2 íl e lkliciooado
cntn: J'El e: o terra.
56. Rcpi~ o Problema 54. ~e uma resistência de cmi;a ck
1.2 Ul é coocctada
v.,.
Seção 5.19 Modelo híbrido equivalente
57. Daíb/c lCC) = 1.2 mA.P= 120 e r. = 40 W.ohocc-:
a) O modek> hi"bri<lo equivalente cmi:.l>Of-comum.
b) O modck> r, cqmvalente cmilisor-comum.
e) O modelo lnbrido equivalente ba:.c-wmum.
cJ) O modelo r. equivalente base-comum
58. Dados h. = l.~ kO., h,, = 100, h,. = 4 • 1Q-4 C h_ = .25 J1$..
esboce:
a ) O modelo híbrido cquivulcntc cmii.!>OT-c:omum.
b) O modelo r, cqui,alcntc cmis!>or-comum.
e) OmodcJo lubri<lo equivalente ba..<.c-c0111am
d) o modelo r, cqttl\"alenlc basç-comum
59. Rcdcsmhc: º'"rrouito emissor-comum ct. Figura 5.3 para a
~
subsmWdo eutrc ~ terminais apropriado
60. R~ o ci1cui10 chi Figura 5.183 J'3T3 a rc<>pOSU CA
com o modelo r inserido entre os tennina.i.s apropriados.
1
Inclua r.,.
61. Rcdc-.mhc o ci1cuito dn Fígurn 5.184 pani a ~ia CA
com o modelo r;, in:;crido entre os tenninai a~
lnclu:i r ,..
Problentas 47 e 49
...11> V
+-16 V
2.4 MD
'
0.1 µF
'
o---~-)t--~_..~-1
I
fJa-!-0. (l~- I~
\~.\M•0.7V
•
...1(
fJ1 = 11\ll
º'
-
/J:.,.
z
...
1
Figura 5.181
Problemas 50 a 53
313
~CAcomomodeloliíbridocqui,<llerucaproi;imado
T
1 til
Análise CA do translstor TBJ
figur:a :5.182
Problemas 54 e 55.
314
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcWM
°"
63. D.1.Jo, ,111~ ti-ua· de R, = :?.:? i..n eh_= :!O s ,,.:ria
uma boa apro\irn:-.;llc.• igoorar ~-... c:fl:í10:. de 1 Ir na í11 ipc~
d.inc1.1 Jc carga klUJ? Qual J dif\.~n~a porcc:n1ual na carga
101al 'Obre o lllm'>i "lOr utilinnJo-'.'IC: u cquaçio a 'q,,'Uir.
e
8
e
+
6-l. Rep113 u Problcm:i ft:::! ut1h.rJ111Jo º' valore.. médio' d .
p.irú1~'l«, da Figura 5.92 rom A, - 1KO.
65. Repna o Proble1na 63 rata Ri• 3.3 1..n. e o \alor médJo
..
e; ,..,
J e I1 n.t r 1gura ... ·-·
, rv
E
Seção 5.20 C1rcu1lo hibrido equivalente aproximado
66. a) DJ.do.. /1 1:!O. r, • -t5 !l e r -10 k!1, e;;boce o CU'C'U to
hlbndo equivalente aprox11nado.
b) Dlldo.. h • I Ul.h., :? 10~. h,,, 90eh ,.• 20µS.
e.quem.atue o modelo r,.
67. P11t1 o Clf'CUllO Jo ProblL'm;.) 11 :
a) De~llrot: r.b ) c·al..-ule h.,, eh.,..
e) ("alcule Z, e Z USllndo o.. p.irãmeltfu hibrid~
d) <'al..-ulc ..f. e ..f us:uidll n.. panimeiro, hibriilih.
e) De1enn1nc Z e z•. .;e h,,.. • 50 µS.
1) Detem11ne A e .t,. ~ h..,. • 50 µS.
Rr
- 1
T
Figura S.183
Problema 60.
Rc
e
----t
e
g) C."omp;ue as 50h-,~ :&llll?nore-. con1
1---.--o '
R
...
1
Figura S.184
62. D~
•-1
a)
b)
e)
d)
e)
Problema 61 .
de li,
1 Ul.. h~ = '.! • 1O., e
160 paro a configuroçào de cntmd:i cb Fiprn 5.185:
lÀ'tCmllnc i cm funçfio de 1r
C;ilcule ' • cm função de i .
Cal.:uk /._ ..e li,. 1 for ignorado.
IÃ'1cnn111c a diferença pon:cruu.il em /~ urilizaodo a
s..~c cqu:ição:
O>
\a.tore:.
U)UU ii.
(~dÇào: ca'-0 o
Problema 11 não tenha -.ido re-;ol\'kki. t i soluções Não J1,f)l'lf1Í\e1s no A~ E.1
68. Para o cimuto m Figuni 5. 1 '6.
a) Dell?rmine Z, e 7....
b ) c.·aJcu1e .>f e 4
e) DelC'nnine r, e corn(\;ll'e /Ir. con1 lt _
*69. Para 1.1 c1rcu110 n-L..C<' num d:t l 11tura 5.187.
a) Dctennuic '/ e/
b) ealculc ..f, e.: , _
e) De1enn1nc c1.. /J. r, e - ,
-
Seção 5.21 Modelo híbrido equivalente completo
• 10. Rc:p11u 1.i.. uen, (a) e Cbl do Pnlblcm,1 68 com li , = 2 10 ..
..: Cllmp.arc os f'C'>ul&JKk..,;.
• a
É uma abord.Jgc:m \lihdJ 1l-Tfk1111T~ cfciio,.dc h,.J: para
~ \'3loTc-.
'
u-.uai... empregado... nc:.1c ~cmplo?
I
~ pf
1(
1
S µF
1
l
' o.o---Jn--+------- l
".
ª'do Problema 9.
oo----~'V\l"'v~-----
+
'
1 lO
+
h,,
\~
-o
Figura S.185
..
-, o-•
'..
- ~
;_
12L.Q
1
Problema.' 62 e 64
Figura S.l86
ProblcrD.168.
10111'
o
i.,-
1
li,, - ?:;~ lU
lc.,. - 25 ...s
Análise CA do translstor TBJ
Captrulo5
o
+
-'
""' ~ -0,Y'I!
/J,11 • 9A5 il
• ..~ - lµo\\
,
•
+
-
-
+
..
\'
~\"
7
-
Problen111 69.
•11. Pam o circuito dCl Figura 5.18R. dc:ttf11linc:
Z,
75.
b ) .f,
e) A.= l j /,.
d)
76.
z,
*7?. Parno amplificadorb.™!COllJUIJI da rixara 5.1~. dcicnninc:
•) l
b ) ..f .
-t,.
77.
z..
Seção S.22 Modelo JC híbrido
73. 1 ) &boc.:e o mo<lclo Giucolctto (ir" híbrido) p..1.ni um tn1n~i:1tor cmi:.sor·co1num ~ r~ = 4 n
= 5 pf.
=
1.5 pf. li.. = 18 JtS. p = 1!O e r. = 14.
b) Se a carga con1.'Ctada é de 1.2. kn e a resistência de fonte
e.
é; de: 250
-
l+
-
d)
o
.. 7 W
-=-~v
e)
(
IU µF
\
a)
\
10 ""
I.:! W
Figura 5.187
e,.
78.
n. desenhe: o modelo ~ híbrido aproximado
paro a f.iiita de baixa e média ficquênci.i.
79.
Seção S.23 Variações dos parâmetros do transístor
Param. problcmus 74 a 80 utilize a:. figurlb 5. 124 11 5. 126.
74. 1) Utiliando a Figuro S 114. determine .a .amplitude da
".rriaçào po rccnl ua1 de h ,• para wm \·ari.;çào de f, de
0,2 rllf\ a 1 mA utiliZll!ldo a cquaçjo:
b) Rcpilll o item (a) paro uma variaÇ"J.o de 1, de 1 mA a
SmA
Repita o Problema 74 p;xra li,.. (mc:"ma" '-.uiações de 1, )
a) Se h •= 20 µS cm Ir= 1 mA na Figura 5.124. qual é o
valor apro'\imado de h,., cm Ir= 0.2 mA.,
b) Dctc:nnillc sc:o. Vlllor resistivo cm O.l mA e compare a
•
uma~ ~i~tiva de 6.8 kil. E uma boa apro:timaçào
ignorv os efeitos de: 1lh,.. nei;sc Ca"O?
a) Se h = 20 µSem fc = 1 mA na figura 5 12-'. qual é o
v:ilor apro'\imJdo de h,A cm Ir = 1O m;\?
b) Dclmninc !>C'U \'alor resiMivo cm 1O mA e compare a
•
uma carp l'e$i'ltiva de 6.8 k.n E UIDll b03 apro"<innçio
igDOl'llf <b efeitos de 1fh,. ncs:.c c:Jso.,
a) Se h = 2 x 10 cm lc = l mi\ na FiJ;.'Ura 5. 124. dcic:rmine o valor ilpro'\imado de: h.., cm 0.1 mA.
b} Unlinndoo\<1lardc: h.,. dctcrminadonoiran(a), h..,podc
ser ignorado C(llTlO uma boa aproximação !>e A, = 210'!
a) Com ba~c cm uma revisão da Figu~ 5.124. qual
pani:mc:tro variou mrmo~ paro a ''11rinçào ccnnplctil da
com:111e do colct.m'?
b) Qu31 parimctro variou mais?
e) Quais são O:. vnlon:s máximo e nrinimo de 1111.? A
aproitimaçào 1'hj !RL a RL é mai!> adcqu3da c:m nf\-c:is
altos ou bai'<o:. de: corrente <k> coletor"
d) Em qml rqião do espectro de: corl'C'l1tc a ap1o"i11c1çào
h ,J ~ a Oé mais n<lc:<1uada?
20 V
..,.,_...
....
IW
·
~t-0.--------11
5 µf
•
'
t - - - -1t(- - -o\
!I pF
Ir,..• l~I
Ir., • O.'lt. W
11,.-IJ x 10-4
6-• :5v.S
z
1
T
Figura 5.188
315
Problema 71.
z
1.? lQ
= 10 !lf'
1
316
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
lriô -
1,1_4~ Q
,,Jt> - -0.997
h•• - 0..) f&A/\'
lifl>- 1 X f0-1
0,(1
... ,
._
kQ
~~~~~~~~••(~~~-.o
'µf
+
., .. , ....
'
Figura S.189
-
+
---
-=-
r
1
1.! V
-
Pruble111a 72.
8tl. a) Com ~cm umu rt:\' i,ão das carac:tcrNiC41:> &.la figura
5.126. qual pariimetro variou mái> com o aumcnlo d.l
ICll'.lpCJ ,1tura?
Seção S.27 Análise computacional
82. lJulizando o PSprce para \Vindows, determine o ganho de
tensão p;ira o CU'CUito da Figura 5.15. Mostte ns fOl1D3S de
b) Qual par.àmeln.> vuriou m..:oos?
onda de entrada e de ~da.
e) Qu3is 'i3o 05 valo~ mã~imo e mínimo de h1,? A \lf~o C: l-ignificativu? Jsw era cspcmk>?
d) Como r. 'aria com o ou1nento de to141C!1atura? C'nlcule
:.eu 'alor 1.m upenas lrêl. ou qualrol> ponto:.- e compare
.,11.b ampl i tud~'i>
e) Em qual Íili~a de t~mp..:rulura os parimctros \reriam
menos'?
Seção 5.24 Análise de defeitos
lt81. Dado o etl'C\IÍIO da Figur.i 5. 190:
a) O cin:uito e;ui u<lequfl<lám~tc potanz.aJo?
b) Que problema nu ct>tn1111mr,.ilo do ctmnto ixldcri~1 f:ui:r
Có111 que
ia
fo~ 6.22
\ 1 e ob1i\c:,.5C .a f0111ia de: onda
da<b tl.1 Figuro 5.190?
~cc
• 1, 1111\ )
- l.! \ '
R~
R1
83. Utilizando o PSp1re para \\'1ndows, detemli~ o ganho de
1ensão paraoCD"CWtoda Figura 5.J2. l\1ostre as fonnasde
onda de entrada e de saida..
84. Utilizando o PSp1re pan \Vmdov.·s, determine o ganho de
1ensâo p:wocimuioda Figura 5.44. Mostre as frumbde
onda de entrada e de saida.
85. Uulizando o ~tultisim. determine o ganho de tensão do
circwto eh Figur.a 5.28.
86. Utilizando o ~luhliim. detmrune o ganho de tensão do
circuito d1 Figun 5..39.
87. Utilizando o f>Spu:e pí1r.l \\'indo\vs, determine o 'aJor
de V para 1 = 1 m\' no circw10 da Figura 5.69. Para os
elc1nemos Cll.p3CIO\~ admrta uma frequênc1a de 1 kHz.
88. Repilll o Problems 1:17 para o circuito da Figura 5. 71
89. Repita o Problema 87 para o circuito da figura 5.82.
90. Rep1tn o Problema 87 utiliz:indo o f\,l ullisim.
\
J.
2.2 kD
50\Q
10 11F
o
(
+
e,
'•
R,
..
R1
Problcmü 81.
-Rc
-
I
ff- 70
o
~l)j;Q
'\J
-
º '• o
e,
l:. • <-.l? \ '
Figur• 5. l90
+
1.SW
10 11 F
l
liransistores de
efeito de campo
Objetivos
•
Familiarizar-se com as caractcri:.-ticas cstroturais e operacionais de transistorcs de efeito de cam po de junção (JFE 1). tr.m-
llih>rcs úe efeito de: campo mc:tal-õ:U~micondutor (MOSFET) e: transi!.1.orcs de efeito de campo mc:tal-~11:ondUlllr
('\lESfCT).
Ser Ctlpa.7 de esboçar as cnracli!IÍst1cas de tmnsferência a partir das cur\'as caracterísri~ de dreno dos tr.m'1sttln:S JFET.
~fOSFE"I e MESFET.
Comprccnd1..-r a vastn quantidade de informações fornecidas cm um.a folha de da.dos para cada tipo de FE I~
('onhecer as difen:oça!> c:ntn: a~ an3f~ CC do:. vânos lipos de FE 1.
-
6. l INTRODUÇAO
O transistor de efeito de campo CFE 1. do inglês
firld-effect 1ra1rsi<•tor) é um diçposirivo de tris terminais
utilizado em várias aplic<IÇÕeS que em muito se assemelham àquelas do 1ransistor TBJ descritas nos capítulos 3
a 5 Embora exisirun diferenças rele,antes entre os dois
tipos de dí positivo, exislem também muílaS semelhanças,
que serão mostradas na:. seções a ~
A principal diferença entre o:. dois úpos de transi:.tor
eo falo de que:
TBJ é um dtspost1Í\ o bipolur - o prefLXO bi re\ ela que
ó ru\el de condução é wna função de dob portadorei. de
carga: eleuons e lacuna.:... O FE'r ê um dtspo5tU\O unipolar
que depende urucruncntc da co11d11ção de elétrons (canal
11) ou de lacunai. (canal p).
•
O tcnnO ejeilo de ca111po merece uma cxphcaçào. E
conhecida a C3ptll:idade de um imã permanente de atr'..Ür
limalha.e; de ferro ~ma necessidade de contato. O cmupo
magnético do imã pennanente envolve as limalh:i.c; e a.e;
O TBJ é 1m1 ái'>p<>..tithY1 rontm/JJJo por rorrrn1e cr>n1n
mostro a Figuro 6. /{a), enquantooJFETéumdi.çpn.sili1·0
L'OOtrolado por tensão. L'Omo mostra a 1-·;guro 6.1 tb)
Em outras palavras. a co11eote lc na F1gurJ 6.1 (a) é
lll1l3 função diretn do \lllor de 14 • Para o FET. a corrente
ID s..ri uma função da tensão I'c..s aphcada ao circwlo c.lc
lc
..
cc o ncnt.c de cmuuk) 11
TBJ
(Tensão de oontmlc l \
entrada. como mostro a Figum 6.1 (b). Em cada u1n dos
-
casos. a corrénh.: do C1rcu110 de saida e controlada por um
parâmetro do circuito de entrada - em wn caso é o valor
de corrente, e, no outro, a tenc;.ào aplicada.
1\ssim como hti transistores bipolares npn e pnp,
lambém há transístores de efeito de campo de ronal n e de
canol p . No entanto. é importnnte termos em mente que o
FET
(•)
(Õ)
fi--ura 6.1 ,\mpltficndon.~: (a) controlado;. por c:orrente e
{b) controlados por censão.
318
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
atrn1 pelo canunho mais curto dctcnn1nado pcbs linhas
dl! Onxo magnético. Para o FET. é cstabclt."Cido um campo
elétrico pelas cargas presentes que controlarão o cannnho
de condução do circuito de sai da sem a nece;sidade de contato direto entre as grande7as controladoras e controladas.
Quando um dispositivo é apresentado com um conjunto de nplicações similares :is de outro jã mostrado.
existe uma tendência narural de comparar algumas de suas
• •
•
caractensttcas
gerais:
Uma Jus principais caracteri,ticas do f'ET é .~uu
a/Jo impeJiinciu de enlratla.
Com 'alores que vúriwn de 1 MO. a 'árias centena:. de
ia-gaohnb. a ímpedància de entrada é mllito maior do que
os 1.111~ tiplCO!> de m.ts.tência de L'nlr.ida das configumçõcs
com bausiston:s TBJ, uma ca.ractcristica muito importante
em projet~ de sistema." de amp1ificaçào linear C A. Por outro lado. o mmsislor TBJ tc1n sensibilidade muito maior ãs
variações do sjna) aplicado. Em outras pa~ a variação
da co11eute de saída é geralmente maior para os TBJs do
que para os f E 1<;para n mesma variação da tensão aplicada.
Por essa razão:
01 ganhu' Je re11são CA
do~
costun1a -;er ~brepujadn pela necessidade de velocid.'ldes
mais altas em projetos de RF e computadores
Após a apresentação da estrutura e das C<Jracteósúcas
do FET. as configurações de polarização serão discutidas
no CapítuJo 7. A análise fe1m no Capirulo 4 utilizando TBJs
será útil na derivação de ®ponantes equações e na compreensão dos ~-u.lladcb obtidos pam os circwros com rl!I.
lan ~lunro Rosse G. C. Dacey (Figura 6.1) foram
fund&mcntai!> no!> c:.lá~io:. iniciais do dcsen\Ol\ímento
do transistor de efeito de campo. Nolc. cm particular, o:.
equipamento:. que u1iliZ3ram cm i>ua pesquisa cm 1955.
-
6.2 CONSTRUCÃO E
CARACTERÍSTICAS DO JFET
Como já foi explicado. o JFET é wn di~po -Juvo de
três terminais. sendo que um deles controla a corrente entre
os outros dois. Em OO:.Sa disctb.Sào sobre o TBJ. o D'3Jh15tOr
11p11 foi einpregado na roawr parte das seções de analbe e de
projeto, com wna ..eçl1o dedicada ao efeiro da ut ihtaçào do
tranSu;torpnp. P.l11l o tran-.1:.lor JFET. o dtsp<>sitivo de canal
umpl!ficadon!.\ (BJ
'iiu geraln1en1e muito f11lliores do CJUI! uq11ele., com 1''ET.
~o enl3.D10.
O FET\ 5ào mai5 esfá\t>i\, em lt'm10• dt~ 1en1peratura. e nnrmaln1enre stio 111e11ores do q11t~ O\ TBJ(, o q111!
os toma part1cular111e11te úteis na con.stru<âo de chips
de cin:uitos in1egraJo:. (C/s)
Entretanto. as caracteristicas de constroção de algtms
FETs podem tomá-los n1ais sensiveis ao manuseio do que
os TBJs.
Três tipos de FET serão apresentados neste capitulo: o rra1uutor de efeito tle ca111po de junçJo (JFET). o
tro~istor de ef eito de ctunpo me1al-ó:riJo-,emico11d11ror
(11.iOSFET) e o Jransi~tor de efeito de campo metal-semicondutor ( ri..LCSFCD. A categoria t..10SFET sera desmembrada em duru.: deple<·<io e inte1uific11,ão. que seriio
dê>Cnta:. mai:. adJante. O traru.is1or MOSFl:.I tomou-se
wn do:. db1J0:.1U\OS mais irnport3nll..~ usado:. em projeto
e construção dé circuitos iatcgradm. pnra computadores
digitais. Sua estabilidade lénnica, entre outrm. características. f.u com que ele seja 1nuito utilizado cm projelos ue
clrcuilffl: para computadores. No entanto. como elemento
discreto em um encapsula1nent:o "top hal... del·e o;er manuseado com cuidado (o que será di cutido maJS adiante).
O \ fESFE 1 é um desenvolvimento mais recente que tira
pleno proveito das caracterís1icas de alta velocidade do
GaAs como o material semicondutor de oose. Embora
seja a opção mais onerosa al\1almen1e, a questão do custo
n"l r''
~o"ÜJICIJIOinicialdotrnnsi..<;tordeefcito
de campo (Cortc:sY de AT&T .r\R:fln·cs und History Cmtcr.}
Os douLOl'l.'S l:m 1\tunro Ro,... (n frc:nte} e G. e. l>:we} de-.cn\'Ol\it:mln JUOI~ un' proc<.'ll!ÍJT1C11to e'~nmenral parJ medir as
cun.1ct..-'fi,,tica.1; de um lnut,istvr ck el~ilo de cu1npc.' i:m 1955.
Or. Ro"" 1 ocal de nas.cimento: ~'l\JthPort, lnglatA.-rra. Ph.D.
pela Goo\ 1Ue ;md Caiu, Co lle~e. Camhndge l ni\ CJSil). Pre"oi«n1e emmt'-1 da AT&T Bell L:ib•
~lembro cb '.'\arional S<:icn~ B~)<lrU. P~ióenre Jo
1';ationidAJ, i'i<lfY Committec on Semi1.'tl1'1Juctor,...
Dr. Dacr~ Local de n.-i">Cimen10; Chicago. llhnoi<: Ph.O.
relo C'Jhfrnnw ln>titutc: uf Te1.:hnolugy Direwr
da SohJ-SldlC Elcctronic-. Resc;trch dA Ikll 1.ab
\íce-pn:-.1Jc:nre e ~u1-.ador da Sandia Coqx1orntion. l\.icmbro Jo IRE. d;1 Tnu Bc:111 Pi i: d.l Eu
Kappa Nu
Capitulo 6
11 ~o
principal. e haverá panignifos e seções a respeito
do imp.icto do u o de um JFET de canal p .
A Figura 6.3 1no!.lra a cOllIDUÇâo b::bica do JFET de
canal n. Otbene que a nuaor pane daõtnllUJ'a é o material
do tipo n. que fonnn o canal entre as canud:ts imersas de
mattrial oo upo p A parte :.upenor do Clrt31 do tipo n l!!.tã
conecUlda por meio de um contatO ôhnuco ao tenrunal
liwnaJO tin:no (0. do mgl~ drain). enquanto a c:.'tlr'Cmtd:kk inferior do mt.'i>mo mat\."031 csú li~ por meio de
wn contato õhm1co a um tcnninal chmn.Jtlo de f onte (S. do
ingL..~ w111re). Os dois matcnaii. do tipo p estão con.."Ctados
entre -.j e também ao tenninnl porra (G. do 1ngles r{ate).
F.m 'uma. portanto. o dreno e a fonte estio conectados aos
"Iremos do canal do tipo n e a porta esti conectada às du..'ls
camadas do n1atcriol do tipo p. Na ausência de um potencial
aplicndo, o JFET possui duac; junções p-n não polanzndas.
O re... ut~do ê umn região de depleção em cad;i junção.
mo:>lroda na Figuro 6.3, ~melhante à l11C4'fR3 região de u1n
diodo não polarizado Lembramos wnbém que uma região
de depleç<'io não possui portadores li\n:s e. por isso. não
pc111ute a condução ntro' 6. da n.~iào
Analog,ias raraJnente l>.io pertCíu:. e. à:. \ezes. podein
confundir. ma1> a analogia da agua da Figura 6.4 apresenta
um senudo paro o controle do Jf ET no tenninal de pona e
aindl toma apropnada a Lenmnologia apliC3.!la aoi. tennaOàl~ do W'>J>OSlll\ o. A fonle de pn"'>:.ão da agua pode ser
compotrada à tensão aplicada do dreno para a fonte. e ~ta
c--t.abclc..-cc um 11uxo de agua (elétron::·.) a p:ntu da tornc1rJ
(fonte). \ ··portn", por mi:10 de um sirW aplacado (potencial). controlu o ílu"<o de água (c:irga) para o ··<freno". Os
1enninai-. de dreno e fonte e~tiio cm nucanidades opostas
do ~nal "· co1no mostra a Figura 6.3. pois a terminologia
é definida para o fl uxo de elétrons.
Fonr.c
no
Figura 6 .4
,\m~ia do
fluxo de agua p:ir:a o mecani,mo
de controle do JJ!E 1.
Vcs = O V, V
s"•iva
l\it Figura 6 5. foi aplicada urna Lensão positiva ' 'matra\ t.") do carul. e o porta foi conectada diretamente à
fonte para ôtabel«er a condíc;ão r'c.} - O\. O resultado
é u1n tenninal de porta e um tcnninal de fonte no me:.mo
potetlCtaJ e wna regtào de depleção na ext.ron.i~ uúcnor
de e.ada CJ\3tc:nal p '>t."lllclhan1e à d11>lribu1ção encontra&
para a situação de n.10 polaríLaçào da Figura 6.3. !\o m:.tanlc cm que a ll.-ru..io l'n ( = l/0 i ) e aplicada. os clctrons
são atraiJo, para o tcrmill31 de dreno. o que e:..tabclccc a
corrente COO\ cncion:il /0 com o :-cntido definido 113 Figura
6.5. O caminho do lltr<o de cargas revela claramente que
nc; corren~ de dreno e fonte \ào equivalentes 1/ = 1,). Sob
as condiçõe-. mostrnd.'ls na Figura 6.5. o fhRo de ca1g;s é
relall\amerte irrestrito e limitado apenllS pela resi'1ência
do canal , entre o dreno e n fonte.
É imponante notar que n região de depleçào é mais
lnrp.a na pane upcrior de a1nbos os ntateri:iis do ripo p. A.
razão para c:-sa \"'l.rinção de cspcs:.t1ra é mais bem descrita
com a :iju<b da figuro 6.6 Presu1nindo-se uma r~tência
uniforme no canal n. sua resist~ncia pode serdistribuid3 da
,,F
aM1 11
/
319
Transistores de ere1to de campo
Rtfilo .k
~ão ....._r--
c:tnal
+
n
• ,111,• ;.....,.:'--..,
._-- ~-
'
Puru iG)
0----
-+--1 p
n
---,.
/ -
,_...
1
-
+
' ..
Rch•i.ío li<
dcplc\.úl
Figura 6.3
,
fransistor de cfcao ~campo de Junção (JFET).
\
-
-
Figura 6.5
Jf Er com 1'1.,
OV e l 'ix > O\''
DD
320
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcWM
+ 2V
"
.~
lIV
\(;s =O V
..
1
+
1
'oss
,.\umcnlll ~ re,j.1ência lk' k1o
ao t~tllmtnf•) do l"IUl.Ü
\ nr-' - ., V
lç=OA
+
o.sv-
-
ov
o
Figur:a 6 6
\ 'ariação Jos potcnc1au l'C\<T.'>lb dL'.
polarização aua\,:.. d:ijunção p-11 de un1 Jf-l:T de canal 1t
m3.ll\:ira mo'1r.lda na Figura 6.6, cm que pod.."Ttlo "crquc
:i corrcn~ I ~""tabclcccrá os 1
1h·c1s de l\."flsão ao longo do
c:inal. O n?"lllt.ado e que a região <>upcrior do material do
llpo p est:lr:Í polari7ada n:ve~mente cm cera de 1.5 \ ',e
a região inferior e<>t;irá polari7ada re\ cr;;imente em apenas
O.S \ ' Lembramos. com base na análi~ da operação do
díodo. que qu:snto maior a tensão ~er.;a aplicada. miti
larp é a rqiào de depleçào dai a dic;aibuição da região
de depleção mo:-.troda na Figura 6 6 O fato de a jun\~ JHI
~<ar polarizada re\cr..amente ao longo do comprimento
do c:ina.! faz com que a corrente de pon.a !i.C!Ja igual a zero
am~re. como mostra a 1ncsn1a figura. O fato de que
Ir. - O A é uma impon.ante caractenstJca do JFET.
A medida que a tensão l e>~ aun1enta d~ O \ ' para
alguns 'olt.s. n com:nte aumenta. como prc\ e.to pela lc:-1
de Ohm. e o grâ.Jic:o de I n 1·t·1~·11.'I i ', 15 tem a forma mo:.1.ruda
na Fi!!ura 6.- . A rclatt\•a li ncitridadc da cun'3 re\ela que.
para a região de baixos vulort."'> de Jf..>- a n.~1stência é
~1cam'"-ntc con.,tantc. C'onfonnc o\ alor de I ~ aumenta
e ..e npro,im..s do valor de I '" na Figura 6.7. ~ regiõc.-. de
dcplcçào da Figura 6 5 se alargam, prn'oc:mdo considerável n:duçào na largura do canal . F'\"3 redução é a causa do
aumento na re-.i<>tt!nc1a do canal e da curva da Figura 6.7.
Qu:mto m:ii.; hori1ontal a curva. maior a f'l!"'i'lência. o que
sugere que ela atinge -infinitos" ohm~ na ret.ão horizontal Se J'b for ele\ ado a um \nloremquea:>dll3S regiões
de depleçào parecem e '"tocar". como mostn a Figurn
6.8, surg.ili a condição de 11i11cli-o/fCest.rangulamemo}. O
valor de I'os que ~tabclccc essa condiçiio é chamado de
ten..,Jo d~· p. nc.h-oJ! e é denot:ido por J',.. como moi.-uu a
figura 6.'erda<lc. o tcnno pi11ch-(l_[/ não é apropriado. poii. ugrn: que a corrente I n é con.aJa e C3i a OA. No
entanto. como mostro 11 l· 1gura 6. 7. 1~0 ra.mmeote ocorre;
/ 0 ,mnt&n um \alor de saturação defirudo por l1m na Figura 6.7•• a re<.l.hdadc, tunda há um canal muito estreito.
com uma com:nh..'. de ulUI densidade. O fato de 10 não .!.cr
/)
e:
+
\~, , : O\'
-
.\
-
~
'ª
p
p
Flgura 6.8
Purclr-1!1J 1f'c.s
O\',
1·," • r,.).
cortada no pin<il-t?ll e manter o valor de saturação mdicndo na Figura 6.7 é confirmado p.;!lo nrgumen10 de que
a auc;ência de um3 conente de dreno tomaria impossi,el
haver diferente-\ \1alores de potencí;JI através do material
do canal /1 para e-.tabelecer o~ di\cr.-.os ,·alores de tensão
de polarização reversa ao longo da junção p-n O resultado
seria a perda da di,tribuic,-'ào da região de depleção que
originou o pinth--0JJ.
Confonnc o \-alOr Je J'.. ulrropru;sa o de 1·,. a rcgtão
de confronto entre as du:u regi~ de depleção aumenta em
tenno!) de comprilllàlto ao longo Jo canal. mas o ru\ el de
Jn permanece bohicamcntc o mõmo. i:='.m swna. port.31lto.
wna\eLquc i ·
I'
oJfL-raprcscntaascaract~cas
de umu fonte de com:ntc. C.' 01no mostro a Figura 6.9, a
corrente fica fi~a no' alor I u - I,\'},\• ma... a tcnJ-ào 1•4 ~ (para
valores > Vr ) é dctcnnimda pela carga aplicada.
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
1---.- ---o
321
+
~
!_. . __~_º
Rgura 6 .9
, .lJIS > J',.
-------
r
""p
Fonte de oom:ntc cqui""'3lcntc parn Vc..J = O V.
+
1\
-.-
'
p
'
li
'~ >O\
~ ~
~ .~
-==-
+
A escolha da notação /D."S den\'a do fato de 3 cor-
rente ser do dreno para a fonte. com uma conexão de
curto-circuito da porta para a fonte. A in\c::.ttgaçiio das
caroctensricas do <lispositivo re\ ela que:
-
1, e ú c()rre11te 111álir11tr Je 1lre1tu puru u111 JFET I! é
definida f1"/U C01tdi('ÕO J~L\ ;o fl 1' <' JM> 1J',.f.
\ 'eja, na Figura 6. 7, que i ·IL\ =O\' para toda a cur-
va. Oo; próximos parágrafo-. descreverão como a curva
caracteristica dn Figura 6. 7 é afetada por variações do
\alor de Vc;s-
VGs < O V
A tensão da porta para a fonte. denotadn por V"~' é a
téfl:j,jo <.'Ontroladora do JFET. Do mesmo mo<lo que várias
CW'\"35 para/, }'eJ'SUS l'cF. foram estabelecid:is para diferentes
' ·alores de 111 no lmnsistor TBJ. as cun<b de 10 1·ersus l'fl,
para \-:lnos valon.-s de VGS podem !>4."r de::>C!ll\.Olv1das para o
JFE 1. Para o dispositivo de canal n. a tensão controladora
J ~ se loma cal.la vez n1ais negati\"a a parar de i'c;s = O V.
Em outras palavras., o tcnninaJ de porta :s.cra ~tabclccido
em potencinis cada vez n1enores comparados ao da fonte.
fl.la Figura 6.10, uma tensão oegati\'a de - J V é apbcada entre os tcnninnis de porta e de fonte para um valor de
J' '\ menor. O efeito da polarização negati,·a aplicada Vc;~·
é e::>'"tabeleccr regiões de depleção l>Cmtlhantêli és obtida!>
com l'c.s = O V.. 1nas com valores menores de Y0 , . Com
isso. o efeito da aplicação de uma polanznção negativa
J '3 ~ a1in~ir a condição de saturação rm 'alares menores
de tensão I As• COITIO mostra a figura 6.11 para J ~.\ = 1 V.
O nível de saturação resultante para 10 foi reduzido e,
com efeito, coalinuará a diminuir confonnc l'w se coma
cada vez maic; negativo. Ob erve também na Figura 6. 11
como a tensão de pi11ch-o.ff diminui. d~re\'endo uma
parábola. conforme l'Gs se toma cada
mais negativo.
a tensão será negativa
\'\!7
Por conseguinte, quando I',. 1 = - r
o suJ1ciente paro estabelecer um ru\el de saruração basicamente de O mA e, parti todos os efeit05. o dispositivo
estará '·desligado". Em .;uma:
6.1O Aplic;i~o de uma tensão ncpt~-. no
tC'I'lllin;i,J de poeta de um JFET.
fl _,...
Na maioria das folhas de dados. a tensão de pinch-off
é especificada como l'i;'l.i...1..,..., 1 enl vez. de r·,.. A folha de
dadoi. será re\ ii.ta mab adiante neste capilulo. quando O!>
elemento:. mais imponantes tiverem i.ido apresentados. A
região ã diretca do lugar geométrico de pinch-<>ffoa Figura
6. 11 é aquela nonnalmente empregada em amplifie3dore:.
lmeares (q~ aprt.~ntam um mlmmo de tfu.torçào no s1naJ
aplicado) r CO!>lUina ser chamada de co11enJl constante.
saturação ou região de 0111plificação linear.
Resistor cor-tro ado por tensão
A região à ~qutrdn da linha de pinch-o.D. na figura
6.11. é. ch!'lmada de ôlunica ou região de resísJencia c:onJro.
lado por tensão. Ne~ região. o JFET realmente pode ~"T
empregado como wn rcs.istor variável (po~..;i, cimente um
si stcma de controle automáttc-0 de ganho), cuja n:s1stêncra
ê control~da pela lensào porta-fonte aplicada. Obscr.-e,
na figura 6. 11. que a inclinação de cada cur\'a e. porbnlo, a re<>istencla do dispositivo entre dreno e fonte p:ua
1'11\ < l ';o é função da tensão V(i.\ aplicada. Confonne i·, \
se tomo mais negatí,·o. n inclinação da curva se toma mais
horizontal. correspondendo a u111 aun1ento no \"ator de resiscêocia. A equação a seguir fornece uma boa apro"<imaçào
do valor de resistência em te.nnos da tensão J'Gs aplicada:
r,,
(6. 1)
O i·alurdi: J f•s que ll!~ultu t:m ln= OnL4 é<lefinülu por
I ~::
J',.. ,\efU/O r,. 11111<1 tf!Jt\·ào nf.1,'illÍ\'Q paroJi~po~itÍlt>S
Je c11nul n e 1111u1 tensão po.\ffl\'O paro JFET' de ca11,1/ p.
onde r , é a resi~incia com Vc;s = O Ver" é a
para um valor especifico de Vc;:.·
resi~in
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
322
+-''-+-t--+--t-<--+_,\ Q-: - J V
_,(;s.,. _ .$ \
•
Flgura 6 .' 1
Curvá:i carncceristic<i~ do JFEI de: can.tl n t0m lpss= 8 1nA e r-,. = ~
Para um JFET de canal 11. com r. igual a lO kll
(l'Q - O\', l j. - 6 V), a Equação 6.1 vale -W k:..Q parn
VG\ =
1,.
IS
10
' 5
"'
- 3 \ '.
Dispositivos de canal p
O JFF.T de canal p tem e1tatamente a mesma eo;-
trurura que o dic;posi1ivo de canal /1 da Figura 6.3. mas
as localizações dos materiais do tipo p e n são trocndas.
como (Jl()Çt.ra a Figura 6.12. Os sentidos das correntes s.io
in' ertidos, assim como as polaridades das tensões J'6.~ e
l'n\· Para o dbposilivo de canal p, o canal se contrairá
para tensões posili\'as crescentes da pona para a fonte. e
a notação dupla para Vtl.i· resultará em leusôes negativas
+
\'.
para V11, nas curvas caracteristicas da Figura 6.13. que
tcn1 un1 11"'' igual a 6 RL\ e uma tensão de pinclr-off de
Ve;., - +6 V. O sinal negati' o para Vn~ pode gerar confusão.
n1as indiai simplesmente que a fonte está em u1n potencial
1nais alto do que o dreno.
Obser1 e que para valores elevados de f'ni a curva
sobe abruptamente e alcança \.aJores que parece.in ilimi1ados. O cresccmento 'erucal mdccn que houve w11a ruptura.
e a corrente atra\6 do canal (no sentido nonna~rne
esperado) agora é limitada apenas pelo circuiro extttn0.
l:mbora a Fi.gma 6.11 não mostre o dispositivo de rnnal
11, esse fenómeno ocorre para CS!.C tipo de dispos1uvo ~
11ma tcn:.iio l>Ufic1ent.e é apltcllila. Essa região podcrú ~-r
cvitada se o valor de I ·n>n. for inserido na folha úc dado:..
e o projcto for taJ que o valor de Vns seja menor do que
esse valor para 1odt>!• os valores de fias·
+
~._---.-
~
J,. =OA
~~
G
~=-4--1
+
.... - - +---.
t~
n
n
7
\'lJl
-
+
't.e -=--
6
~Í.l
.,
• 1r;,T Yc,r;
s
h_
--Figura 6 . ~ 2
JFET de canal p.
=+2V
- 10
-15
Fig t. a ô 1.., Cur":1., c:uacteri.;tica:. do JFFT de caruil p
con1l1m= 6 mA e = -6 \ '.
i:.
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
Símbolos
323
.4 t''<Jm!nre mã.Ti1tu1 é de/inida J'IOr !,,..~ e OC(ltl'e quan-
Na Figur..i 6. 14 são mostrados o simbolos gráficos
para os JFETs de canal /1 e de can:d p. Note que a seta
aponta para den1ro no dispositi\O de canal n da Figura
6.1-t(a). indicando o sentido em que a conente I,, flui ria
se a junção p-n fosse polarizada diretamente. Para o disposiri'o de e<1nol p. Figura 6.14(b). a única diferença no
símbolo é o sentido da seta.
do 1Gl = n ,.e J!,_.; ::!: 11·,.1. como mfJft1·a a Figuro 6. /5(t1}.
Parti ten.f~ 1C,s e111re {XJ11a efn1ue 11u•110n"' do que
(niai~ nt-gatnn\ Jo que) o l 'llior de pinc-h-aff. a ' '<Jt"re1UR dt•
dntllO é. 1f fio= À). COf/lO '1{XJl'l!CC'
Fi1(lll'Q 6.15(bJ.
Para
as •:1.1/ort''i: de " " ' e11rn.> n J' ,. o •·a/or
tle J>inch-<J.ff, u c·vrn?nte 1,, 1·uriC1rcí ent~ lm, e 0 .4. ~'­
pecrí,·a111e111e. t'Omo indica a Figura 6. / 5(c).
Paraª' JFEn de canal I'· pode :.er dt'.lt'.tnYJ/\·üfa
r1111a lista 'emelhonttt.
o
Resumo
Nesta seção. fornm introduxidos vários parâmetros
e relações importantes. A lista a seguir rel<iciooa alguns
deles que surgirão com frequência nas análises feitas neste
capitulo e no pr6xin10 pnrn os JFE Is de canal"·
'°"º'
"ª
o
6.3 CURVA CARAÇTERÍSTICA
DE TRANSFERENCIA
Derivação
D
D
+
+
tr,,
~,,,
G
G
\.hs
+
~ás
Vos
+
variá\ e·I de controle
lGS
-
s
-s
(3)
Figura 6 , l
Para o transb-ror TBJ. a corrente de salda Ic e a cor•
•
reate controladora de entrada 18 se relacionam
por meio
de beta. que foi considerado constante na análise feim.. Em
forma de equação.
lt• = /l/B) = ~18
1
constante
(b)
Símboloi. do JFE f ·(a) canal n; (b) canal p.
D
-1
+
• L. '
D
+
G
'
(6.:!)
-
-=-r
'
\G,., -;;- \ G}
s
- s
+ l - _ _...._________,
-
1
41:
'
(b)
,,
1
~
~ O \
D
tA.sl <I
G
'º
+
\ (iç
--
+
V.(1\
-
1+
-
\.ti/)
s
~e)
figura b . 15
p:ira I 'C"r ~O \
(a)
v,;s = o \I. / ~= /
:
(b) rone (/,,=O A) l'c..) 111cnor do que o \Ú>cde plitcli-offi (e) 10 vana entre O,\e /.'h~
e nlD.ior do que o \ator de pind1..0JJ.
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
324
'\a Equação 6.2 e"<istc uma relação linear entre / 1 e
I 'e o valor de I, for dobrado. 1, nu menu.rã também por
um fator de doi .
h1fclizmente. essa relação linear não existe C'l1ttt as
\llrÍl\'ci:. de l>aiJa e entrada de um Jf[T A relacio entre lr e
f ~ e tklinida pela t'quu<;ào tle ShocJ.lt'l'C'CJª J'igura 6.16):
' ariá' e 1de C'OO.lrole
10 = 10~(1
tant
- \'c.s
VJ'
)2
(6.3)
1
O termo qu.:idr.itico dn equnção l\..._,ult.a em uma relação não linc:arenrre l,,e I',.,, e is.;o resulta em um:i CW'\':lqtte
cre-.ce "ponençialmente com \'3lores decre--cernes de J'Gs.
'\a análise CC a ser feiu1 no Capitulo 7. o mêtodo
gráfico :será mais d!reto e fócil de utilizar do que o ma1emã1ico. ~o cnwno. o método gráfico e~giri o gráfico da
Equação 6.3 p:ira representar o J1,po~1ti' o e o gnifico da
eqwçii1> do cLCCwto. relacionando as mc:>ma:. \alÜ\e1s.
A ~luçào e definida pelo ponto de int~lo das dua:.
cuf\ as. E importnnle lembrar que. quando e aph4.."8do o
1netodo gráfico. 3!> caractcrí!.tica~ do dc.po ÍU\O não são
afctadlli pelo cucwto no qual ele e empregado. A equação
do circuíto pode mudar com a 1ntcr..cç.io cnttt 3!> dtl3!.
CUJ"\-a.._ ma:. a CUJ"\ a de tr.iru. fi:rêncía de f uud.l pc la Equaç-dó
6.3 não e afctad:>. Portanto. de modo 1;4..'1'31:
A cun .1, aracrero1ü.:u ele 1ru11,Ji.•rêitcia definida~lu
lYjUIJt;iio .f, '\J,,>c.1JC}· n1io é o{t•tcu/,,, pt {o circ:ullo rw qual
n d1,prull1\o ~empregado.
Figura 6 . 16 Dr. \\llli.am Bradtl1rd ~hocklcy. tCortC°'ia
<la AT&T Art'hi\es mJd Hi'IOr\• Cc:ntcr l
\\.'illtrull Br.1dh'rd Sho-.:ktcry (191fi..191\91. coi11\.c:11tor do pri111c:1n1 tl'tln'1"1cir e tormulaJo.1r da f(.'ona U\l "c:l~llo de .:an1f!Oc:n1prc:i;.\dll no cJe;.m, \\)\'1tl'k.'11lo Jo tran"'cvr e: du Fh 1.
~h0ta.k~
IA.-al ~ na,,cltnento: l .(1nJn.". lnglarcmi. Ph D . por
l lan'111d. 19~6. Dítttor lkl Tr.111'i~1or Ph) ,,ç, Oq1:1rtmen1, da Rdl l.abonuori1." Prt,idc:nle d3 <;,IJ< ... J.;k')
Tr1UlSIStQI' Corp.. Foi prof~ .,.li' de Pon1""1ll n.a... cad..'"tr.l de~ na Un1\cr~1Ja<lc Jc ranford
Pn."mio i'l:ol>el de fi,1.;::i c:nt l '>5h JUnta1n~1e C..'1111 os
JOUUlreS \\'altef Orun:un e John B111Xie4..'tl
/\ CUT\a de trnnsfetêncin pode er obtida pelo uso da
equação de ShockJe) ou d:is c:ul'\<ac; cnrncteristicas da Figuro 6.11. A Figura 6 J.,. fornece doi-. gráfico corn ~las
vet11ca1 em miliamperes. Lm é o gráfico de J ,,•rsw I ' ,
e o outro é ln ttr\ ' 1 ,,. Com as curvas carac1eri.,1i~de
dreno à direita do mo.,··. pode1nos desenhar uma linha
horizontal da região de s:nuraçào da cul'\<a. denotada por
i e, - O\', ao CL'\O /~ O \alor da corrente resuhan1e para
an1bos O!> ~ràficos ~ l nn. O ponto de 1ntcl'!>eção na cuna
de 10 1·enu~ f c;s ficará como m0:.trJdo, poí!. o eixo vertical
é tlclin1do por I '<-, = O V.
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
Em resun10:
IQuandoVc;s - O V.
lo= loss J
(6.4)
Quarulo l'cs= Vr=-4 V,acorreruedédtenoéOmA.
bem demonstrada por meio do exao1e de alguns valores
específicos de uma vuriável e pela detenninaçào do valor
resultante para noutra variável, como mostrado a seguir:
Substituindo
= O V, temos:
Equação 63:
iw
definindo outro ponto na curva de transferência. Isto é:
IQuundo Vos= Vp.
lo= O mA
1
(6.5)
lD = l t>s.5 ( 1 •
= loss (l -
Antes de prosseguinnos. é impon.ante obsenar que
b ct11'·as carnctl!risucas de ciR'DO relac1ooam um parâmetro de saída {ou dreno) a outro patâmetro de "ªida (ou
dreno) - ombos os eixos são defm1dos por' ariáveis na
~ região da'> curva!\ carnctcristicas do db1x1si1ivo.
A curva característica de tr.Jnsferência relaciona uma
corrente de saída (ou dreno) em relação a um par'.imerro
controlador de cntrJda. Há, portanto. uma lran.'>fe1ência"
direta das variáveis de entra.da para a saída quando se
onp~ga a clll'\•e. à esquerda da l 1gum 6.17. Se a relução
tosse linear. o gr.ifico ID 1•ersu f> f'c.. re...wltaria em uma
reta ent.re Iri..,, e Vp. No entaruo. o resultado é wna cur' ªparabólica., pois os intcnal~ \CttJCllb entre i'cs nas
CUf\115 caracleTísticas de dreno da Figura 6. 17 diminuem
considero\-elmente à n1cdida que 1·r.T assume \'afores mais
~tl\"OS. Compare o intervalo entre ru. cun--a:. de 1-'c..s"' OV
e f'<, = 1 \ f com o e'\istente entte 1· - 3 \'e a tensão
de pin<.11-off. A variação de 1'<V é a mo.ma. roas n variação
resulumte de ID é bem diferente.
Se uma linha horizontal for desenhada a partir da
curva l "c;s = - 1 V en1 direção ac> eLXO Ir e estendida até
o outro eiito. poden1os locafi7:ar outro ponto da curva de
uansferêncía. Observe que J'c;i - -1 V no eixo inferior do
gr:ifico d.1 curva de lf'aru.fermcm para wn 10 "' 4,5 mA.
Veja. também, na definição de /1, em J·,..,= O\' e 1V, que
os 'ai~ de saturação de 10 são empregados e a região
õbm1ca e ignorada. Continuando com J'G> = -2 V e -3 V,
a curva de transferência agora pode ser completada. No
Capírulo 7. a curva de ll'all!>fefincJa de 111 •·enus l'c.s Lerá
uso extensivo. e não as cun-as características de dreno da
Figura 6 17. Nos próximos parágrafos será aprescnmdo u1n
metodo ráptdo e eficiente para o gráfico de 10 \'ers it\· Vcs
<bdo5apena.-;os valores de!~. 1j. ea eqwçàode Shockley.
ApFc?.rão da equaçào de Shockle}
-
A curva de transferência da Fi2ura 6. 17 tambérn
pode !\Cr obtida diretamente da equação de Shoek.lcy
(6.3>. da.dos npenas os valores de I
e I ,.. Esses valores
definem os li mires da curva em ambol> os eLxos. resrondo,
assim. apenas encontrar alguns ponto inte1111ediarios.
A \alidade da Equação 6.3 co1110 fonte para o levantamento da curva de t.ransferêncu1 da Figurn 6. 17 é mais
325
)
VGs
Vp
~)
v,.
2
2
-
lossCI -
0 ).:?
{6.6}
Substituindo f G.s = 1·P. obte1nos:
/" =
lvss( ~)
2
1-
= los.s< I -
11D -
1)2 = / 0 ss(0)
O A l 1'r;r
~·, 1
(6.7)
Para as curvas cnracterísricas de dreno da Figura
6.17, "I! "ubsrituinnoc; I',,, = 1 V, tentos
( Vcs)
2
lo = loss 1 - Vp
-1
y)2
= 8mAI
( - --4V
= 8mA ( 1 -
41)::! =
8mA (0,75)~
= 8 mA (0..5625)
= 4.imA
como mru.tra a FigurJ 6. 17. Note o cuidado com()!) inais
acgatJvos de l'as e 1 r nos cálculos anteriores.. A troca de
um smal le\ari3 a um n.--suJtudo totalmente àr'3do.
Oe\e ficar bem claro. co1n base nas co.lhideraçôe!.
antenores. que dldos /0~ e Vp (normalmente fornecidos
pelas folhas de dados). o valor de ln pode ser dererminado
para quaJquer 'alor de V6 ,. Inversamente. usando álgebra
básica. podemos obter da Equação 6.3 umn equação para o
valor~-ultame de 1'r, paro tnn cindo valor de /,._ A dedução
é bem simples e resulta em:
\'cl =
vr( 1 -
~)
f>SS
(6.8)
TéStemos a Equação 6.8, l!ncontrando o \alor de
11c;s que l'C:>U1ta cm uma corrente <lc dreno dc 4.5 mA para
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
326
o di..~iti\o com as cun.as carncteri,tica.. mostradas no
f!TIÍÍICO da Figura 6 17 Temos
\'c;s = ---4
v(
4,5 mA)
8mA
1-
= - 4\t(1 - , 10-5625) = - 4 \ ' (0,25)
-1 \ ( l - 0.75)
= - 1\
como ~ub,tituido no cálculo anterior e \à'ÍÚcOOo pela
Figura 6.17.
Método simplificado
Como a cur\'a de transferência preci.-.;i ser traçada frequcnt~ue. seria betn 'ant.aJOl>O po!»uinn~ um metodo
'unphficaJo para o levantamento da cun'3 ~ n:al1za<,,-.e o
trarolho c:k modo mai,, ràpu.lo e eficiente. e q~ m:mtJ\~
um nÍ\cl act.-ÍLl\CI de prcc1~0. O fonnato da E.q~o 6.J
é t.a1 que '-alore-. cspcc1ficos de I', rc-,.ult.am cm JU\CIS de
I tJ que po<k-m ~ memorizado~ para lom1Xcr a marcação
do .. pont~ no !_.rr.ifico ncc~sáno., para o esboço da cun-a
de tr:lJ'l ..fcn:nc1a. Se especificanno.. que ' 'Gs e metade do
valor da ten'\io de pinclr-<?fT i ·,., o \alor resultante de /0
"4:rá o scguinie, como dctern1ina a equação de Sbockley:
\lc;ç)2
•·
\
lo = loss( 1 -
,.
(1 - \p'2):- !
-- lns... .
1
Vp
1 )~
(
'D.SS\. 1 -
=
2
•
- lo.\s <O-~>-
I o -- ln'-~
4
(6.9)
Agora é impon.an1e ob~rvar que a Equac."ào 6.9 não
v3le apcnb para um valor cspt.-c11ic.:o de J ,.. 'l nua-~ de urna
CC)ll.içJo geral paro qualqut.'T yaJor dé f ' desde qlk! I' ~ =
J ~'2. O rc:.ul1ado indica que a com.'1llc de dreno i.cr.i scm.prc
um quarto do v:tlor dé saturnc;ào lr:o.t' dC'Mlc que .i tensão
pom-fontc SCJ3 a metade do valor de p1nch-ojj. Obscnc o
1 \ ' tU F1gw-a 6.17.
valor de I para r~ = i·,n = 4 V 1
Se c.."><:olhermos 10 = /1J\~2 e o;ub,tituinnos 113 Equaçào 6 ,S. t~
,
\.~
\:'r
(
1- \
=
\ lp
,....8
(
/~:~-11) =
(6.10)
Podcn1 ser detennjn:ulo'i ponto.., odicionai... mas a
curva de lr.tnsferência pode ser esboçada com um ni'el
..,a1isfatório de preci..SO utilizando-c;c npenas os quatro
pontos definidos anu:rionnen1e e re' is1os na Tabela 6.1.
l\a verdade. na análise do Capi1ulo 7. um máximo de
quatro ponto:. ~rio utilizado:. para o esboço das CUJ'\'aS
de 1ronsferincia. Na maioria~ s1n1ações. utiltzar apenas
o ponto definido por J'0 = J',12 e ru. intcrseçõe. d~ eixo:.
cm l,,çt e 1 será suficien1e para n ob1cnção de uma CUJ'\3
prcc1~ cu1 grande pane dos cálculos.
Tab e la 6 l
,.
J""
ll"FTI« 10
utilironJo a c:quaçào de Shoc~·.
-
'º
f.J
u
l ,iss
0.31 'í-
lt>J'1
o.s I',.
,.,.
/OS'/'4
OmA
EXE~IPLC'
" l
Esboce .i curva de transferência definida por 1D!\"' =
- 6\1•
12nlAc\'
Soluc o·
Os dois ponto:. ::>ão definidos por
10 ss- l2 m...\ e''~= OV
/ 0 = 0DL\ el 'ra= • ,
e
Lm J t, - J',J1 = - 6 \ 'J1 - - 3 \ .a com:nte de dreno
será tlctertrun3tb por I = / ,.,f 4 12 1nAJ4 - 3 mA. lm
ln ln.-..v2 = 12 mA2 = 6 DlJ\. u tcn!illo porta-fonte t:
dctcnn1nada poT J' .-.~ :: 0.3J 0.3(- 6 V)= - 1.8 V. O:.
qualro pontos do gm.fico cslào bem definido:. na Figura
6. 18 com a cun'a de uan-.fcrenc1a completa..
,=
= lossC0.25)
e
e
1
lo
-
\ I T>\<;
Vp(I - "\.05) = \.'p(0293)
Paru os~' os de cansl p. a equação de S00cL:le)
(6 3) aind;.1 pode ::.er aplit.'3da 1!.."<Utamcntc como m~do.
t\c!>i.c caso. t.lnlo 1 q11:1n10 i 'G.f "4!rilo poi.1LI\ O!>. e n clU\a
'>crá a cun u de s:raru.fcnma refletida do d1i.po"ru' o de
canal n, com º" mesmo:. \-:S.lon."S hm1tan1cs.
EXf'vl"LO 6.2
E.!>bocc a cun.·a de tran:.fcrc-nc1u parcl um dii.po!>tU\ o de
canal p. comlnsr= 4 m.~ e i , = 3 V.
Soluc o·
Em l'c,s- 1',J"2 = 3 \ ' ? = 1.5 \ '. 10 lr!>S 4 = 4 mA'4 =
1 mA Em/D= /.M :! = 4mA2 - 2 m ..\ . 1""5 =0.3 J'; .=
0,3( 3 \ ' ) = 0.9 \ " .\mbos <>'.'pontos apan:ccm na Figwa
6. 19. Juntamente com os ponto.., deli nidos por/ L\"S e J j..
Capitulo 6
u 'ci'" 'oss .. 12 mA
ll
10
9
g
1
6
s
-6 - 5 - 4 -3 -2 - 1
figura 6 .18
de dados e contém tensões máxin1ns entre terminais específicos.. \i1JOres on'ÚntOS de COITCDte e O valor má.llÍmo
de dissipação de potência do dispositivo. Os ,aJores máximos especificados para Vo.\• V00 e 1 ~ não d~em ser
ultrapassados em nenhum ponto de operação detennin.ado
no projeto. Qualquer bom projeto tentará e\ itar ~ 'atores. mantendo uma boa margem de segurança. Embora
!>rja coJJ1UJDCDle projetado para operar com IG= OmA. C3!>0
!>cjaforçado a aceitar ulll3 corrente de porta. o dí!>po-..lli' o
pode supol1llr ate 10 mA (lc,f) sem ser danificado.
Característ·cas térmicas
3
Adii..:.apação total do dispositivo em25 "C (lemperotura ambu:nlc} é a potC-nc1a rnáxima que ele pode cfus1par
sob conchç~ nonnai!i de opéração, e é dcfuuda por.:
l
"
327
4
2
--· ....
Transistores de ereito de campo
o
1Po = \loslo
j
(6.11)
Cuna de ll'rulSferêne.1.a p:ms o E.'<f1Dplo ó. l.
'ª
O~~
a semeUmnça em fonnato com a equação
de di~tpação máxima de potência para o TBJ.
O fator de redução é discuudo em de~ no c·apitulo 3, ma:.. por enquanto. :.aiba que a bpeciticação
5 m\\ ·C re'ela que a dissipação máx•ma d iminui de
5 m\V para ·~da aumento de 1º C na tcmpcrutura acuna
(mA)
4
3
2
de 15 ºC.
J
o
Caracter'sticas elétricas
1
2
3
•
\'as
Figura 6 19
Curva de lr3DSfcrênc:i3. par.i o dísposith o de
cm:tl p do Exemplo ó.2.
6.4 FOLHAS DE DADOS (JFETs)
Tal romo acontece com qualquer outro dl!>posiuvo
eletruruco. t! unportaote compreender as õpe<:lficações
fomec1dili. em uma folha de dados. ~1ui~ ~ues, a notação
utiluada <li fere daquela que nonnalmcotc e aplicada e, portanto. UDl.1 medida de tradução pode tcrde ser aplicada. De
modo gL"flll porém, os títulos d(b ~ !>ão uníformL'$ e in-
As caractc:nsllca:. elétncas incluem o valor de J ,. nas
caracterhu~ dll estado "desligado" e de /D» ~ caractcfil11cas rm estado 'ilgado". Nesse caso, 1;.= i ·<.»· ,,..,
vana de - 0.5 a - 6.0 V, e IDSS varia de J a 5 mA. O fulo de
ambos os panllne1ms , ·ariarcm de um díspositi\1l para outro
deve ser con-;iderado no dcsenvol\•in1ent0 de um projcto.
/\<; caracteristiosde pequenos cri nuis se tomarão relevantes
quando examinarmos os circuitos CA no Capitulo 8.
Características típicas
A listagem de característica<; típicas incluira uma
variedade de cun11S que demonstram como importantes
parãmetros \wlatn de acordo c-0n1 tensão, corrente. temperatura e frequência.
clUC111 especificações máA.imn. características térmicas,
etntcteri~tica.~ elétricas e conjuntos de c2r-.tcteristicas
osnajs. \ Figura 620 mostra as folh:ss de dados para um
Primeiro. note na Figura 6.20(a) que o gráfico inclui
a região negati\1l de Va no lado nonna !mente positivo do
JFE 1 de canal 11, o Fairchíld Semicooductor2'1S-l57, com
dois tipos de técniCil. O encapsulament0 T0-92 é utilizado
para um dispositivo de maior potência do que o encapsula~nto SOT-23 utilizado em monttgem em superficie.
uma tensão de pitu:h-offde -2.6 V. un1 \'alor inte1 uiedjário
na faixa de ~veis tensões desse tipo. Se esse for o único
E.specifcações máximas
Uma lista co1n os valores m<i~imos permitido para
um dispositivo normalmente aparece no inicio dn folha
eixo horizontal Obser\e também que o gráfico representa
gráfico fornecido. ele serve coolo um valor médio entre
O!> linütes. As caracteristicas de dreno-fonte comum são
fornecidas na Figuro 6.20(b) para uma tensão de pinch·o.D de - 1. \ '_ Note como a corrente de dreno cai para O
ampere quando C!>sa telhão é aplicada. Obsenie também
que o \alorde lo, é apenas de cerca de 3.75 mApara •'Wl
328
~s ~ettônicos e
teoria de árCUÍlos
FAlRCH~LD
...
ESPFCIPlCAÇÔF..'i \tÁXl\1"5
Sllllllolo
,
l'llll1ioilru'o
\ ~
Téf1~' ,frei ..~
\ 'oo
1 <Lli.io J1rou-paNO
1
\
~
\,..,
T <tt..SO ptftl !ruttr
~
lo
C"ufl'I""'• dÚClll de p>'U
10
...
de l.cli\llCi".&IVJ'W cb j
JlMll •JPC.11u;iu e mm1.n 1--
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1
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CARACl""ERf~TICAS DI fST:\l>OOESUC\DO
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1
1
'"
~
rf
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1J) ~n~m. 8\\1 • IJ) Ht
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\'G.4'•.JeMr~dr~I
=-1.8 \'ltipicDJ -1
T"., 2SºC
\'e;: = 0 \ llípic.'I
i
:.
-::
Vw.= 015\
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e:
\'(ili:-0.5 \'
-
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-
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-
~
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l
+
"'
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o
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- Ten<fu> dreno-fon1e (\ )
Coracteri~tica
•
ili
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wo
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Agura 6.20
+
Q
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\
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patência ffnllf ldltptral:u:rn :imhiente
-"
\'
,
~
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-
Dk~ip11çi11 de
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k de um ..IFE 1 2'~S- de canal n (co11t111uu).
7S
T(11"'J)l:'t~rt• 1 •a
1.:;
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125
ISO
Capitulo 6
RõblÚKÍlt &, ninai ~rnu
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ll. .
329
tem ixnatuna
T
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Transistores de ereito de campo
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1
- :?
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Vos - Tcmão
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-
1
- 6 _ ..,
- 10
.,_..r..u 1\1
ltl
-1!-
\os= IOOmV
Vrc, .. ov
75
- 25
25
125
115
TA - Tempr:r.uun :unbi<?nte ("C)
'CJ
fdl
Tr:mscondutãnrb ffnllJ CDfltole de dttno
'()
Vos= 15\
• ~ .•
TA - ~e -~....-.>...-~._
svl
........
i
f=lk.Hz
0.1 .___;_..;..__ _;__;_;,;__ _;._:...:....
o.o 1
0 .1
l
10
1r> - e~'"'*" de c1m1o f mA 1
=
1 1
l .t, _
\ ' ...;._..i....;c......;_;_·
• ..__ _ _ _ _
0 .1
10
111 -Coc1cnk de úR:no (mAJ
'~·
e()
F'tgura 6.20
1
•·t
Contú1uaçõo
1ensão de pinch-ojj; enquanto era cerca de 9.5 m..\ para
uma pinch-o_ffde - 2,6 V na Figura 6.20(a). A dissipação
de pocêocin en1 função da te1nperarura ambiente é plotnda
na Figura 6.10{c) e mosr.ra clanunente a queda acentuada
na capacidade de mnnipulação de potência e temperatura ~o ponto de ebulição da água ( 100 · C). é de apenas
250 m\\ em comparação com 650 m\V à Lempcratura
ambiente. Os efeitos capJcÍll\OS na F1gura 6.20(d) se
tomar"dO mwto importantes em altas frequência:. por causa
da rc:uânc1a resultante e do efcuo ~re a 'cloc1dadc de
operação. Einteressante notar que. qwnto mais negativa a
tensão porta-fonte, menores os efeito:> capactllvos de uma
frequencia de 1 MH7.. O gráfico de resistenci.a de canal
da Figura 6.20(e) demonstra como a resistência de canal
\'3Óa com a temperatura em vários ni,·eis de
J'a'o(dc>llp.i..i· A
principio. ns variações podem não parecer tão drásticas,
~ dt!'·rn1os atentar parn o fa10 de que o ei;1;0 vertical é
umaescaJalogarítmicnqueseestendede IO!la 1 kQ.Os
gráficos de transcondutância [Figura 6.20(01 e de condu-
tãncia de saída [Figura 6.20(g)l ganharão de.;raque quando
annlisannos os circuitos CA cotn JFET. Eles definem os
doi parâmetro:. do circuilo CA equivalente. Ceruunente.
cada um deles é afemdo pelo valor de corrente de dreno
com menor sensibilidade para a ceosão de pinch--Off.
Região de operação
A folha de dados e a curva defmida pelas tensões
de pinch-offpara cada valor de Vc.ç detenninam a região
de operação na:. cur'\as de dreno para uma amplificação
linear como mo:.tro a Figura 6.2 J. A região ôhmica define
os \alOl"e!o mmi~ penni1idos de V05 para cada \alor de
11GS· e l 'l'lfoo.,. especificn o valor máximo des:.e parâmetro.
A corrente de saturação los:,. que é a conente m:i..üma de
dreno. e o 'ator ma.'ilioo de dissipação de pot..'.ncia ckfin.:rn
a cun a dCM!Dhada dó mc:.mo modo como foi d~to pànl
os lnmsistorcs TBJ. A região sombreada resultante e a
região de operação normalmente utiliT.ada em um projeto
de amplificador.
330
/MS
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
--+ -------4
/
l'o .. ' 'os lo
1
1
•
o
1
,.1os-
dcL cun~ o aumemo <;aia reduzido pnra 250 m\ ' - 0.15 \ '.
e a cuf\a l'G5 - 2..25 V seria inclulda. além das cun'aS
adicionnda entre as moslradas no Figura 6.22. A CUI\a
2.25 V te\elaria o quanto as Cluvas ~aproximam
1,,,
un1as das outras para a mesma tensão de u1te1'\ alo. Felizinen1e. o valor de J',. poJe ser c::.timado com um erau
de precl::.lo razoi\d pda simple:. aplicação da condição
ei.1abclec1da na Tabela 6. 1. J::.to e, quando 10 = IJSJ2..
I G\ - 0.31 Para :is CUJ'\ü!) carnctcrist1cas da figura 622.
ln lll 2 - 9 mA ~ = 4.5 mA. e. como pod~-mo-. \criticar, o \alor corrc-.pondcntc de I , e <.lc cerca de - 0.9 \'~
Utilir.ando c:..-.a mfonmçào. descobrimos que l'r= I' 7 0.3 =
3 \ ', que ~a eçcolhtd(l parJ e"~ dispositiO.9 V '0.3
vo. Aplicando ~se vai«. deteTI11inamo" que em i'c..\ = 2 \ ':
-
11,
Figura 6 .21
Região de operação nomul para wn projeto
2
Vcs)
= loss ( 1 - v,
y):?
-2
= 9mA ( 1 - - - 3V
de wn amplift..•ador lmear..
-
l m..\
6.5 INSTRUMENTAÇÃO
Lembre-se de que, como \·in1os no C3pirulo 3. existem in.,1rumen1os portáteis disponi\'cí~ pam medir o \<ilor
de P.r para o TBJ. mos não há in trumen~ !>Cmelhantes
para medir o:. \'alores de / 11, 1 e 1',.. Jl.o entanto o craçador
de C'W'\as introduzido para o TBJ pode traÇat as camcte-ri~ de dreno do JfET com um ajll!>te apropriado dos
d1\ er.,o., control~. A escala ven1cal (tm m1liampcre.l e a
~la horizontal(~ vollS) foram aj~tad:b p:ua mostrar
as CW'\ill> por inteiro~ como 'vemos na figura 622.. Para o
JfEl ~ figura. cada div1~10 'en1cal (l!m Cénlimctro::.)
repre~nu uma vurinção Jc 111 de 1 mA. enquanto cruin
di\ 1-.ão hori.rontal COm.'.i.JXln<.le a 1 V. o tDICf\ alo entre O!.
valore... de J ~ e de 500 rnY (0,5 \ tntcn-alo). mostrando
que a CUT\'11 nui' acima C para J':.!. 0 \ ' C a CUJ"\'3 IOgO
ab:tr~o e Jl3n1 i · ,1 = -0.5 V para o diçpa ... it1\o de canal n.
Utilizando-.;e o me.mo inten alo. a curva ~in1e é - 1 V.
c;eguida de 1.5 \ '. e. finalmente. 2 \ ' ÍÀ~hando-se uma
reta da curva mais acima até o eixo J o \alorde /!N\pode
ser e...timado como mais ou menos 9 mi\ . O \'alor de J'ipo<le ~'f e--ümado observando-se o 'alor de f da cun·a
inferior e IC'\-ando-:.e em conto a redução da distância entre
esi;e
ib curva, à medida que V,;, se tomo ma1-. n~\3
caso. J',. cenamenre é mais negat1\a do que - 2 \ .e tal\ez
~a pró\ima de-2.5 \ '. Devemo.. Je1nbtar. no mlallto. que
bCW'\asde J'GJ estãon1uito pró\1mas~d.uouua:.quan­
do se apl'O'-Ím.:tm da condição de cone. e t.aJ,e.z f = -3 \
srja uma ~,ão melhor. Obscn e t.ambón que o inten alo
c..-ntrc .b {"UJ'\lb é OJW.ladO parJ CIOCO ~ l1011tando .b
c:IJI"\~ a 1 ·~ - O\i.-Q.5 V, - 1 V, - 1.5 \ e ·2 v. Se flbSC para
o que é confinnado pela Figura 6 .22.
Fm 1·,., - - 2.5 \ ', a equação de Shockley re-rulta em
111 0.25 1n1\ . com IJ.: - 3 \ ' o que revelo claramente que
as cur\'as se apro~imam rapidamente de J',. A in1ponância
do panimetro g. e o modo como ele e detennuudo a partir
das CUJ'\'Us características da Figura 6.22 serão descrit<b
no Cap11ulo • quando forem examinadas as condições de
•
•
pt.'qUCllO:. lilnAlS.
6.6 RELAÇÕES IMPORTANTES
Nao; ühtmas seçõe<;. foram introdu1idas algumas
equuçõe" e caracteristicas de operação relevantes de
pan1cular imponãrcia p;ira a análise que "e segue das
conliguraçõe-> CC e CA. Para i.-.olar e enfatizar 4'Ua imponância ela.. foram repetid;i, nu Tabela 6 2 a seguir.
ao lado da-. equações corre:.pondentes para o TBJ. As
equoçõe... do JFET são definidas para a configuração da
Figuro 6 23(a). e as equações do TBJ cs1ão relacionada~
J figura 6.23Cb).
Tabela 6.2
JFET
TBJ
1 = lu~s( 1 - \'\',.as)2
lc - p18
1,
//) = ,,
<:=?
/<,
~
ê<
OA
lc
~
lt.
VHF. ;;: 0.7 \
(6. 12)
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
/
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•l'imJ\
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331
L.
1
1
1
1
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por Ji>•
i
'
1'
"--r'
1\•
di\
figura 6 .22
Características de dm10 pan um tr.1nsis1or .lfET 2N4416 apresentadas por um traçador de curvas.
Tpf
,Q
,,,
l =OA
•
Go--~
+
B
,~ ~
•
1, ,,. filo
Como mencionado na inrrQdução deste cnpitulo.
hti três tipos de FET: JFETs. MOSFETs e \1ESFETs. Os
i\iOSFETs subdividem-se em dois úpos: de depler,:iio e de
in1e11~ific"ç.ãu hse:. tenno::.definem seus modos ~icos
de Opc!raçào. e o nome i\.10SFET siPnifica transistor de
efeito de campo metal-óxido-semicondutor. Vl5l0 que há
difereneb Olb caraccerisiicas e operação dos doí!> cipos
de MOSFET. des serdô abordados em seçõo separadas.
Nesta ~o. examinaremos o .tvtOSFET upo depl~.lo.
que apn.~enta caractcrÍ!>licas se1nclhantc!> ib de um Jfl::.T
entre e.arte e saturação cm I DSS• e tambcm J>OS!>W o :l!.]X.o'Cto
adi<.;onal de cunas caractcristica.!. que se e:.tcndcm até a
região de polaridade oposta para VGs·
~
s
E
(b)
Figura 6 .23
(a) JFET \._>F.WS (b) TBJ.
:\ comprttn.são clara do que cada wna das equações
antcnon.':) realmente rcprt·scnta e- ~uflc1cn1c para abordar u
nrns oomplcxa <las configuraçõo CC. Lcmhrc-11c de que
J• = O. 7 V era frcqucnh:mcntc o ponto de partida para a
análi~ de uma configurn.çàocom TBJ. De maneirnsimilar,
a condição IG=O A é nonnaJmenre a informação inicial
utílinida para a análise de uma configuração com JFET.
Para a configuração com TBJ.11 comima ser o primeiro
parâmetro a ser detern1inado. Para o JFET. normalmente
é J',, As 'ãrins semelhnnç.as entre as mãlises das configurações com TBJ e IFET serão mostradas no Capítulo 7,
Estrutura básica
Na Figura 6.24 é mostrada a coru.Lruçào báhlca dó
~10SFET bpo dc..-plcçào de canal n. Uma camada.~~
material do upo p e formada a partir de um:! base de siticio
chamada de ruh"S.truto. Trata-se da ba-;c sobre a qual o dispos.itivo será construido. Em alb'Uns caso~, o subsbato está
intemamenti! conectndo ao terminal de fonte. Entreumto.
n1uitos disposiri\'OS di<:cretos oferecem um tei 111inal adicional. denominado SS. resultnndo em um dispositi'o com
quatro terminais.. como o que é moS1Tado na Figura 6.2~.
332
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
Operação bâs ca e curvas características
fl>ma>I
D
n
n
s
IR'o-':ltl
Figura 6 24
\10SFFT tipo deplcçAo de canal n
Os terminais de fonte e dreno são conectados por meio de
conratos metá.hcos âs regiões dopadas do tipo n. as quru.s
são Jjgadas entre !>i por un1 canal n. como mosua a figura.
A pona umbém e conectada a uma superfície metãhca de
conwo, mas permruiece isolada do canal n por wna camada
1nuito fina de dtó.udo de silicio (SiO~). um tipo parucular
de ISOiante. denommado dielétriL·o. que eslabdcce campos
elélnOO> opo:.10:. tpor isso o prefixo di-) quando submetido
a um campo c.ucmo aplicado. O fato de a C3Jllada de SiO~
n-prcscnur um.3 camada isolanlc revela que:
.\'àõ hú CJJ'1e.tcio elerricu direta e.ntn.> õ 1,•m1inal de
Na Figura 6.25. a tensão porta-fonte é aju<;tada em
7ero volt devido a coneii:ào de um Lenninal com o ourro. e
a tens.iio V00 é aphcada através dos temiinais dreno-fonte.
Isso resulta em uma atração dos elétrons li'\<Tes do canal
11 para o potencial posirivo do dreno. que estabelece uma
corrente semelhante à que atro,essa o canal do JFE'I' '\Ja
verdade. a conente resuhante com V,;~ "" O V continua a
ser chamada de / 0 ,. como mostra a Figura 6.26.
Na Figura 6.2i. a tensão i'c.3 é negati\a, co1no - I V
O potencial negati\o na porta renderá a pressionar o~
elétrons em direção ao substrato do tipo p (cargas do
mesmo tipo se repelem) e a atmir lacunas do substnUo do
tipo p (ca~ op&..oo l>C atraem). como mostra a Figura
6.27. Dependendodn magru1ude da polarização negau\-a
estabelecida por J ~ um ní"el de recombinação entre
clétrons e lacunas roduzirâ o número de clétrons livres disponíveis para condução no C3n31 n. Quanto majs negati\a
for a polarização~ rmíor será a ta"Gl de recombinação. O
valor resultante da corrL"flle de dreno é, portanto, redundo conforme f 'c...s se IOma mais negativa. como mo_trn a
Figura 6.16 para 1· , : 1 \ : 2 V. e assim por diante. ate
o valor de pinch-off de 6 V. Os valores resuluintes de
corrente de dreno e o EmÇado da curva de transferência são
exatan1ente como o descrito p;ira o JFET.
Pura \.alores positnos de l 'r.~· a porta com potencial
positivo arrni elétrons adicionais (potudores livres) do
substrato do tipo p de\ ido à corrente de fuga re\.eTSa e
esuibclece OO\~ portadore::. por 1neio de colisões resultantes entre pnniculas aceleradas. A Figura 6.26 mostra que.
porfú e o canal dt• 11111 \10SFET
Além di o:
D
_._.
A L1.1n1mla isolante de SiO, nu c·on!>lru~'âu Jo .\/OS-
~
FETJ a ~pon.,iJiel pt!lu de:i•t!jurel alta in1peclüm:1u de
en1rad,1 do Ji~posiri\'O.
'Ja "·erdade. a impedãncia de entrada de um ~10S­
FET é muitas ,·ues maior do que a de unt JFE 1. npesar
de a impedância de entrada da maioria dos JFETs ser
bastante aJt;i para grnnde pane da.; aplicações. Por causa
da impedância de entrada extreman1ente alta. a corrente
de pona (/e. ) é essencinln1cnte igual a zero ampere para as
configurações de polarização CC.
O moti,·o do nome FET 1netal-óxido-semicondutor
a2ora :.e 1oma õb\ io: 111etal se refere às conexões de dreno.
fonte e porta: ô:rido. ã crunada isolante de difulido de silic10: e lemit·onJ111or. ã estru1ura básica oa qual as regiões
do tipo p e n são difundidas. A camada i:oolante enire a
porta e o can:tl kSU.ltou em outro nome para o dtspostli\ o:
FETdeporta 1.solatla, ou JGFET, apesar de e:.sc lttmoscr
e.ada ve-.t mcnoi. utilizado atualmente.
_____
f
'
G'9 - - <
,
ss
- ,.no
-
-
s
,
~
...
Figur,
''
o~
... _ .... / e / z/
\IOSFETüpodepleçãodecanal11 com
I 'r.~ = O V e uma labâo J • 7> aphc:1.da.
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
10.9
333
- -----~lodo
tleplo;io
1111.:n<i fic:açiio
~------- \é, , "' O V
- - - - - - l oss
------
/
-l
().U
.----------- va.~ = - 1
______ ,ll.S:S
Vcs =~ = -3 \
2
_,.
---------------sv
~------------
4
-~~:l-...L.--L--lL.\-.1..-4--...L.--~
- 6 - 5 -4 - J - ? \-•
v,.
Figura 6 .26
~
o
1
v(j'S
\i
\'
v,,,
o
Vc;s =V,. = - 6 \
oy,.;.
Cuf"\·as cara.1..'ltrí:>tieti de dlcno e cul'\a d~ 1r-.ins ferencia rara 111t1 MOSFET tiPo dcpleçlio de canal n.
UIMI"
1--~
e"<ceder a especificaç3o máxima (de corrente ou potência)
para o disposim-o Como mencionado, a aplicação de uma
tensão po itiva porta-fonte "'inrensificou~ o número de
portadores livres no canal, en1 con1paração ao estabelecido
quando I ' , - O\' Por esse moti·vo. a região de tensões
po ítivas de porta nas curvas características de dreno ou
na Cut'\'ll de mmsferência é gemltnente chamada de regiiio
dt1 intensi/icat,Õo~ a ~giào entre ru. valo~ de corte e saturação de Ir: challl3-se região <le depleçiio.
t particularm~te interessante e útil saber que a
equacão de Shodley pode ser aplicada às cantelerullca!>
do J\.10SI l:T llpo depleção 1.anto nas regiões de depl~ão
quanto~ de mtensificação. Para ambas ai. rcgiõo.. de\ e..
mos apcrub mscrir o sinal de VGs apropriado e momtora-lo
+
-
Go----~
r--+
~de
nmm:ilp
durante a.-. operaçõ.:s matemática!..
E lê1Tt>n, repelida~
pelo potWl.'1.l.I
oegatho IU paiü
EXEt- 1Pl0 6 .3
E~ a curva de transferência para um ~tOSFET llpo
dcpk~.ào d~ canal 11 com JDss = 1OrnA e r = - 4 \'.
Solução:
Em
Figur 6 27 Reduç.!o dos portadore!. ln~ no canal
de-. ido ao potc;ncial ncgutivo no tcrm~naJ de porta.
conforme a tensão porta-tbnte aumtnt.a
~11vamea te.
a
correnlt! de dn.'no crcst:c rapidamente pelas razões listada.o;
anterioTmente. O espaçamento \ertic:ll entre as curvas
J ~ - O V e i ·,;.~ = + 1 V da Figura 6.26 é uma clara indicação do quanto a corrente aumenta quando se \ma Vo.~·
em 1 voh. Devido ã elevação rápida. o usuário de\e estar
atento ã especificação para a corrente mi.x.ilna de dreno.
uma vez que ela pode ser ultmpassad.l com uma 1en.são
J>õ!>lll\'3 de porta. lsto é. para o dbposw\oda Figura 6.26.
s aplicação <lc uma tensão J' ~ = -T4 V resultaria em uma
corrente de dreno de 22,1 mA. cap;u de eventualmente
\'as= O V.
10 = loss = 10 m,\
Vc;s = \,'p = -4 V,
10 = O mA
\'G~=
Vp
.,
-
_ loss
Io-
..
cem l o -
lo~
?
- 4V
2
10 mA
4
2V.
-15mA
.
J'c:: =0,3 J ~= O.J(- 4 \f)= - 1,2 \ ,
que ap~ na figura 6.28.
334
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
/
0
paro serem substituídos na equ<içào de Shockley. '.\les._;;e
caso, tentaremos • I \ '. co1no segue:
(mA)
17
16
15
lo
-
13
= ( 10 mA) ( 1 - 025)~ = ( 10 mA) ( 1,.56'.bl
12
== 15.63 lnA
11
los.s
10
que é suficientemente aho pnra que o gráfico seja
coinpletndo.
1
MOSFET tipo depleçao de canal p
1
1
--s 'º~ 1:
2
4
•1
3
_ _ L1 _ __
1
1
1
1
1
-3
-4
v,.
-2
V,,
-
A construção do ~OSFET tipo depleção de canal p
é exatan1en1e o oposto do que é mostrado na Figura 6.2-l
Isto é, existe agora um su~rato do tipo n e un1 canal do
tipo p. como mostra a Figura 6.29(a). Os tem1inais são os
1nesn1os, n1as lod:b as polaridades das tensões e o sentidos das correnles são 10\ enidos, con10 rnostrn essa mesma
figura. As curvas caracteristi.cas de dreno cêm o m~mo
formato das cunas apresentadas na Figura 6.26. mas com
valores negati\ os de l 'v· valores posjlJvos de ln (uma \c!Z
que o sentido dc!'finido foi Ín\ertido) e polaridade:. o~tih
par.1 Vc,;5 • como podemos observar na Figura 6.29(c)_ A
inversão da polaridade dé VGs rc:.ulta cm uma cwya de
Lransfcrencia com o mesmo formato da anterior. pon.;r.
refletida cm relação ao ci-.;o lc. como mostra a Figura
6.29(b). lslo é. a co11a1te de dreno aumcntaní do corte..
em Vc;s = l'r na região positiva de J'ra até Iº·"-"'e continua.rã
1
1
6
1
1
1
1
2
1
1
1
-lo.s:s ,
4
1
1
1
1
o
-1
+I
Lo.Jv.,.
Vc:;s
2
r
.28
Cun-u carnc1cristica de bansftiêucia para um
J\10SFEI tipockplc\"iiodcçanal 11 com/11.s = lOmAc J.~ =-4 \ .
Antes de traçarmos a curva paro n região de \'alores po:.itivos de J 'c;J· deve1nos lembrar que!,., aumenia muito
rapidamente paro valores positivos crescentes de f'c..,.·
Em outras pa.lav-ras. deve1nos escolher' al~ razoáveis
a aumentar para valores cada v<:? mais negativos de J'G:I·
/\equação de Shoddey ainda é aplicável e requer apen:is
a utiliz.nção do siool correto de 1'c.\ e V,,.
9
9
ll
li
D
n
+
Y1..~ =
1\
s~
6
/OJ.)
5
s
4
..
J
3
,,
__...-------- l'<i.\ =U V
- - - - - - - - - -· \~ :+IV
1
~
l
-1
s
- - - - - - - --
7
6
(i
(
)'
lvss 1 - \'\~ -
1 v)~
= (10 mA) ( 1 - ~V -
1
1
1
1
14
=
ra1
Figura 6 .29
o
1
1
•
1
~
J
" ,,,..
5 6
VGt
«b)
\10SFEl apo df'pleção de CJnal p com l nir.ç = 6 mA e ~ r = - 6 \".
vus.. ~Í> •
+6
v
\ llS
'
Capitulo 6
Transistores de ereito de campo
335
Símbolos, folhas de dados
e encapsulamento
tipo intensificação são bastante diferentes de tocbs as que
foram obtidas até agora. A curva de transferencia n.lo é
O<i símbolos gráficos de um \10SFET dos tipos
depleç~o de cnnal n e p c;ào mostrados na Figura 6.30.
Observe que os símbolos escolhidos 1entam refletir n
construção real do dispositivo. ,\ faha de unia conexão
direta (devido à isolação e.ln pona) enrre a porta e o canal
é representada por un1 espaço enrre a porta e os outros
remünais do simbolo. A linha \enical que representa o
canal conecta o dreno à fonte e é ..sustentada.. pelo subsuato. l-l.í. dois slmbolos paro cada tipo de canal, pois. e1n
alg:un:. dispositivos, o substraro tem um temunal externo,
enqu3nto em outros não tem. Lm grande paru: da análise
fcita oo Cnpírulo 7, o sub>trato e a fonte ~o conectado:. e
M-...-ão uuhJ:ados os símbolos iofcnores.
O tk.'JX)sitivo que aparece na Figura 6.3 l tem tr~
terminais. e n identificação dcl~ é mo>troda na mesma
figura_ A folha de e.lados par.i um ~fOSFEf tipo dcplcçào
é sem~lhrulle li de u1n JFET. Os valores de l j. e 10 ss são
fornecidos ao longo da lista. com os valores máximos
permitidos e as caracteristie:ns p:ira Ol' c<>tac:los ··1igooo·· e
-destig:ido·•. "\lo entanto, um;i vez que 1,, pode ultrapassar
o valor l 1i.._\. normalmen1e é fornecido ourro ponto que
represente um valor típico de 111 para uma tensão positiva
(quando o dispositivo é de canal nl. Para o exemplo da
Figura 6.31, /L> é especificado como 11.._..,,, 9 mA CC.
com l'us JO V e V0~ =3.5 V.
dcfmida pela equação de Sbocklcy, e a co11cntc de dreno
C1ll!ll p
c;mol 11
D
D
LJ
-ss
Lll
ss
s
s
f)
ºº
s
.s
G
tal
(b)
Figura 6.30 Símbolos gráficos pm11 (a} ~tOSFETs upo
dq>leção de canal n e (b) MOSFETs upo ckpk"1o de canal p.
6.8 MOSFET TIPO INTENSIFICAÇÃO
Apesar de haver al&TUmas semefhançus em cstruturJ
e modo de operação entre f\10SFET tipo depleçào e
\10SFFI tipoi11ten4'incaçào,ascnrnc1emticasdo MOSFET
para es;;e dispositivo é nula até a tensão pona-fonte atingir
de1ennina.do \alor. Em particular. o controle e.ln com"'ttle
nesi.e d1SJ>O>llt\O de can::il n é realizado por um.a tensão
poSltiva pona-fonte,o que não ocorre com oJFE 1 de canal
11 e com o ~fOSFET tipo dcpleção de canal 11, onde esse:
controle é feito por tensões negativas.
Estrutura básica
~a
fil?UJ"3 6.32 e mostrada a estrutura básic.a de um
\ifOS-F~E~r ripo in1ensificaçào de canal n. Uma camrub
grossa de material do tipo p é fom1ada a partir de uma
base de s1hc10.. e echamada de substrato. Como no ~IOS­
FEl. ripo det>leçào. o substrato, às vaes, eS'ti conectru.io
internamente no 1enninnl de fonte e, em outras. temos
um quarto terminal (denominado SS) dispon1\el para o
controle do potencial do substrato. Os terminais d.: fonte
e de dreno estão conectados novamente às reglões dop::idas
do tipo n. por meio de contatos n1etálicos. 1nas observe. na
F 1gura 6.32. que não e>J.Ste um canal entre as duas regiões
dopadas do npo n. E.ssa é a diferença principal que e..~iste
entre a cSMUra do \ifOSFE'J' tipo depleção e a do \IOSFET úpo 1n1ensificaçào: a ausência de um canal como
um componente con:.trutivo do dispo~1t1vo. :\camada de
Si01 ainda estâ presente para isolar a plamforma metáliC3
de porta da região entre o dreno e a fonte. porém. nesse
caso. t sunpl~e o substrato do úpo p . l!m suma
portanto. a con.slruçào de um MOSFET tipo intensificação
é bem similar ã do MOSFET tiro depleção. e'tceto pela
ausêncta de um cansl entre os terminais de dreno e fonte
no tipo inlCJlSlficaç-.io.
Operação básica e curvas características
Se 1·,,, é igual a O V e uma tensão é aplicada entre o
dreno e a fonte do dispositivo da Figura 6.32. a albénci.J de
um canal n (com uma quanttdade generosa de portadom.
livres) resultará em uma corrente efetiYa de O ~ o que
é bem diferente de um ~lOSFET tipo depleçào e de um
JfET. onde /" = l oss. l\ão é suficiente acumular grande
nirmLTO de portadoro. (clélrons) no dreno e na fonte (de·
vido às regiões dopadas tipo n) se não existe um caminho
enrre os dois. Com J'n\ positiva, Vc;.ç e1n O V e o lenninal
SS conectado direta.mente à fonte. há., na \.erdack. dWb
junçõesp-n reversamente polari7adas entre as Tegiões tlopadas do tipo n e os sul:>srratos p que se opõen1 a qualquer
fluxo s1gndicacivo entre o dreno e a fonte.
I\a figura 6.33. t.anto Vo.s como J 'Gl são te~"
posÍh'\<415. e estabelecem desse niodo um potencial posi ti vo para o dreno e para a porta em relação ã fonte . O
po1enc1al po>ilÍ\.O nn porta pressionará ru. lacunas (1una
3 36
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
2 3797
MOSFET
de Ir.riu polêoéÜl p11ru á udio
~~'Ut<Mi
,....,..
Si1ll 1l1
TeNo~
Vas
±IU
Ca •u• de dn:ao
lo
20
200
Fau •
Ira:•• r:amru <La J~ir>
fw6' 1t•11'C• ·• aUt1Loi11ml ,_... .-rnw.;11.a:1...,.-.
lnlcbock
:!O
2."37'7
~n:dch1lnr- .. ~1•ofi T~ •2YC
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..,....,..._,,a&._ t.cu.a.l~rt:nr.."LI
IDA.e
•alo• dr"'"""'~ tn..lui 1..10 a ... ,,,_ dr filpdn IT.T """'*' act'llTt'nt< J< lur• ""'"·:iaú ao tajldi'" .., fttUfJlª""'"'' "' de ~'lc qu•ndo
_.....,.,. ""'r.rondiçl>r' tn111, JQ•uM<,.
Figura 6.31
\10SFET 2~3797 tipo depleçlio de canal n d'1 :\1t>ton>la.
'eL que cargas igtiab se repclc1n) no subslrlllo p ao longo
da borda d3 camada i!.olantc de S10~ para que dcixL'1D
a n:giào e Jl'!Tictrem no subi.trato ate ª" c:una«L•:. mab
profunda.-.. como mostra a figura. O rc..ultado e uma
região de deplcçiio próxima à ca1nada 1-.ol3nt~ SiO_ lt\TC
de lacun:l3. ?\o entanto. os elt!trons no sub!>u1uo p (o
portudon.'!. m100CÍ1.áru>S do matcnal) scriio a1midos prnt
a porta poslll\a e !>C acumular:io próximo :i supcrficic
da cumudu de S102 • Es...a c3mada isolante C\ uara que º'
portuclom. ncgntÍ\OS sejam ab..orvido!. pelo tcTITiinal de
Capitulo 6
D
Suh..tr.IU>
f-----o 5S
rq;1in ik>pld3
s
Figura 6 .32
61> tipo,,
~IOSFET upo 1n1erhiíicnçiio ~ carol
na análise a seguir Visto que o canal não c"<iste com
l'c•.~"' O\' e é-intensificado'" pela aplicação de uma tensão
porta-foo1e positi1ta. esse tipo de MOSFET é eh.amado de
AIOSFETtipo inten~ificuriio . Os dois úpos de ~10SFFrs
têm reg1ck"'S do úpo intensificação, mas o nome foi dado a
apenas um por ser seu único modo de operação.
QU3Ddo 1C3 aumenta além do \ alor de limiar. a densidade de pon.adorc:. li' re:. no canaJ indUl.ido cresce, o que
re.ulta i.:m um aumento na corrente de dn.'llo. Eotrct3nto,
se manlivamos J 'GJ constante e auo1cntannos o valor dL:
1'05, a corrente de dreno eventualmente alcança:r.i o valor
de satumÇ3o. como ocorreu par.:1 o JFET e para.o r.tOSFE 1
tipo depleçfu>. \ manutenção cie ID em um \calor fi~o
ooorre devido ao processo de pi11cll--0_U: que tolllll o canal
induzido mai-; eslleito pró~ímo ao dreno. como rJlO"l1'a a
Figura o.34. \plicando a lei de Kirchhoff para tensões às
tensões dos tmninais da Figura 6.34. descobrimos que
tL
li:no = Vos
~lron' a.lla(do.. para
00--_,
t'
+
\é;s -=-
-
+
+
+
'
(6. 13)
Vas 1
a pana po) ili\'il
fcanal n mdnz• lnl
Rcfüo de dqllcçãD de pormdorc_.-.
1ipo r 1b."UU~1
('
3 37
Transistores de ereito de campo
-+
Se
r·...s làr ma:n1ido 1.."m um valor li~o. como 8 \ '. e
J~ for aumentado de 2 V para 5 \ r, a tensão 1~.de acordo
com a Equação 6. J3, aumentará de ó \' para 3 \ ', e a
poltl ~ tomara cnd:l v~ menos positiva com relação ao
dreno. Tal redução da tensão porta-dreno reduzirá, por
sua \'eZ. as forças de atração para os pomdores li\.Tes
(eletrons) nessa região do canal induzido, provocando urna
-+
-+
-+
-+
+
p
f'1nc-Ji-off ( iJ'ÚctO}
-+
Rc~lão d~
dq>kçio
D6-_,
Ôlrn:.ida L~'>f~
-~irura
l...xum.' repeliWb
FW porta ~tha
IG=OA
Go---
6 .3...
Fonnnção do c:unal oo f\10SFtl cipo
1ntetbificação de canal n.
porta. Confonne Vc;s awnent3 de 'aJor. a conccruração de
elétrmb próximo da superfície de SiO: ~ inlensitica até
um JÚ\cl cm que a reg1ão tnduzida upo n possa !>uportar
um f}u_,o mensurável l"ntre o dreno e a fonte. O nível de
J G: que produz: um aumento sign1ficali\ o da corrente de
dreno é chamado de ten.çào de limiar. rcp~cntado pelo
simbolo J',. ~folhas de dado....;. ele edenominado f'c...vlht;
porem r·, é mais utili7..ado. e esse ser.í o símbolo adotado
+
Sub>l.rulo
do lipt",,
+ -
'os
\!as -=-
i=igJra ~ }A 1\llerações no cannl e na região dt dq>leção
co1n o aumemo ~ J fY parn um vnlor fixo de i r.s·
338
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
redução na bugura efe1iva desse canal. E' enrualmente, o
canaJ será reduzido até o ponto de pinch-ojfe uma con-
dição de saturação será estabelecida, como d~rito anterionnente para o JFET e para o ?v10SFET tipo depleçào.
Em outras pala\.ros. qualquer aumento adícioll3.l de J'0 ..
estando íLxa a tensão J~G'i• 11ão afetará o ni\.el de sarumçiio
de 10 ate qur & condiçõ~ de rup1ura ~Jam a1C3Jlçadas.
As cur"~ caracterisLica!> de dreno da Figura
6.35 re\clam que. para o dispositi' o da Figura 634. com
J~ = 8 \ ', a satura<.-ào ocorre para 11M = 6 \ ·. ~a vcrdadc.
o yaJor de saturação di: Tfil está relacionado ao ,-aJor da
ten.'iào J·, ~ aplicada por:
1 Vos.., = \ 1cs
- '-'r
(6. 1-l)
J
Ob\ iamente. portanto, para um \.'alor fi.'l'.o de J.'
quanto matOI' o \'alor de;: i··c.s· maior o valor de :.aturação
para I ~· oomo rnol>lra o lugar geornétnco para o~ \aJon.~
de sat.uraÇão na figura 6.35 .
Para as car.ictcristicas da Figura 6.35, o nível de l' 7
é "? \ : como revela o fnto de que a corrente de drcoo caiu
para O mA. De modo geral. portanto:
de valor. o que resulta em aumentos senlpre crescenteS na
corrente de dreno
Para valores de f 'G\ > J"7' a corrente de dreno está
relacionada com a tensão porta-fonte pela seguinte relação
não linear:
(6.l5l
Mais um:s \'CZ. o tenno quadnitico é o responsá' el
pela relação não linear entre 10 e Vc..~· O tenno k e uma
constante que é wna ftmção da estrutura do dispositi\'O.
O valor de 1.. pode ser detenninado a partir da segujnce
equação ( deri\:ada da Equação 6. 15), cm que I 11( . _ e
Vasi11 ~ 1 são os \aJore:. para um ponto partículardasCUJ"\'lb
do dispositi\Jo.
r .
(6.16)
Substituindo I .
- 1Om;\ quando Vc."1........, - 8 \ '
a partir das curvas caracteristica.s da Figura 6.35, temos
Paro \WQn.'.) de i c•s 1ne11ores tlu que o ní• e/ de limiar.
u rorrenl~ Je Jre11t) dt• ,,,,, ,\fOSFET ripo i11tt'1t'ificaç-uo
i O m..f.
A Figura 6.35 mostrJ claramente que. quando o
valor de J'.._\ 3UJTlenta de í11 para R\~ o ,-aJor de ...aturação
resuJtmle
também aumenta, indo de O mA para
1OmA. \lém disso. é 1otalmente observá"el que o espaça-
para'"
k =
IOmA
IOmA
- --(8 V - 2 \ '):
(6 V)2
101nA
36 V2
10- 3 A/ V2
= 0.278
e a equação geral para 10 para a!> cun a1. caracterisúca:. da
figura 6.35 é:
mento entre as CUl'\as é ampliado conforme f'c..\ aumenta
JIJ OnA )
/
'"rar geometrico de VDS..
11
10
-~----------- l L_, :: +S \ '
9
8
7
~~----------- \ (;s = - 7 V
6
5
. : , . . . - : - - - - - - - - - - - - - \ (i} ~ ~ \ "
- - - - - - - - - - - - - - - \ ê:.s =+) , .
- - - - - - - - - - - - - - - - 'Gs =_. ,.
\ (d =-l\'
()
Figura 6 .35
5\
6\
10 \
15 V
'.?O V
- -,
15 \ '-.."•c;r- \ ' r- - \ '
'º·~
Cunas características de dreno~ mn i\IOSFFT upo mtcnsificação dec:inal ncun J = 1Vek = 0,278 x 10 A v=.
339
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
Subsrituindo V0 , =4 V. concluimos que
1f)= o:i1s x 10 1(4 v 2 ,-r - 021s x 10 1(2)?
= 0.278
X
Primeiro. uma linha hori:r.oncal é desenhada em
10 = O nu\ de J ~ = O V até l'c..\ = 4 V, como mostra a
Figura 6.3.,(a). Em o;eguida. um valor pa.ra 1·, ~ maior do
que J·, (como. por e'{emplo, 5 V) é escolhido e substiruioo
no Equação 6.15 paro determinar o valor Te!.-ultante de ln
como segue:
10 1(4) - J,JJ IDA
como podemos verificar na Figura 6 35. Em f'G.S = I'.,_ o
tem10 quadrático é Oe / 0 = O ll'LJ.\..
Par.i. a análise CC do MOSFET tipo intensificação
que será realizada no Capítulo 7 a característica de
lo = 0.5 x 10 '<r'co.\ 4 Vr
transferência será novamente a cur\'a a ser empregada
na solução gnífica. Na Figura 6.36. as CUl'\'as de dreno
e a cur\'a de lran!.fcrência foram colocada-. Lido a lado
para de<;cre\'er o procedimento de transferência de uma
para a outra. E se processo é realizado. basicamente. do
mesmo modo que foi descrito aot~ para o JFET e pura
o t.IOSFET tipo dcplcçào. Nc.">i e c:lSO. porém, devemos
lembrar que a corrente de dreno é O mi\ para V.,s <
Confonne 1'<>~ aun1entn além de 1-.. a conente de dreno
I,, começaci a flwr a u1na taxa crescente. de acordo com
a Equação 6.15. Observe que. na dcliniçào do:. pontos
da cun·a de tr.insferência a partir da curva de dreno, somente os níveis de saturação são empregados e. por esse
moli\o. a região de operação é limitada aos \alores de
J maiores do que OS nÍVCll> ck S3lW-clçào. como definido
pela Equação 6.1 4.
~\ curva de transferenci3 da Figura 6.36 é cenameote bem diferente daquela obtida antenonnente. Para
um dhpositivo de canal n (ind1111do). a cuna está agora
totalmente na região de valores po:.im·os de J'<Al> e aumenta
somente a partir de V"s = ~·,. A questão agora é con10 traçar
a curva de transferência. dados os \aJores de /.. e J•r como
\tmOS a seguir para um MOSF[T ~pecifico:
- Q.5.1< 10 3(5V
= 0.5 mA
p
A c.<.trutura de um t.llOSFET tipo intcn.sificaç-Jo de
canal p é cutamcntc inversa àquela que aparece na Figura
6.32, como mostra a Figura 6.38(a). Isto é. agora o~­
to é do tipo n. e as regiões abaixo das conexões de dreno e
da fonte são do tipo p. Os tenninais continuam como identificados. mas todas as polaridades das tensões e os sentidos das correntes são in,1ertidos. As curvas caracterisricas
de dreno são como mostra a Figura 6.38(c). com aumento
dos 'alores de corrente resultantes de valores crescentes
negati,·o de 1• ,. A curva camcteristica de traosferêacia
da Figura 6.3 (b) é a imagen1 refletida (em relação ao
eixo 1
curva de cransferência da Figurn 6.36. com /t>
·»da
111 (mJ\ )
.l/" (mAI
10
10
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IJ
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7
7
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\'c;s =+li\
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-\,'
. - - . - - - - - - - - - - - - - - - 'ás:. +.i , .
\(;~"'
3
T
Figura 6 36
IO J(IY
MOSFET tipo :ritens1ficação de canal
m
o
-o.sx
e um ponto no gráfico I! obtido, como mostra a figura
6.37(b). Por fun. ootroi. valores para t 'Gs são est."Olb1uo:..
e o:; \-:tlon.-i. concspondcnlt.~ de /0 sào obtidos. Em parti·
cular. rn1 l'<.S = 6 V. 7 V e 8 V. o valor de I , é 2 mA. 4,5
mA e 8 mA. respectivamente, como mostra o gráfico da
Figura 6J7(c).
v,.
~~
4V)2
.t
5
6
1
~
\(;s
o
5
10
15
+3 , .
25 \
'"·':a: ~·,=<!\'
Esboço da cun.11 cmictcristica de transferência de um ~10SFE 1 ripo intcnsificaç-lo de canal 11 a partir d:b cun ª"
caractc:ristico.s do dreno.
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
340
J lo<mAl
'º(OU\)
'º(Ili.A)
g
1
a
7
7
7
6
6
6
s
s
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~,
.,
-
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(•)
o
Vas
1 2
3
s
4
6
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7
\(os
~
lb)
(e)
Figura 6 .37 Gráfico da curva caractcn~ic:a dê •ra~remicia de u1n MOSFCT tipc> int~lii:açào Je ca11al
J. = 0.5 X 10 ; A/ \ ' 2 e ~ 1 = 4 V.
canaln
crescente para \alores de l/c,s negati\O!t crescentes al6t1
T.
ü •.
Símbolos, folhas de dados
e encapsu a"'llento
oss
G
s
figura 6.39. são apresenrados os ~los gráfico1o para os MOSFETs tipo inten!>ilicação de canal 11
com
cannlp
D
de 1 como mostra a figura 6.38(c). As equações 6.13 a
6.l 6 são 1gualmente aplicáveis aos dispos1ti\ a:. de canal p.
11
.Jº
...
'ls
oss
~a
D
e canal p .
Ob:.erve novamente que os i.imbolo!t Lenmm
n:Oct.tr a o.lr\llura ré.ai do dispoYU\-O. ,\ linha trattjadA
entre o dn!no e a fonte sjgni íica que nào há um C'3nàl entre
oi. dotí> tcmmwi> sob condições de nào polanzaçào. a
vcnladc. C$.'i:i é a única di fcrcnça cn1re os sunbotos dos
f\.tOSFE Is tipo deplcção I! tipo intensificação.
'\la Figura 6.-io. é 111ostrada a folha de dados paro
o ~iOSf' ET tipo 1ntensi licaçilo de canal n da ~lotorola.
D
to
,
n
G
ss
s
s
fa)
F. gur 1 ó 39 Simbolas para ta) MOSFET ripo mtensificação
de canal n e (bl ~10SFET npo m1eos1.ficação de canal p.
8
8
7
7
6
6
5
5
4
..j
3
3
\(;, ,._5 \
,
,
l é.s:-4 \ '
1
+
~
s
_ .j
-3
,,-~
-1
o
l w' - JV
Vi.-.\
o
Cbl
ta)
Figura 6 .38
-5
~IOSfcl
6V
\~=
tipo i111eosificação de canal p com 1'1 = 2 V e J. = 0,5 x 10 1A\':.
\<;S'"'r'"'
((')
.,
~,,
Transistores de ereito de campo
úpitulo6
O encapsulamento e a identificação dos terminais são
fomec1dos junto às especificações ma.~ do dlSposirivo. que agora inclui uma corrente máitima de dreno de
30 mA CC. A fol ha de dados fornece o valor de 11»-~ na
condtçào de ··desligado'·. que agora é ~unpl~mente 10
n1\ CC' (em V1;s = 1O V, Vc.s =O V), bem menor do que
o venficado para o J FET e o ~10SFET tipo depleçdo.
A lénsào de limiar é representada por l 'GSTiu· e varia de
1 V a 5 V CC. dependendo do dispositivo empregado.
A folha de dados niio fornece o valor de J. do Equação
6. 15: entretanto. C!>-pecafica um vaJor de lc.. ...._ ( 3 m..~
nesse e<1so) P:1f3 um valor de l'<•-~"••oo> (l O\' parn e"5e
valor de I [)) Isto é. quando Vc11> = 1O V. /p = 3 mA.
Os valore!> ap~:.entadO:> de Vcscn.i· I r>. ..,.. e 1·e;_ , . permitem uma determinação de k a panir da Equação
6. 16 e da equação geral para a curva caractertstica
de trál1..,fcrênc1a. A~ cspcc1fícaçõc~ do ~10SFET são
revistas na S~o 6.9
2N4351
FSPEClflCAÇÔES ~t
MOSFRT
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Figura 6 .40
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C\rjaa FÕj!la 'l'.~J.: krupod..1ttmliwdol
~IOSFET 21\'4351 tipo
341
l.t!
1,
inta15ificaçào de canal ''da }\lotorola.
65
1,
-
60
100
i
t •
-.•
..
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
342
EXEMPLO 6 4
Uhlizando os dados fornecidos na folha de dados da
Figura 6.40 e uma tensão média de limiar de VG1. 1111 =
3 \ '. detennine:
a) O \"ll)or resultante de k para o \ 10SFF J.
b) A cwva característica de transferência.
Solução:
a) Equação 6.16:
10111~.lJt>)
l =
..,
t \'c;s1~>-vo~·n h.>3 mA
3mA
CIO\' - 3 V) 2
(7 V) 2
= 0.()61
>'
3 )( J0-3
49
A y'!.
10 - 3 A / V 2
b) Equação 6.15:
l'1 f
lei =k(J ',;.s
=0,06) X 10 ~(i c;_~- 3 \ )'
Para ,,GS = 5 V:
lo= 0.061 x 10 1(5 V - 3
vr
o 3(2)2
= 0,061 )( 1
= 0,061 x LO 1(4} = 0.1..WmA
Para J'G.S = 8 V, 1O V. 12 V e 14 V. 10 ':>l:rá 1.525 mA.
3 mA(confonnc previsto). 4.94 mA e 7.38 mA. rcs·
pttti\amt..'tlle. A curva de ~fcrência é esboçada
na Figura 6.41 .
'
7
'•
J
l
1
ºI
•
1
1
J
Figura 6 .41
4
5
6
1
1
9
10 11 12
u •• a:S
.,..
diferença de potencial atra\ és da fina catnada e que pode.
eventualmente. danificá-la e pennitir a condução atra\:és
dela. É oeces:.ário. eolâo. que seja tnantida a embalagem
condutiva (ou anel de cun<H:treuito) conecrando os ter1ninais do díspostti\ o atê que ele seja inserido no sistema.
Assin1. e" ítamo:. a po~ibilidade do surgimen10 de wn
potencial entre quaisquer do~ lenninais <lo dispo:.tll\ o.
Com o anel. J difocnça ck potencial entre dois termmlUS
quaisqucr é mantida em O\ 1• t\o cníaímo. sempre toque um
ponto au:rrudo para pcnrulrr a dt.-scarga das cargas csLiUcas
acumuladas ant~ de manusear o dh,"JlOSitivo. e somente
segure o transístor pelo encapsulamento.
Frequentemente ocorrem transicntcs (mudanças
abruptas no \'lllor de tensão ou de corrente) em um circuito
quando elementos são removidos ou inseridos com a fonte
ligada. Os niveis de transiente podem ultrapassar os limites
que o disposíri,·o supona e. por isso. a fonte deve estar
sempre deslig.ada ao modifie<Jrmos o circuito.
A máxima teosào porta-fonte cosnuna ser fornecida
na f0Uu1 de dados do cfisposiú\'O. Uni 1nétodo para assegurar que essa tensão não !!Cja ultrapru;.sada (lal\-eZ de\i do a
wn efeito transien&e) cm ambas as polaridades consiste ein
introduzir dois diodos Zener. como mostra a figura 6.42.
O:. Zeners são colocado"> em posições opostas um ao outro
para garantir proteção em ambas as polaridades. Se forem
utilizados Lencr.. de 30 V e sutgir no circuito wn traru.ienlc
positivo de 40 V. o Zencr mferior <la figura \aJ "'disparar-·
cm 30 V. e o díodo ~'flor ligará com uma queda de tcnsio
de zero volt (cor:tsJdcrando um dtodo semicondutor ideal
cm situação -ligado..). O resultado disso e que limíllDTlOs
a tensão porta-fo11te 3 30 \ ". Uma desvantagem introdtmd:t
pelo Zener é que a resistência de um díodo Zener -desligado" e menor do que a impedância de entrada estabelecid:t
pela camada SiO~. \ impedãncia é reduzida, mas. mes1no
assim. é mui1o grande para a maioria das aplicações Os
dispositivos discretos que possuen1 a proteção de Zeoer
são tantos que alguns dos problemns Ustados anterionnente
não incomodam mais. 'o entanro. deven1os ter cautela ao
nianipular disposimos ~10SFET discreros.
Solução <lo Exemplo 6.4.
D
6.9 MANUSEIO DO MOSFET
A fina camada de SiO! enlre a
1
G
pon.a e o canal do
o
~10SfET km
o efello positivo de pennnír wna carocLefilu('tl de alta impedância de entrada para o dispositivo. J1lb sua largura extrcntameate redllLida introdu..t
wna preocupação com o seu man~c10, o que não ocorria rom ~ mmsi..c;torcs T BJ e J FE 1. Fn.-qu~rcmcntc há
um acúmulo suficiente de carga estátios que adquirimo
(din;do a condições externas) que ec;t.1.belecc uma
1 •
1~
,.--Figura 6 .42
1
1
~tOSFET proteg1do
1
l
1
1
1
1
-.J
s
por Zener.
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
6.1O MOSFETs DE POTÊNCIA
VMOS E UMOS
Uma das desvantagens do "10SFET planar comum
é seu mvel reduzid.o de potência de operação (geralmente
menor do que l W) e de valores de corrente, em comparaç;io com a amplo gama de transi"tores bipolares Entre-.
tanto, com um projeto verri.C<tl como o ilustrado para o
\10SFE 1 ~os da Figu:m 6.-tJ(a) e o r<.10SFE'I UMOS
da Figura 6.43(b), os níveis de potência e corrente fora1n
aumentados juntan1ente com 'elocidades de cbave<imento
mais altas e dissipação de potência reduzida Todos os
elemento::. do MOSFET planar ~-ião presentes nos tipos
\~tos e ü~tOS - a conexão da superficie merálíca aos
remlinais do disposi1ivo. a camada de S10; erure a porta e
a região do tipo p localizada entre o dreno e a fonte para o
crescimento do canal n induzido (operação tipo intensificação). O termo 1·er1ícal se de\ e pnncipalmenre ao fato de
o canal agora ser fonnado na direção l"Utica/. resuliando
em uma corrente de direção vertical ao contrário do que
ocoma com o dt!.-posiL1vo planar. no qual o CTC!iecmcnto
do canal era horizontal. No mtmto. o canal da Figura
6.-tJ(a} também possui o aspccto de um corte cm "V"
na base semicondutora, que, para 3Jguns. pode servir de
caracleristica para a meinoriniçiio do nome do dispositivo.
A es:trot:urn da Figura 6 ..t3 (n) é um tm10 s implificada. pois
não considera alguns dos níveis de transição de dopagem:
porém. ainda assim. pennile uma descrição das facews
m.ii., importantes de operação do disposiri\o
A aplicação de uu1a tensão positi\'a no dreno e uma
tenSão negativa na fonte. com a pona em O\' ou etn a lgu1n
valor positivo para o estudo ..ligado-. como mosmi a Figura
6..+3(a). re:.ulta etn wn canal n induzido oa região estreita
do tipo p do dispositivo. O comprimenw do canal agora é
definido pela altura verucal de regtào p. que pode~ tomar
significatÍ\ümente menor do que a de un1 can:iJ em que
se emprega a estrutura planar. E1n um plano horizontal. o
comprimento do canal é limitado entre l 1nn e ::? /l1TI ( 11rm
= 10 • m). •\s camadas de difu._...ão (tal como a regioo p da
Figura 6.43) podem ser controladas em pequenas fiações
de um micron. Uma va que o comprimento do canal é
diretamente proporaonal ao valor de re:.i!.têncut. o ni,cl de
di~pação de poténcia do disposHÍ\O (dlSS!pada na forma
de calor) é IIlOlQr para O!> 'atores de corrente de opoação.
Além disso. a área de con1uto entre o canal e a ~ão n· e
bastrulle aumentada pela conscrução vertical. contnbuíndo
para mab redução do \'alor de resistência e para um aumemo
de área para o fluxo de corrente entre as camadas dopad:ls.
E."'isten1 wubém dois caminhos de condução entre o dreoo
e a fonte. como l'TlO"itra a Figura 6.43. o que toma maior a
amplitude de 0011 ente para o dispositivo. Devido a todas essas c:iractcnsncas, o dispositivo supcirui correntes de dreno
da ordem de amperes e níveis de potência acima de l O\V.
O \10SFFT VMOS foi o primeiro da linha de
"vfOSFE'I<> 'etticais a ser destinado principalmente para
uso como cha'-es de potência para controlar a operação
de fontes de alimentação. controladores de motor de bai"'a
tensão, con' mores CC-CC, n1onítores de tela plana e uma
série de aplicaçõe::. nos automóveis modernos. Ftmdamentalmente. um cha1,.eador eficaz deve funcionar em tensõe:.
relativamenre baixas (inferiores a 200 V} e ter excelentes
caracterisúcas de alra 'elocidade e baixos valores de n:sistência ··ligada- para assegurar perdas mínimas de po1&tcia
durante a operação. Ao longo Jo tempo. uma 'anedade de
outro::. proj~ 1,.erticais começou a surgir para melhorar
a estrutura em ~v- da Figura 6.43(a). O trabalho dc:licado
ncccssáno para otabcJl.'\:t.'1' o sulco cm V resultou cm dtfi-
cuJdadl!l> na criaç-.Jo de uma tensão de limiar con.,isll..-nte.
e n ponta afiada no final do canal cria\'a cam~ elétrico~
elcvndos que afetavam a ten!';ào de ruptura do ~tOSFE 1.
a
G
- s
- .5
-------------
,-1
n-
,
,.
..L
o+
D
- -----!O
pm - - - - -
11)
Figura 6 .43
(a) MOSFET \ \.10S. (bJ ~IOSFET Uf\10S.
343
1
{)+
•
• ------ ~pm -------i
í bJ
344
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
A tensão de rupnm é in1poruinte porque está dimrunente
relacionada com a resistência ··[ig-..da·· Quando se aumenta a tensão de ruptura, a resistência -Jigada~ começa
a aumentar.
Uma melhoria em relação ao projeto em _,,..é o sulco
ou o canal em -t.."'·. ll'IOS'ttado na Figura 6.4J(b). O funcio.namcnto ~ J\.IOSFET UMOS (também ch3mado Trench
l\.iOSFl:.T) ~ m11ito semcU1ancc ao do ~fOSfET \ 'MOS.
mw. com caractcristicas aprimoradas. Em pri:mdro lugnr.
o ~ de fubncaçàn é pn:fcndo porqw: o ~ de
trench-erdrmg dl.."l>Cnvolvido paru a'> cêluhb de memória cm
DRA~1s poli.: ~utili7..ndo. O resultado é a largura A.."dtuida
para algo cm tomo de 2 11m a 1O11m cm comparação com
a estrotim1 \'\fOS com largura na faixa de 10 Jtm a 30 µm.
A l~ do canal em si pode ser de apenas 1µm. com altura
de 11an. 1\ resí-.tência -1i gada" é 111enor usando-se o método
de trincheüa {~11ch) porque o cornprirnento do canal é diminuido e a largura do catninho da corrente aument3 pró.timo
ao fundo da umcheira. 'Jo entanto. devido à grande área de
superficie necessãria para o pesado Huxo de couetile. e.~em
efcit0:. capaciri\<b que de\e1n ser le,·ado!> em consideração
para Jrequências ncitna de 100 kJ lz. Os três que de\an ser
analisados são Cr;....,. C"n e Cru· (respecti\-ameote refendas
como C,_. C~. e C,,_ em foUtas de dados}. Para o MOSFCT
LMOS. a capacilãncia pona-fonte na l!IUJ'8da é a ma.aor e.
no~ coliSl~tc em milhares de pf.
A linha tk U~IOS-V MOSFETi. da TO:.b.iba t~m uma
co11cntc de dreno que vui de 11 A a 45 A com resistt.~cias
..hgadai.- tão baius quanto 3,1mQa11.5 mO cm 10 V.
A tensão cheuo-fonte má."<ima para ru. widad!!:> é de 30 \ '.
e a capacitãncin porta-fonte varia de 1400 pF a .l600 pF.
São usadas pnncipalmente em monitores de tela plana.
computadores desl..1op e no1ebooks e outros dispositivos
eletrónicos portáteis.
Ponanto. de modo geral,
comparada ao .\IOSf'ETplanar. o ,i/OSFJ::TJt~ potência
1.·m ~'illures de re!>i:>tt!11cía ··t;guda" n1enures e ~pe,:iji­
co~
ele ClJ~111e e potê11cia moi<n·e\.
Outra imponante caracteristica da construção
vertica 1é:
() i\f()SFET de potência tem um coc.ficie111e de tem·
peratura positiro que n·ita
n+
Se a temperatura do dispositivo se elevasse de,;do
às condições externas. os \afores de resistência 3wneotarirun, ocasionando uma reduÇ<io na corrente de dreno. ao
contrário do que ocorre com um dispositivo COO\ encionaL
Coeficientes de 1empcrarura negaúvos resultam em wna
redução dos ''3.lores de resistência co1n o aumento da tonperatura. o que fiu o fluxo de corrente !>e elevar. caw;ando
uma instabilidade e uma posi.i,cl deriva térmica.
Outra importante caractcrtslica da configuração
vertical:
O.\
r •.:Ju:id<1• Je urn1u:e11t111u!1110 de c:argu
obtidos para o corum1fào planar con,·cnc1onal.
Na ''crdade. os dispostrivos VMOS e UtvfOS apresentrun períodos de cha' eamento menores do que n metade
do período encontrado para um TBJ con1u1n.
6.11 CMOS
É possível estabelecer um circuito lógico bastante
eficiente por meio da construção de um MOSFE 1 de canal p e um de canal n no mesmo substrato. como mostra
a Figura 6.44. Obscn'e o canal p induzido à esquerda e o
canal /1 induzido à direita para os dispositi.vos de canal p e
11. respectiYamente. A configuração é chainada de arranjo
,\t/OSFETcv111plenwn1ur(O.IOS); é intensamente empregada e1n projetos de lógica c-0mputacional. ~\impedância
de entrada rei.ali\ ameou: alta. n a1ro velocidade de cha\'earnento e O!> nível.S rcdU.lido;) de potência de operação da
configuração C~tOS re!.ultaram ern uma dj~ciphna completamente no\ a. chamada de projeto por lógica CJJOS.
.
(
,...
/
Qu.míj.> ., p1o-
\tOSfET 1k 1."3IUJ p
Figura 6 .44
ni1•ei~
praporr:io11a111 ~·riodns dr cha,·eun1e1110 nu11\ rápidos
110 c.nn~rruçào lTrtir.al quando co111pnrat10~ tique/e.,
-
p+, ___ e___
possibilidade de uma
deriva tern1ic'(J.
e;.
s.-
11
li+
'·
i
-~
Qu.:1n'1•hgx11- ,
~10Sf'ET Jt ainaJ /1
Cl\IOS com as cone'tôcs indicadas n:s Figuro 6.45.
Capitulo 6
É po~i,cl empregar o arrnnjo complementar com
bastante efic1ênc1a conto um in' ersor. como mostro a
Ficuro 6 45 Conto ntencionado no ca:.o dos transistores
de cha' eamento. o in' ersor é um elemento na lógica
que ~in,erte.. o sinal aplicado. lsto ê. se os ,aJore:. de
Opeta\."'llO fon.'ltl de O\' (esl3do 0> ~ 5 \ (e:.t.ado 1). uma
tensão de O \ na entrada dará como :.aida um ,filor de 5
\ t e \ 'ÍC:e• \ 'i.'T\O . Ob..cr\ e. 03 rigura 6 .45. que ambas ~
purtas l.'!>tào conectada... ao sinal aplicJdo t' ambos os drcneb à saída V O terminal de fonte do :-.tOSFET de canal
p <Q~ ) c.,,ta conectado diretamente à tensão aplicada l's.~·
enquanto o terminal de fonte do ~10SFE 1 de canal n (Q1)
c-.ti concctudo uo terra Para º' ni,·e1-; lõgicos definidos
anteriormente. a aplicaçiio de 5 V na entrada deve resuhar
em cerca de OV na S<Jída. Co1n 5 V em 1; <com refação ao
tem). I ',.~, - V, e Q 1 estó "ligado... o que resulta em u1n
\alor relativamente baixo de ~istência entre o dreno e a
fonte. como moc;tra a Figurn 6.46 \'iqo que J~ e V"' são
iguai · a S \, 1' ,\'2 - OV. que é menor do que o ' ' e"\jgido
p.ira o d1spos1li' o, resultando em um e:.udo -de:,ligado".
O ,aJor ~uhante da resi:>tencia entre o dreno e a fonte
é ba.:>tante alto paro Q•. como mostra a figura 6.46. Unta
'irnplõ •PI icaçào da regra do dJ\ lSOr de tensão revela que.
oess.Js condu;Õõ. l' está bêm próximo de- O\ (e:.tado 0).
e.tabc:ltt"'lldo a operação de Ln\ Cisão ~Jª' el Para wna
tL'Tl5ào.iphl.ada 1, de OV testado O). l 'Q" = O\. e Q, estar.!
-desligado- com 1 '\~• - - 5 V. hgtindo o t.IOSFET de canal
p . O n....,uhado disso é que Q. apJ"C.'Ct11.ará uma ~istênc1a
bai:u; Q,. W1lll l\..".'1stênc1a ai~ e J· = J ~ = 5 V (e.lado 1).
Como a corrente de dreno que Oui cm cada caso é lrmitada.
pelo trans1c;tor ··desligado"'. a corrente de fuga. a potência
di,sip:ida pelo dispositivo no<> do•'> esl:idos é muito haixn.
Comentários adicionais sobre a aplicação d., lógica CMOS
c;crào npre<;entados no Capitulo 13.
345
Transistores de ere1to de campo
~
Tv \1 "s ,,
J
...-<>---'a :;::i
+
-
~tOSFET ik
.;::rmJ p
Q!
,.
j
o - - --4
+
._•--~o
'\ \
Figura 6.45
lnveri.or c.· ~1<>S.
' :0 =
\
UI
Figura 6 .46
~h~i:. relativos de
resistência pani r
=
5\
{e,,tado 1).
6. 12 MESFETs
Como foi ~-nuo em discussões anteriores.. o uso
de Ga.\:. na con..iruçào de d1sposíti\.os sanicondutores
ocorre h3 algurna:. décadas Infelizmente. porém. furores
con10 cUst<b de làbncoção. menor densidade resuhante
em Cls e problemas de produção penn1uram que ~
uso~ dôtaque no setor apenas no:. últimos anos.
A Dl..Xõ:.1d ..Je úllt:ll <k di.. pos1U\ os de alta \-docidadt.- e de!
mctodo::> apmnor.td&>s <k produção t.TI1ll1lll1 1una f~ dcrn;m.
da por circuito:\ int..~ cm larga c:.cala que ll!l<tm CJ3As.
Embora os ~IOSFET' de Si que acabnmo.. de docn:vcr JlO'"m ser leito.. também com GaAs. o p~..o de
fahncnçào -.e toma mai-. d1ficil por causa de problemas de
d1fu'iào. 'Jo enuinto. a produção de FETi; urili:r.ando mna
barreira Schonky (discutida em detalhes no Capítulo 16)
nn porta pode ~r muito elicicnte:
84.lrniru.• S<:hottk)· 'ªº barTY!iru\ triadru pelo tlepósiru de 111111111.1.il ,-vnzo t1111.f!llt;11io .\obre 11111 c.'01ia/ do tipo fL
A utiliZ<ll,ilO de umn barreira SchoUk) 113 porta é a
princiral diferença ~m reloção aos \tOSFETs dos tipo
dcplei;ão e intensificação. que e1npregam uma barreira
1~olante entre o conlato de ntetal e o canal do 1ipo n.
A a~ia de Ul1l3 l.-amada isolante reduz a dislânc1a entre
n supcrli~1e de contaw me1áhco da pona e a camada de
~icondutur. re-.uJtando em um nl\ el mfenor de opacítãncia ck dispc:1'são entn: as duas '>upcrfic1l~ (lc:mbn:~
do elello da Ji,lJinc:ia entre as pia.e~ de um capa.ator
e \U3 cotp.:ic1tinc1;i t~nn1nal). O resultado do .W.cl mais
bruxo de cap.icít.:incia é uma '>cnsibilidadc reduzi& a alt:ls
fn..-quência.' (formando um efeito de curto-circuito).. que
SU(l(lrt3 iun<b mai' :i grande mobilidade dos ponadore<>
no material de Gn \s.
\ pT'e"oCnça de uma junção n1etal-semicondutor é a
razão pela qual uii, FETi. !!Kio cha1nados de 1rumis1on s
,Jc efeito de ca1n110 1nt•tal-ser11ic·o11dt11or (tvtESFE 1s). Soa
346
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
estrutura básica é fornecida na Figura
6.~7
'Jela obser-
vanlos que o tenninaJ de porta está ligado dire~nte a
um condutor metálico em posição diretamente opo:.ta ao
canal n, que se eslende entre os tennina1s de fon1e e dreno.
A Wlica diferença eo1 relação à estrurura do f\fOSFCT tipo
depleç-Jo é a ausência do isolante na porta. Quando uma
tensão negau'a e aplicada à porttt. ela repele portadores
li'res negaú\o:. (el~trollS) do canal pam lon~da ~uperli­
cic de mctal rediuindo o nlimcro de ponàdo~ no canal.
O ~uJtado dis.:.o é uma corrente de dn..-nu nxlu.ada.. como
mostra a Figura 6 ..i8. para valores cresccnlt."' de tcll!Sào
negativa no tcnninal dn p<irta. Para tensões positiva..<; na
porta. elétro11-o; adicionais 5er-Jo atrai dos para o e.anal. e u
correTite se elevara con10 vemos pelas caracterisricas de
dreno da Figura 6.48. O fato de as curvas carncteristicas de
dreno e a Cl.D'\11 de transferência do \1ESFf 1 tipo depleçiio
serem tão semelhantes às do MOSFET do mesmo ripo
resulta em técnicas de análise semelhantes ãs aplicadas
aos f\.fOSFETs ripo depleçào. As polaridades e os sentidos
reais definidos para o MESFET são fornecidos na Figura
6.49 juntamente co1u o sín1bolo para o <lisposilho.
llá tam~m ~tESFETs tipo interu>ilicaçâo com un1a
estrutura igual à da Figura 6.47, mas sem o canal macial.
como m&.>tta a Figura 6.50 jwuamei11e t'om ~u símbolo
D
G
-
+
s
Símbolo e arr.injo b{isico de polarimção
paro um ~IESI E 1 de canal n.
Figu
.;a
Região fooemcme
1k1pôlda do tiro "
D
D
G
G
~lcml
Fígu~
s
G•.>0
(b) súubolo.
ioncmente
"•t)JJ
, -
\ GG -
s
ih)
(a)
R~
-
+
'.\fESFET tipo intensificação: (a) esmnura:
dopada do ltpo n
gráfico. A resposta e as características são essencialmente
as n1esmas que parn o \tOSFE'l do mesmo tipo. Contudo.
devido à barreira Scbottky na porta. a tensão de limiar
positiva é limitada de O\' até cerca de 0,4 V, pois a tensão
R~ k"Cllldlf~
dop3Cb li.") npo • ---~
figura 6 .47
Estrutura
bá~ien
de um
~1FSfCT de cun:il
+
-----t------------\(a
n.
~o~~ \'
=O\'
- - - - --t-- - - - -0.5 \'
. - - - - - - " - -- --
Figura 6 .48
-Ili \ '
Camct<!risticas de um '.\IESFET dt- caml 11_
necessária para ligar um díodo de ba1Teirn S<:honky gira
en1 tomo de o..i \ '. \:ovamente. as técnicas de análise aplicadas aos ~1'ESFETs tipo mtensificação se assemeUu1m às
utilizadas para ~10SFETs do mesn10 tipo .
•
E importante compteender. poré111, que o canal de' e
ser unl material do tipo nem um MESFET. A rnobilidade
das lacunas no Gak. e rclari\'ameute baixa em comparaçüo cou1 a do~ pona~ de carga negativa. o que acaba
com a vantagem de utilizar GnAs em aplicações de aha
velocidade. O resultado é:
.\fF.SFEn rrpo dqll("(iio e ilu•..-,1...-ificaçiin sõo feita' coni
11111 ca11al n t!Tf/re o drmo e aJon1e e. por ro1iscguinre. apena'I .\fESf-ETS do tipo n f!SJÕ.o camercialnzente cÜ.VJ10f1ÍTcis.
Para ambos os upos de
~1.bSf'ET.
o compnmento
do canal (1dentü..cado D.:b figuras 6.47 e 6.50) dC\e ser
o mais curto pos:.j\el p31'a apltcaÇÕ.l..-s de alta vcloc1dade.
O compnmcnto mais m.uaJ cstn entre O, 1µm e 11nn
Transistores de ereito de campo
úpitulo6
6.13 TABELA-RESUMO
\,.~to que as curvas de
transfcn!nciti c algumas camctcrisucm. importantes varirun de um upo <k FET para outto. a Tabela 6.J foi elaborada para mO!.trar claramcnlc as
diferenças entre os dis-poiritivO!õ. Uma clara compreeno;ào
Tabela 6 .3
do significado de toda'I as cuf\'as e de todosº" parâmetros
da tabela serâ suficiente para acon1panhar as análises CC
e CA feítns ma.is adiante. Estude e cornpreenda cada CW\ a
e sua compoSlÇâo e, então, estabeleça unl3 base para a
comparação dos \alores para os importante!> parâmecros
R, e e,de cada disposilÍ\O.
Transi~tore~ d~ eíe1k1de campo.
Redsli:nda e
C'll f)<ICítli Ddll dr tntnda
Tlpo
l .;=OA. ftJ= 1,
---·
D
R, > 1110 \IU
. -1--;·
I
C1: ( 1 - 101pF
_ _ _ _ _ MJ
,....
-
1,.
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347
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\.
348
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
6.14 RESurv10
13.
Os MOSFEls de\em ser sen1prc n1anipulados oom
el.'trcmo cuidado de\'ido â eletricidade estática existente e1n I~ menos espt..~dos. Não se de" e remover nenhum mecarusmo de cuno-circuito que esteja
entre os terminais do dispositivo até que ele est~ja
instalado.
14.
Um disposjti\O
Condusões e conceitos importantes
I.
2.
3.
Um dJspositi"o control11do pGr corrente ~ aquele no
qual uma corrente define a!l. condições de opcraçiio
do disposi1i,o. e un1 disposim·o controlado por
remio é aquele no qual wna tensão especifica define
as condições de operação.
complemeour)
é aquele que emprega uma smgular combinação de
O Jft:T pode renln1ente ser utilizado como um
~istor controlado por tensão dcY1do a uma sensibilidade especifica da impedância dreno-fonte à
teru.ão pona-foote.
um l\IOSFUdettnalpcom outro deca.naJ n com
um único conjunto <k tenninais externos. Pol>Slli ~
V".lllia!,'Cll> de wna impcdâ:ncia de entrada bastante alta.
chavcamcnto rápido é bruxos níveis de potência de
opcraç-lo que o tomam muito útil cm circuito:. lógiCOl>.
.\corrente máx íma para um JFE 1 e chamada de
I ~ e ocorre quando V0 <> a O V.
-t.
..\.corrente mi1tlma para um JfET ocorre na teibào
de pinch-offdefinida por J'1.._, = i·,..
5.
A relação entre u corrente de dreno e a 1ensão porta·footc de um JFET ê a lio línear e dcfiruda pela cqua~
çào de Shockley. Á medida que o valor da corrente
se aproxima de Íoss• a sensibilidade de /IJ a \"ariaçôc.
de J'Q aumenta significativamente.
6.
As características de cransferencia (1,, '""t.'Mlll J' .,) são
aquela:. do dispositivo em si, e não são !>t"tl!>l\'êb ao
circuito no qual o JFET é empregado.
7.
C~IOS (~10SFET
Quando i·"' - V,n.. 10
-
lrd4. e en1 um pon10 em
15.
Um MESFETtipo~1Jleçào inclui umajWlçàomctal·scm1condu1or. resullando cm carocterii;rica<> que
coincidem com as de um l\10 FET tipo depleçio
de canal n . \fESFEls tipo intensificação tém as
mesmas características dos MOSFETs tipo intensificação. O resultado dessa semelhança é que podemos
aplicar a ~IESFETs o mesmo tipo de técnica de
análise CC e CA aplicado a l\lOSFETs.
Equações
JFET:
1 = 1
0
0
( 1-
!SS\
_vcs_):!
\ 'p
que 10 = ID..,s/1. Vc;s :: 0,J V.
8.
r\s condições máxin1as de operaçfu> são derenninadas pefo produto da tensão porta-fonte e pela
corrente do dreno.
9
Hã dois cipos disponíveis de MOSFET:> d e depleçio
e de intensificação.
10. O \fOSFET tipo depleção po sui as mesmas caraccc!ri ticas de cra115ferência de wn JFET para correnles
do dreno com .,. afores até //Jl). N1.'S!>C ponlo, ns carnc•eriscicas de um ~fOSFET tipo depleçào centinuam
para 'atores acima de 11JSS. enquanto as do JFET
.
termrnam.
11 .
.\seta no símbolo do JFET de canal n ou do
~IOSFET aponta sen1pre para o centro do símbolo. enqtl'1nto n do dispositi,·o de can;il p apontn
sempre para fora dele.
12.
As cmacteri.l.1icas <le trJnsfcrência do ""IOSFET tipo
incensjficaçiio não são definidas pela equação de
hoclJe~ . e l>im por uma cquaç~o não linear conrrolad:I pela tensão por1a-fon1e, que é a 1ensiio de
limi3r, e pela constante k defiruda para o dispoi.nl\ o
en1pregado. O gr.ífico resultante de Is:, ,.erru.f f'ra
~ ~ncocia ln1cnte à medlda que aumentam
os 'alo res de VG.V·
Pv = Vosfo
tv10Sl-l:.T (mtcmtlica<,iio):
1
6.15 ANALISE COtv1PUTACIONAL
PSpice para '.\"ndr •1s
tícas de um JFET de canal n ~
dem ser encontradas da mesma maneím en1pregada para o
trnnsistor na Seção 3.13. A série de curvas caracli!fisricas
para os diversos valores de tensão requer uma varredura
auxiliar sob a \'tUTCdur:i principal para a tensão dreno-fonte.
1\s CUT\'35 caracteri
A configu1'3Çào necessária mostrada na Frgura 6.51 é esm1lnrada por meio dos procedimentos de5'.'ritos nos capítulos
an1eriores. Observe, em pnrticular. a completa ausência
de n.'Sistores. já que a impedância de entrada é considerada infinita. resultando en1 uma corrente oa porta tle O A.
O JíET é ênCOnLrado cm Pare na caixa de J íãlogo Place
Part P3rn auvá-lo. basta digitar JF~T no e:spaco fornecido
sob o titulo Part. U1na veL ativado. wn clique ~unplcs sobre
o !>imbolo !>t.1,.'Uido por Edit-PSpice ~ 1odel n."SUltnr.! na caixa
ck diálogo PSpice !\•Iodei E ditor Demo. ~otc que Beta é
igual a 1..304 mNV2 e Vto e igual a - 3 V. Para o trnnsistor
de efeito de campo de junção, Beta é ddinido por:
loss
Be ta= \',.-
(6. 17)
O parâmetro Vto define \ '.:.i = r;.= 3 V como a tensão de pinclr-o.ff. Pela Equação 6. 17. podemo:. resolver lll....,
e detcmnnar que~ de cerca W! 11 J7 mA. L ma va obtidos
os 8Jifie0&. podemos verificar <;e esses dois parâmetros são
definidos precisamente pelas Cut\as caractensticas. Co1n
o circuito criado. selecione Ne" imulatioo para obtc.,T a
respecri'<-a cni~a de diálogo Usar OrCAD 6- J como o nome
seguido de Create resulta na C3Jxa de diálogo Simulation
Settio~ na qual se seleciona DC "eep sob<1 titulo Analysis ~-pe. A ,,·ccp variable é defuüda como uma Voltnge
sourtt com o Nnme VOO. O tart \ 'alue é O V. o End
\ ·atue. 10 V, e o lncrt>ment. 0,01 V. ·\gora selecione Secondary s,vecp e aplique o l\an1e \ 'GG com um tart VaJuc
de OV, um End Valueclc - 5 V eum lnertment dc - 1 V. Por
fim. o Secondary S\veep deve ser habilitldo assq.rurando-se
de que a seleção aparece na caixa à esquerda da listagen1,
seguido por um OK para sair da caixa de diálogo. Clicando
em imulation, a tela SCHE~IATIC será e"Oõida com urn
o.xo bonzontal denominado \ 'DO que se ~leode de OV a 1O
V. Continue com a sequência Trace-Add Trace para ob1.cr a
caixa de diálogo Add Traces e selecione ID(J 1) para obter
a:. cun as camcteristicas da rigura 6.52 ~ote. em particular.
que /!.Ai e muito próximo de J 1.7 mA. como pre\ÍSto COlll
base no \alor de Beta Obser\'e lalltbém que o cone ocorre
rcalménrc c:m Vcs = V,.= - 3 V..
A curva de transferência pode ser obtida com a
criação de uma ~e'v Simulation que tenha uma unicn varrL'liura. Wl1à vez que existe somente wna curva no gráfico.
Ao selecionar o OC g,,·eep novamente. o campo ·a me
!>erá \'GG cotn um Start \-'alue de - 3 \. um End Value
O\ ' e um lncreu1ent 0,01 \ 1• \ 'isto que não há necessidade
de uma varredura secundária. selecione OK para que a
!>imulaç-Jo se reafue. Quantlo o gráfico aparectt, selecione
Truee--Add T rac-e- ID(J 1) para obter as carncterí<>ticas
de transferência da Figura 6.53. Xme coo10 o eixo está
defimdo com - 3 V na cxtremidad~ t"Squerda e O V na
e~tremidade direita. Novnmente. f l.L está bem próxin10
dll pn?\isào de 11,7 mA e r··r = 3 \ :
349
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
610(.\l)
t;) rr.. f6'I
05 ()rmc(- ~ tsC.
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Fi., ra 651
Circwto empregado para obter as
c:trnc:Leristica.s do JFE.T J!N38 19 de canal fL
•
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......
•
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· "íi,S"Z Cun-:is carnctcrístic.15 de dreno para o JFEl
J2N38 l9 de C>!NI n da Figura 6.5 1.
Fig
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-·
... •
40- .x-o•1.... , _
!"" ' - •"""' """fí.
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__....,___
_,
,.
figw·~ .ç
5,,
.....
··-
••
..
.,
CUl'\'3 car.tctcrístíca de crnnsferência do
JFE1 J!.\13819decirnl11 da figura 6.51.
•
350
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
PROBLEMAS
Seção 6.2 Construção e caracteristicas do JFEf
L a) Desenhe n ~muura básica de um JFET de caml p.
b) ,\plique a polarização apropriruh eru.n? dreno e fonte
e ~ a reguio de depleção para J = O \ '.
l . L tiJP:mdo as curvas caracterísncas da Figura 6.11. deter·
mme J , para os seguintes valom. de 1 s (com 1 ~ > I ',.):
a) l 'Gs= O\'
b) 1 .. =
c)i õl=
d ) 1 c.~ =
e) I o.t = -
1\'
l.5V
1.8 \i
4 \'
f) 1 .5=- 6 \
3. Ls:mdo os resultados do Problema '.!.. tt"nce l1S curv:is ca·
C!Cteris~ de 1n 1·er.sus V<.~·
4. a) INtmnine 1'1• para Vc;s = O V e / p = 6 mA uriliz.imdo
as cunõli da Figura 6.1 l .
b) Utilizando os resultados do nem (a). a.lcule a resistência tlo JFET para a região l ti= O mAai:é6 mA.com
J., = O V.
e) Detmnme JFl'f para V,;5 = 1 \ 1 e J = 3 mA.
d) Ltihz:mdo os resultados do item (e). calcule a resis.tmcia do JFE r para a reguio J11 = Om.A ;u:~ 3 mA. com
l '(;s= IV.
e) Detmnine J't» para l'cs = ., \ t e J , = l.5 mA.
f) Ltili2ando os ~ultados do item (e), cakule a resbrênc&a do JFET para a região /1, = Omr\ me 1.:5 mi\. com
i 'GJ = - 2 V.
g) Definmdo o resultado do item (b} como r~ determine
:t resistência para Vr.s = l \ ' unlizando a Equa.;ão 6.1
e campare com os resuliados do nem (d).
b) Rep1&1 o ítecn (g) para 1"' = 2 V unlizando a mesma
equação e compare com os resultados do Item (t).
i) Com base nos resultados dos iLetb (!?)e (h). é pos·
3 1\ cl concluir que a Equação 6. 1 parece uma aprotinmcão Yálida']
s. Ltilizando as curvas caracterisuc~ da Figura 6.11:
a) Determine a diferença na corrente de dreno (para
f ~ > J~ ) encre r vi = o\ f e J-(; = 1 \ .
b) Repita o iten1 (a) entre l 'c;.ç = 1 \ e ? \ .
e) Repita o item (a) entre i'c;ç = 2 \ e J V.
d ) Repttll o nem (a) entre Vo.•= 3 \, e 4 V.
e) Hi Ull13 muJança drâsiíca na dlfesmo,,-n entre os '1\J.orcs
de COllmte de dreno quando i ca se tom3 mais negatMJ?
f) A ldacão entre a variação de 1't·) e a v31'13ciio resuh:arue
de Jp é líne:ir ou não lint?M? Explique.
6. Quais sio as principais diferenças crure lb cun-as cnracL..-rhlicas de coleLor de un1 TBJ e as cwva,, c:aracteristacas
de dreno de um JFE' f'] Co1npare as unidades de c3da eixo
com a \'MÚ\el de conrrole. Como/( ~a um aumento
de I l'L'NMS mudanças em / 0 a um awnmto negati\o de
J ? Comp:ire o espaçruneuto entre as CW'\'35 de J, cem o
das cun-a.s de I'",. Compare 1, .., com 1 " m definição da
região não h.near paro nlve1s bar<os de t.eoc.ão de saida.
7. 11) DescrC\õL com suas própriru. palavras. poc que/, é
efetivamente igual a zero an1pêrc para mn lr.JJlSÍSlor JFET.
b) Por que a i:mpOOãncía de entrada de um JFET é tão altn'!
e) Por que o termo efei10 de can1po é apmpri.:ido paro esse
unponante disposúivo de três tennm:us?
8. Dndoi. / 1't!S • t::? mA e 1f-·, 6 \ ', e:,boce u1na di-.trihoição
pro,lhel c1a., cun~ carocteristíca.t; do JfET (~hante
â fagum 6.11 ).
9. Co1neine re,.unnd:unente a<. polaridade!'. das \àna... ten~
e sentido-. <fa., C:Orttnlô paro um JFE 1 de C411al " 11·nu.•
wn JfFT dr om.tl p .
Seção 6 .3 Curva caracterlstica de tra nsfe rência
1(1. IJada:. a... cur.~~~ da figura 6.54:
a) Esboce Acunll cunct.ett-.uca de Lrani;feténc1a diret:1men1.e das 1.."W'b de dreno.
b) Utili7Jtndoa Figura 6..54 para estabelecer os valores de
I l»"> e I ' .. e:sbooe a cur. J caracter!stícn de tran:.ferên<.-u
utilinndo a cqmçio de Shocklcy.
e) Compare a_-, Cllf\.a<; dos irens (a) e (b). li i a1gW1U
dt ferenç:t CO!l'\tder.i\ eJ ~
l i. a) Dadn:./ , J!mAe fí
4V.esboceacuJ'\.acaracterl<;llea de uan,ferénc1à para o rran~istor JFET.
b)
~boce
8lo cun:b atrDCleri<;ucns de dreno
para o
d1;;..
f».ilU\ O do nem (a).
12. Dado!> 11>J.) • 9 mA e
a ) Vc;\
b) 1 ·,,~
t) f •(,S
d)
v..,.
fí-
4 V, determine'" quandt.'l:
OV
-
:? \ '
4\
- 6 \'
IJ. Dodo1o/ ,..~· l6mAe J ,,. - 5 V, e1obocc a cUt\aCllfacterisuca de tralb.ferinct:l utili.iando os dados da Tabeh 6. l .
Detenllíne o \WOf'de / 0 d;J cuna em ''°<,~ .3 V e compare
ao \nlor detenninado uuhzando a equação de Sbockley.
Rep1Ul para J't.> • - 1 \ .
1-'. Para um dado JFET, ~ I, 4 mA qWlndo V s • - 3 \ ·.
determine I'
~J
l:? mA.
6 ""'"\ e f'
4,5 V:
a) Determine I em i ·,
- :? V e 3,6 V.
b) Detennine r~ em I , 3 n1A e 5.5 nlA.
16. Dada um ronto Q dr 11.
3 mA e V,,, - 3 V, detennine
11
10 ., , se J' • -ó V.
l 7. Um JFET de CM3lp rem con10 pariin1e1tOS de di J'CXIU\o
11m 1.5 mA e i· 4 \ . E..'boce a.;; cun as caractensuca....
1S. Dados / 1 _.
Seção 6.4 Folhas de dados QfEfs)
18. Defina a região de c.pet:lÇào para o J FET 1N5457 eh Fígurn
6.20 uulLZJ.Ddo a fruxa de //.15.1 e r, fornecida. Lsio e. c!loboce
a curva de tralbfettncia deli nada pelo 'alor mi.xilno de I ~ s
e 1'1• e a curva de transfer&w:1a para o valor 1nin11no de /MS
e 1'1• Depru.' ;;ombreJeaárea resultante entre asdua.;; cun-.s.
19. Para o JFE 1 2:-.545·• da Figura 6.1Cl, qual é a t!l.fk.'Ctficnção
de pot~nc121 em uma temperotura operacional u..,113) de
45 ~e u.....'.ll'klo-:.e o f310r de redução de 5,0 n1\\I C!
20. l)efina a região de operação paro o JFET da Figura 6-5-!
se rt"'- 30 \ e P
100 m\V.
Seção 6 .5 lnstru~tação
21. Util1za11do as cllf\a.s da Figura 6.22. de1ermtne 19 em
l'c,,
0.7 \e I Íb 10\.
22. l:Jn relação .i Fagurn 6.22 o lugar gearnétrico dos \alom.
de pinc h-uff.? de1inido pela regmo de l't>s < i íl 3 \ '?
23. Detennine 1·,.pani ns cul'\as da Figura 6.22 uuliznndo I
e/" em ntgum \-alor de f'w . ll>to e, simple-smt>nte subionllla
Transistores de ereito de campo
Capitulo 6
na. cqwçào de Shocklcy e ~h-a p;ara 1·,.. Compare os
n:sultados com o valor pn:sumido de - 3 \ ' d:b curvas.
U. Ltílizando /~= 9 mAc 1~=-3 \ ' pana>curvasda Figura
6.22. calcule I n cm l'ç~ = -1 \ ' uriliz:ando a equação de
Shoc:kley e compare com o valor moslnldo na figurJ 6.22.
ZS. a) Calcule a resisténcia a>'SOC'iada com o JFET da Figura
6.22 parn Vra= OV. de / 0 = OmA até.; mA
b) Repitn o item (a) para I ~ = -0.5' \ ' ck JD= O até 3 mA.
e) Definindo r. para o resultado do itcm(alcr,, parn o item
(bl. use a Equação 6.1 pin dctamimr r,, e compare
com o resultado do item (b).
Seção 6 .7 MOSFET tipo depleção
26. • } Esboce a conslruçào bá~ica de um tl.IOSFET tipo dcplcção de canal p.
b ) Aplique a lcnsào apropriad:i dreno-fonte e esboce o
fluxo de clétrons para I'GS = O\ ',
?7. Qu:J_i,, as semelhanças entre a estrutura do ~IOSFE 1 tipo
dcplcçào e u1n JFET? E qu3ii. ª' difemiça~?
28. E.~lique. com su.1s próprias palll\"D:>. por que a aplicaçiio
de uma tensão positiva no tamimJ de pona de wn MOSFEi tipo dcpleçào de canal n ~b cm uma com:nlc de
dn:oo tTl3ior do que Irm.
?9. DaJo um MOSFET tipo dcplcçio com lo.u = 6 mA e
J'.=-3 V. dctenninc a c:om:ntcdediaio cm 1:., =-1 V. OV.
1 \' e 1 V Compare a diferença nos ,-akJR:S de corrente
entre- ! V cO V comadifC1't'llça mtrc 1\' e2 V. 'l'\arcgiào
de J'GS positiva, ;1 corrente de dn:no aumenta a umn taxa
significativarncnlc maíor do que para \alo~ ne~tivos?
A CUf\11 de ln se toma cada , .c:z m:il \crtical com \1ulores
po-;1tivos cn.~ccntcs de l',,1 ? Arclaçiocutrc / 0 c J'c;, é linear
ou não linear? Explique.
30. bboc:c u curva de trnnsfnencia e &> CUl'\11.:> de dn:no de
um ~IOSFET tipo dcpleçào de ainal 11 com /""3 = 12 mA
e l', .--8 V paro l'as=-1',. até I'~= I \ '.
31. ();idos I,, = 14 mA e r·.,J = 1 \~ dctcnninc V,. se lnss =
9.5 mA p;lm um MOSFET tipo dcplcçào.
32. Dados 10 = 4 mA cm f' 0 , = - 2 V. dctcnnrnc l ms se
J?,.= -5> V.
33. e~ que 2.9 lllf\ seja un1 valor médio para o l1m
do \.IOSFE 1 21'3797 da Figt1ra 6.3 1, dcccnninc o , ..1~
de l'c.;- quc rcsulbró cm unta corrcritc má,-üma dcdrmo de
20mA.sc J ~=-S V
34. ~a toualtc de dreno pnru o M OSFET 2N3 79" da Figma
6.Jl é 8 IDA. qual é o mãxímo vaJor de J',., permitido
utilizando o '~or cs~cificado para má'Uillll potCncia"
Seção 6 .8 MOSFET tipo intensifiei!ção
35. •>Qual é a principal diferença cntn:: a eonstruçio de mn
\tOSFE 1 tipo mtcnsificaçio e um t.IOSFl:T tipo dcplc:çio:>
b) ~a coostruçào de un1 MOSFET tiJlO intcmificaçio de twJ.JI p com a polarização :1prop1iada 1plicad.J
( I'as :> O"\~ l'<a > 1'r) e indique o canal. o sentido do
íluxo de clétroos e n região de dcplcçâo rcsult3ntc.
e) Dcscrc\:i rcwmidamcntc a operação básica de um
\fOSFE'I ripo intensificação.
36. a) Esboce a curva de trnnsfcrencia e as cun'llS de ~­
no de um \IOSF E 1 tipo intensificação de canal n se
1',=3.5el:=0.4 · l0 1 NV~.
b) Rcpit3 o item (1) par:i o curva de tramfen:m:ia. com
J lIWltiJo cm 3.5 V, mlls com k aumentado 100'!.._
,·alcodo agora 0.8 " 1O >Al\I·
37. • ) l>Jdo~ 1e m.1 = .i. V e /A•·~·• = 4 mA cm l'cnpa.;, =
6 V dc1mninc k e escreva UIJlll cxp~ gcnl para 10
oo formato d.1 Equação 6. 15.
b) fubocc a c-un-a de 1ran~ferénc1a p>ira o dispoo<iti\:O do
item (a)
e) Determine I P'Jrtl o dispo!>ili'o do item (a) cm
J'c;.= 2V.5VelOV.
38. Dada a curva de tr.msferéncia da Figura 6.55. dctcnnine
l 'Te k e ~'3 uma equação ger.tl para/,
39. Dado:.k = 0.4 " 10 ' A/V·' c /t.t<. 1..,..,,.,1= 3 mACQUI f'cs.....,,
=~V. dctauünc l'r
p
/ 0 (mA)
Vos=OV
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-s v
•
10
IS
351
2Q
is
76 V
li'.osM
352
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
.. ... ... • .. ...
• ,..
--------
•
+
... -
~
.... - +
+
.--+--·
-
+
-
_...,
___
....
-
..
• t
..
1
~
t
o
t
10
l(;,M
Figura 6 .SS Problema 38.
40. ,\corrente de dreno má.'=1ma para o t.tOSFET ripo intenSIÍIClll,-io de canal /1 21\4351 é 30 mA. l>etemune J c;s para
esse '+alor de corrente. se k = 0.06 10 J A\'; e 1'1 é o
\alor mi.umo.
4L Aromntedo.\<10SfE rupo in1.ensificaçiioaumm1aauma
u.u aprox1m:1damente igunJ à do ~tOSF.Ef upo dqlleção
para a região de condução? Re\ •~ dctalbadamerue o formara genil d:is equações. e. se sua base nwemaóca mclu1
cálculo difemiciaL calcule JJ1, dl ,,, e COD1J>lre seu \alor.
-12. Esboce :t cun'3 característica de tranSferência de um
~OSF~T upo ante1151 licação de C31llll p. ,,e I = 5 V e
r
t = 0.45 ll} JAV=.
43. fslv>ce a cor.a de Ili = 0.5 x 10 3 ( 1- 4 , ) e /t> = 0.5 ~ 10 1
CI , - ~)~ p:tra re;.~ de O V a1é 1O\1. O \ulor I ', = 4 \ ' influi
s.ignific:ui,'llllli'nte no valor de 11, p313 essa região?
Seção 6. 10 MOSFETs de potência VMOS e UMOS
44. a) Descre"a. com suas próprias palaYras. por que o\ ~IOS
f E 1 pode suportar wna corrente e uma potência nw.ores do que os disposiuvos de consuução COO\ mcionaís.
b) Por que o \'~tos FET apresenm valores de resistência
de Clll13J reduZJdos"!
e) Por que ê <lese ª'·e) um coeficiente de tempera1W'2l
posrt1'o?
45. Qurus são as \ant3getlS ~lati\as da tecnologia U~!OS em
relação à \ ~10S?
Seção 6 .11 CMOS
*46. a) Descreva. com stm próprias palavras, a operação do
circuuo da F1gum 6.-15 com 1; = O V.
b) Se o ~10SFET -ligado.. cl3 figura 6.45 crom 1 = O
V) possu1 wna correnle de dreno de 4 mA. com J l\ =
0. J \ '. qual é o ,·;tlor aproltimado de resistência do disr
positno'! Se/ = 0.5 µApara o cransis1.or -deslipdo- .
qual é o '-alOI" aproxnnado de resistência do dL9JOSJri·
vo'! Os \lllores de resistência resultantes sugerem que
o yafor desepdo de telbâo de saída será obudo?
47. Faça wua pesqulSôll bibliográfica sobre a lógica C~tOS e
descre\"a a fiu:u d~ :iphcações e as pnncipa.is v:mtagcns
dessa tecmca.
Polarização do FET
~,,
~e
Obietivos
Scrcapaz de realizar uma análise CC de circuitos com JFET. MOSFET e '11.1ESFE 1.
•
•
Tomar-se prolicíenlt: no uso de análi~ de reta de carga para e\.aminar circuitos com FET.
Desen1..oh er confi11nça em anáhse CC de circuitos com FITTs e TB.Js.
Entender corno usar a cun a uni\ ersal de poJari7nção de JFFT para anslis.'lf as' :irias configurações do FET.
7 .1 INTRODUÇÃO
No Capítulo 4, verificamos que é possi\el obler os
nivei de polarizaçiio para uma configuração com transistor de c;ilício com o auxílio das equações carncteristicas
i ·, = 0,7 V, / 1 = /Jl fl e / 1 :: /f . A relação entre as vruiáveis
de entrada e de saída é representada por p. cujo valor é
considerado fixo paro a análise a ser realizada. O fato de
beta seru11U1 consrante estabelece wna relação linearenrre
I e J ,. Dobrando-se o valor de /,_ o \õtlor de lc também
dobra, e assim por diante.
Pnra o transiscor de efeito de campo. a relação entre
os parâmetros de entrada e saida é niiu li11ear em dccorrencia do termo quadrácaco na eqll3Ção Je Shockley.
Relaçclõ lineares resultain em linhts:. re~ quando i.ão
rraçadns em um gráfico de uma varta\ el 1·ersus n outra.
tnqll3Jllo funções não lineares m.-ull.3m cm cun as como
aquelas obudas para a caractcnsuca de b':llbfcrenoa de um
JFEl.A relação não hncar cnlTC 10 c J.GS podc complicar
o raciocínio matemático nece.\.<;ário ã análi..e CC de configurações com FET. Um método gr:ifico pode limitar as
c;oluções a uma precisão de decimO'\. mas é o método mais
rápido para a maioria dos amplificadores a FF I'. Visto que
esse método costuma ser o mais utilizado, a análise deste
c:aprrufo rer.i um foco n1ais grãfico do que ma1emãrico.
Outro díferença que existe entre as análises do TBJ
e do FE'f é que:
.4 1uriú,el de <:ontrole para 11ff1 trt1fl}Jt~tur TB.I é 11m
l'Olor de ' '""'11te. enq11c11110 par"
" FéT e.\\'U \'tlri•í,·e/
i! um 1'0/or de tenwn.
l\o enl3nlo. cm ambo:; os casos, a vaná\~I conirolada na S3ida é um 1..alor de corrente que também dclinc
importantCl; \-alo~ de tensão do circuito de saída.
A."' relações gerais que podem ser aplicadas à anâlr"t:
CC dos :unplificadore.c; n FET são
l tc ~
e
OA
1
(7. 1)
(7.2)
1 l o = Is ]
ParaosJFEls cpard o:; MOSFETs e 1'.1ESFE I:; upo
dcplcçào. a equação de Shocldcy r"Claciona as \'3Jlá,·ci. de
entrada e saida:
- Vol )2
Vp
(7.3)
Para ~tOSFETs e ~1ESFETs cipo ioteru.ificação. a
seguinte equação é apI1cãvel:
1 10
= k(Vc;s -
V7
>' 1
(7.4)
354
~s ~ttõnkos e teonJ de CllCLUOS
E panicularmente
in1ponan1e ob..eí\ar que as
equaçõo anteriores servcn1 ª""'"'·' puro u 1ra11:.utur de
efé:itu d~ cumpu! EJ3s não n1udariio para cada configuração do cu"Cuito de:.de que o dispo!>Htvo opere ru regiiio
ati\ a. O cucuito apenas define o~ valore-. de correnLC e de
ten:.ào b'.>4)(13dos ao ponto de operoção poc meio de seu
próprio conj1mto de cquaÇck!.. N3 \t..-ni'lJc. a !>Olução CC
P3"' o:. ci.rcullo:. com FE:.I e TBJ e a ~luç-lo de CQU:lÇÕC:.
-.imultãnca' ~l..-ci<.1.3!> pelo di''J>O''º'º e pclo circuito
A solução pode "CT dctenn1nada com a uuhnção de wn
melado gráfico ou matemático o que "Crá dL""ITIOnstrado
no primeiros circuítos a serem anali-.ado.... F.ntret:mto.
C<'mo Já foi ~licado. o método gráfico é a 11l3i' lt"3do para
circuitos com FE'J' e é o método empregado neste li~TO.
\ s primeiras seções dest ~ capirulo estão limitadas
ªº' JFET~ e ao método grófíco de análi"4!. O r-..IOSFET
tipo depleç;lo sera então examinado. com seu numero elevado de ponto:. de operação. seguido pelo ~IOSFE 1 tipo
inten..iftcaçOO. Por fim. proble1n:b relacion3do a projeto
serão in' estigados para que se 'enfiquem os conceitos e
procedimentos introduzidos no capnulo.
A configt;raçào da Figura 7 1 incluiº' \afores C' ,.\ J'
e r.. mais os capac1tores de acoplamento (C, e C:) Lembrn1no!i que o:. capacitore:. de acoplamento são ··circuito:.
abertos.. para a analise CC e baixas 1111pedilncias (cotb1deradas cunos-circuit~) paro a anjlisc CA. O res15lor R..,
~ui presente p3nl ~urar que J~ apareça na enlrada do
amplificador fET na arwhse (A t' eJtl o c·apitulo ). Prua
a análise CC.
f ::
e
l'«a= /cfic= (OA)Rc,
substituição por um curto-c1rcu1to equivalente, como o
que é 1no!.trado na Figura 7.1. ei.~-c1alrne11tc redesenhado
para a anáh:.e CC.
O fato de o Lmninal n<glltJ\O da bateria õl3T cont.-ctudo dircll1mente ao potencial posit1\0 de J' ~elà
claramente que 3 pobridadc de I ,, é oposta à de 1·... ,.
A aphcaçào da Lei da:. Tcn..'4X.-s de K1rchhoff na malb.:l
ind icada na Figur.i 1..2 no :.entido honírio resultará cm
-
r ~,
- J',j(, -
1\.'GS =
~
OV
A queda de zero 'oh atra\ és <lc Rc, permite sua
7.2 CONFIGU~ÇAO COM
POLARIZAÇAO FIXA
O mais simples dos arranjos de polarir.içào para o
JFET de c;inal n é mostrado no Fiwra 7.1. C'h:nnado de
configuração com polarização fixa. ele e uma das poucas
configurações com FE 1 que podem ser solucionadas com
a utiliz.açâo tanto de um n1étodo gr.i fico quanto de um método matemático. Ambo · os método!> ~ incluídos nestn
eçio para demonsr.ror n d iferença entre eles e também
paro salie11tar que a mesma solução pode ser obtida pelos
doí!> mêtoda:..
o\
... o
(1.5)
-Vc;a 1
Um3 \1!7 que 1·00 é uma fonte CC con<;tante. a 1enclo
1'6 , é fix~ d3i a OOQIÇào-oonfiguraç:io co1n polari7.açào fi..u-.
O valor resultante da corrente de dreno 1,, é agora
controlado pela equação de Sh~l...ley .
Ro
D
' •o
1
e,
(
o\.
D
e.•
G
G
s
-
1oss
'us ,.r
s
"Gci +
figura 7 . l
Configurnção co1n polan7..ação fiu.
Figuro 7.2
Ctrt'wto p;u:l •
anà.lix cc:.
PolarlzaçAo do FU
Capítulo 7
\'isto que V0~ é u1n valor fL~o para essa configuração. sua magnitude e sinaJ podem simplesmente ser substituídos na equação de Sbockley J>3Ta detenninar o valor
de l o- Esse ~ um dos poucos casos em que a solução macemáuca paro a configuração de um rcr pode ser direta.
Paro uma análise gráfica :.cria oeces:.ário um gráfico da equação de Shoclde). como mostro. a 1,agura 7.3.
Lonbromo:. que a ~colha de 1'c;, = i ·,.'2 resulta em wna
corrente dé dreno de I ossl4 quando o gr'.ífico da equação é
traçado. Parta a análise feita neste capítulo. o:. tn.~ pontos
definidos por IDs.1> 11p c a interseção hà poucod..-s.t.TitascrJ.o
suficientes p:ira o traçado da curva_
Na figura 7.4. o valor fixo de i ·Q foi superposto
coroo uma reta vertical em r ~\ = JQ,. Em qualquer ponto
da reta "ertic.al, o valor de
é 1·., : o '"alor de lu deve
i·,,
ser simplesmente detenninado sobre eo;sa reta.. O ponto de
interseção das duas curvas é a solução comum para a configuração - geraln1enle ch.arnado de po1110 quiescente ou
na Figura 7.~. que o \'1l]or quiescente de /11 é detennioodo
pelo esboço de uma linha horizontal do ponto Q atê o eixo
\enical lt> É importante observar que, uma \.ezqueoci.rcuito da Figura 7. 1 estt.ia montado e operante. os \aJores CC
de 111 e 1 '~· que podem ser medidos como mostra a Figura
7.5. são o:. valores quiescentes definidos pela figura 7.4.
A tensão dreno-fonte da seção de satda pode ser
detenrunada apltcand<>-sc a Lei d~ Tensõc:. de Kirchboff.
como Ségue:
-r
J·lJ, - f nR.rJ
1Vos =
e
1 Vs = O V 1
1
J'n ª
e
I
V.\
J'11~-+
1 Vo =
Além disso. J~ = 1'11 -
J'c=
ou
Figura 7.3
lo
Di~'º
V11~ 1 O V
(7.8)
V\
Vs = 11cs+ O V
Voçl
'ºo
~011
1
(7.9)
}
(})
LJ+-
~
( m,\)
'"'...'
RD
VGSQ
,
Cirt'UtlD ,
Pcituo Q
v,.
111:
1
'-...
(<,4,lluçnt1) ..........
~'as+
~.)
Gráfico da éql13çllo de Sl\odley.
•'º
(7. 7)
Vosl
1 VG =
e
,,.
1
(])
G
• I
--
1
10
~·c.i$
Figura 7. · Solução flllm a configuração oom polamação fixa.
(7.6)
Utilizando uma notação com duplo $ubscrito. ltmos
J'os= l'n l "s
ou
( m...\)
Vno - fo Rn ]
terra. Para a ç0nfi.guraçào da Figura 7.2,
d3 oooerue de dreno e na tensão porta-fonte quando essas
quantidad~ representarem valores no ponto Q. Observe.
'º
J./DI' = 0
Lanbre-se de que os subscritos de uma única letra
indicam uma tensão medida em un1 ponto em relação ao
ponto de operaçc'io. O subscrito Q será utilizado na notação
1
355
' G<;
+
+ -
s
\ o1ti;ixtro
356
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
•
E ób'io que I ~1 = l '1,.. e 1
1(.: corr b:J.se no fato de
1. / 0
que J ~ • O\', m:is as deduções anteno~ foram inctwdas
para enfatiz:ar a relaçlo entre o:. nowções com ~tos duplo e ~impl~ Uma' ez que a configuração nec~l3 de dtia,.
fonte. c·c. ~emprego é 1imitado e. portanto. eb não sera
inclwd:t na lbt.a de configuraçõe:. com l ET ~ urilizadas.
11
1111
=-IOm\
9
.
"-i(.1 - - -
EXEMPLO 7.1
Oetennine o ~gu1ntes parâmetros para o ciraüto d:l
Figura 7.6.
.., "- - - - '
~
4
_____ -:_ ___ fl»t = 1.S mA
..
-'
a) J'G:i(r
b) /llp"
e) J'm·
1mAI
____
-.:;..__...__.__.__.__...__.,__f--~~1~
o
,,
•
d) 1 ~
e) i a-
lê;J
• J\
Figura 7.7 S«:>luc,"io gnifica paro o cirçuito do Figura 7.6.
() I s·
Solução:
Método motemôt1co
\')z
_.,
IOmA ( J - _ - \
,
= IOmA(I 0,25)' 10mA(0:'5)·
- 10 mA(0.5625) 5,625 mA
e) J'm= 1'00 - lcft - 16 V -(5.625 m..\)(2 Ul)
= 16\' 11.25\ - 4,75 \
d) 1'0 = l'm .a.75 \
e)''"'"' I ~ - 2 \
01 ~= 0\'
· re d- gráfico A curva rc!.ultantc: da equação de:
Shocklc:) e: a n:t.u vertical cm rc.~ =-1 V~ foml.'Cidas
na F1gura 7.7 F \.:Crtamcntc dilicil obter mm preci~o
além da -.cgunda casa decimal sem aumentar $Ígnifica-
tivamcnte o tamanho d.1 figura. mas wna !.ôlução de 5.6
1nA cio gr.!fico da Figura 7.7 ê um 'alor ~te acestl\ d.
- l 'cc=-2 \ .
a) PoJ1j.Dto. 1'
b) ' '" = 5.6 m..\
e) l';u = l'l ll I ,R • 16 \ " - (5.6 mA)(2 kn )
= 16 \ ' - 11.2 \ t ... 4.8 \ .
d) J'1, = 1'115 = 4.8 , .
e) l 'c
1·c.:s'"' - 2 \ '
o ,. - o,.
Os resuhndo<; confinn:im claramente que os mémdos
grófico e matcmã1ico geram resullados bem parecidos.
7.3 CONFIGURAÇAO _çoM
AUTOPOLARIZAÇAO
A contiguraçiio co1n autopoluriLaçào elimina :i necc!.s1dadc de termo' du.c. lonh.."> CC. A 1cn~ào de controle
jl(>rta-fontc pa.'sa ll ~r d\."lcnntnada pela tensão a11av~ do
rcsistor R colocado no terminal de fonte do JFET. como
n1ostm a Figur.:i 7.8.
'
\ 00
Ro
D
e;
,,,,= \
--~
l i;s
+
_
-
'i
o\
C1
~
+
\Ul
(
D
/llSS - IOmA
'.o t
e,
G
s
,,\'
figura 7.6 Ex.:mplo 7.1.
Rs
-Figura 7.8 Configumç-lo do! JrL f co1n nutopolariz.llçio.
Capítulo 7
Paro a análise CC. novamente os cap.-.citores podetn
ser substiruídos por ..circuitos abenos-. e o resistor Rc;
pode ser substituído por um cwto-circuíto equivalente.
Já que / 17 - O A. O resulLado ê o circuito da Figura 7.9
para a importante análise CC.
A corrente atra\é:. de Rs i: a corrente de fonte Is,
rrms 1.. = 10 e
''.ts - JoR.\
Para a malha fechada indicada ll3 Figura 7.9. temos
e
ou
- l"Gs- Jf<"l = 0
JI 7"-J'._
,,,
~
1 Vc;s =
(7. 1O)
loRs 1
Observe. nesse caso, que f',·" é função da corrente de
saída / n e não tem mais amplitude consQnte como ocorria
para a configuração com polarização fixa
A Equai;-ão 7. 1O é definida pela configuração do
circuito. e a equação de ShoclJey relaciona & prufunetro:. de entrada e saída do dhposiU\O. As duas equações
relacionam as mestnas duas variâ\eis. /0 e J'r;\'· pennitu1do
uma solução gráfica ou matemâtíca.
A solução matemittca pode :.er obuda sunplcsmcn1e
por meio da substituição da Eq1.13Ção 7.10 na equação de
Sbockley. como vc1nos a seguir.
-
Vas)
fl
ºSS\
-
- l0Rs)2
= J
A equação do segundo grau pode então ser solucionada. e o '-ator de /,.. obtido.
A sequência anterior representa o metodo JD3terruitico. O método gtáfíco requer que prilneiro se estabeleça a
curva de uansferência do dispositivo. como a que aparece
na figura 7. 10. \ rlSto que a Equação 7.10 defme uma linha
reta no mõmO gráfico, idenlifiquemos dois ponto:. que
estejam na linha e ~implesmente tracemos unu reta entre
eJes..ArondJção DL'li:.óbvui a ser aplicada e/0 = 0A..J3 que
ela resulta em J'GS = - 1tfls = (O A)Rs = OV. Para a Equação
7.10, portanto. um ponto da reta é definido por /0 = 0Ae
l'as= O\'. cornomostrna Figur.17. 10.
O segundo ponto para a Equação 7. 1O requer que
'\ej:i selecionado um valor de J'Gs ou de 10 e que o valor
co~ndente da outra variâ vel seja detenninado pela
F.quaçào 7.10. Os 'atores resultuntes de/{) e J'...., definrrão
outro ponto da reme permitirão o seu troçado. Suponhan1os., por exemplo. que /1> seja igual ã metade do nivel de
saturação. Isto e:
ou
lo = loss ( l
lo =
\ 'p
Então.
\.'p
lvRs)
+
357
Desenvolvendo a equação quadrática anterior e
reorganizando os termos, poden1os obter uma equação
com o seguinte fonnato:
2
lo = loss( l
PolarlzaçAo do FU
l1>Ss
2
l'c;s = · loR~ =
lossRs
2
2
\ 'r
O n:suhado e o segundo ponto na reta traçada da
Figura 7. 11 . A hnha reta definida pela Equação .... 10 é
IDSS
D
G
()
-
s
1
T
+
l~s
-
Rs
',.
T
-
v,
~ls•lo
Figura 7 9 Análise CC do configuração com
miopolmz:ição.
ln.~
Fi
~ a
7.1r
au1opobri/3çiio.
/
o
=IJ \ . I =
AI'
Vas
O.:t'inaçã~ Je um ponlO
na reta de
=-1,R
358
DlspoSllM>s elettõnlcos e teon.l de cítcWM
D
foss = 1\ mA
G
v, .., _,, \l
+
s
\'r
,.
1
1
1
.
'
t.:.~boç,1
Figuris 7.11
1 kCl
GJ
-
da reia de auropolarização.
t:raÇailil e o ponto qu1csccntc
Figura 7. 12
e obtido na int~-ção úa
reta com 3 cuna carac lcri~ucu do dh,l'Xhili\o. O.. \11.lore:.
quiescente-. de / e I~ , podem, então. ser dctcnnmados e
urilindos paro que \CJain cncontmdoi. ~ par.imetro-.
.
que 1ntcreo;.s.am.
O' ator de J' pode ser detmninado pela aplicação
da Lei de Ten~' de Kirchhoff ao circuito de saída. com
o ~irte rc-;.ultado:
E"cmplo 7.'!.
Solução:
a) 1\ ten~o pona-fon1e é detennínada por:
Escolhendo 111 e: 4 rnA. obtemos:
-
l'-'s + l',u + J'ttn - I'oo = O
1·1JS =J'oo - Vir, - J'11,, = r",- IJls - l1iRo
e
111
1 \'o~ = Vot>
15
l1J.Rs • R1,l 1
(7.ll)
Além di.!>~.
1
\'~ =
l oR\ 1
1 Vc; = O V :
1 \'o =
e
(7.12)
O rt!!>ultado t! o gcitico da figura 7 .13 como definido
pelo cm.wto.
Se escolhe scmos 10 = mA. o 'alor rc!>ultantc de
VG~ i.cna 8 \. comu foi mo ..trodo no 1ncsmo gráfico.
Em umboi. (1-. ca...os. obtemos a n1c!.ma reta. o que
dc1nonstra claramcnlc que qualquer valor apropriado
de 11, podera 'cr c~colh1do se cmprcganno~ o valor
corre~pondenh! de r·w determinado pela Equação - .1 O.
Além di.;<;0, dC\ cmo.. lt."f em mente que o vulor de J·c:s
(7.13)
.. '
V"s ; \'s = \'{){) - \'Ro 1 (7. 14)
ln tmAI
\
l'i
1
4
•
~PLO
7.2
C1rcu1to
• -4\
' '
/
6
Detmnine o-. eguinic<: parâmetro., para o circuito da
Figura 7. 12:
a) l 'Gc1Q'"
")
b) loq-
1
1
l'DS'
_., _..
C)
1
1
d) · ~·
e) l'c-
0 l'o-
•
- li
Fiqt.:
-1
-h
7 13
1
•
1
1
- l
_..
-
'
Fsboc;o da rcln de autopolari2:1çào para o
circuí10dnf1gura 7. 12 .
e
PolarlzaçAo do FU
Capítulo 7
poderia ter sido escolhido e o ~·alor de /<> poderia ter
sido detennjnado graficamente.
Na equação de ShockJey, :.e escolhennos J'CJS - i',J2 - 3 V. enconcraren1os / 0 - JllSri -4 - 8 mA!-1 - 2 mA, o
que resultará no gráfico da figura 7.1.t. que representa
ai. características do di!>p~ili"º· A solução é obtida
peln !>Obreposição da curva camcteristJca do ctreuito
<kfmida pela Figura 7. 13 com a cuna caracteri!>tica
do di.,~1Livo da Figura 7.14 e J>éla <ktcnninação do
ponto de inttTseç:Io entre ambai.. como mdica a Figura
7 . 15. O ponto de opcrJ:çào ~-ultanre produz um valor
b) o ponto quiescente:
IC>fl • 2,6 DIA
e) Equação 7.11 :
J'm - I (11" - IJ,RJ + Rn)
= 20 \ - (2.6 mA)( 1 kO. + 3.3 kfi}
= 20 \ ' - l J.18 V
= 8.81 \ '
quiescente de tensão porta-fonte de:
e) Equação 7.13:
t) Equação 7.14:
d) Equação 7.12:
1s= l,,Rs
= (2.6 mA)( l Ul)
=
ou
lo (IDA)
8 U01tl
1
s
.t
3
1
o
-6 -5 -4 -3 -2 -J
"
Figur •
1·
1
(;-)
2
1
2.6 \ '
VG= O\'
Jj, = f 'm .._ J's= R,82V + 2,6V= 11 ,-'2 \ '
J·" = r:.i > ltfiD= 20 V (2.6 mA )(3.3 kfi)
= 11 ,42 \ '
E.<E 11PLO 7.3
Determine o ponto quiescente para o circuito da Figura
7.12. <;e:
a)R1 = 1000
b)R\= IOQ.
6
!
1
lcs(V)
l ~)
F.~hoço da C'Ur\a cano.:ttri..tica do dispositivi)
p:iraoJFI 1 da Figunl 7.12.
Solução:
Tanto R{ - 100 í2 quanto Rç - 10 k.í2 são mostrndos
n;i Figura 7.16.
a) Para R - 100 O:
,,, ,., =6.4 mA
e a partrr da Equação 7.1 O.
l'G.'SQ =- 0,64 \'
b) Para R 1 = 10 kQ.:
J ~ ::- 4.6 V
e a partir d3 Equação 7. 1O,
fL :::. 0.46 mA
"
Em~ observe que valor<.'S mais baixa- de R1 làz.cm
amndecmgadocúcuitoseaproxímarclocixo/u-enqtrmto
valores c1CSttJ1tcs de Rs aproximam a reta do ci:xo JGs-
R
s
7
6
R\"' 100 Q
l 0 ,. 4 mA. l{;v ,. - 0 •..i \
5
Ponto Q
..t
7
- r =6,,& m \
6 00
5
~
·'- - 1
~
='f>-"'
o.,
- · '""'
~
R~"'
10 U2
\ Q = -1 \ ". ln = O.,J IDI\
I
1
-ó -5 -t -3 :-2 -1
O
1
= - 1/J \ '
- 6 -5
1-4
-3 -2 - 1
l('-'Q'-I- 4.6 V
Figura 7. t 5
F~7. 12.
l
·2'
1
Vm( \ ''1
1
VGSQ
359
Detcnninação do pomo Q para o c~uito da
Figura 7.16
E~mplo
7.3.
360
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
7.4 POLARIZAÇAO PO_R
DIVISOR DE TENSAO
VDD
A polari.zaçào por divisor de tensão aplicada aos
amplificadores com TBJ é aplicada também ano. amplificadores com FE I". como den1onstm a Figuro 7. 17.1\ estrutura
básica é l!'{afllmente a mesma, porém a análise CC de cada
um é bas1ante diferente. Para os amplificadores com FE 1.
lc; = O A. ma.'> o valor de 11, para amplificadores emissor·
-comum com TBJ pode afetar os valores de corrente e
tensão nos circuitos de entrada e saída. Lembramos que l ll
é o elo entre os circuitos de entrada e saída na configumçfio
TBJ com divisor de tensão, e que r~' cumpre e:.se Dli:SIIIO
papel para a configuração corn FET.
O circwto da F1gura 7. 17 é redesenhado para a
análise CC. como mostra a Figura 7. 18. Obsenc: que
lOO<b O:. capacitores. inclusive o capacitor e~ de des\'10.
foram suh.bluídos por um ..circwto abeno~ eqw\alen1e
na F1~ 7. IS(b)..A.lém disso, a fonte 1 00 fo1 separada em
duas fonte..-:. equivalentes para pcrmtttr a distJnçio entre
a região d.: éntrada e de saída do cin:WIO. Uma \cz que
I e; = oA. a UI das eorrcnll.-S de Kirchhoff ~'1111ite afinnar
que 1 = lb- e o circuito c m série equivalente que npa:roce
a esquerda da figura pode ser utili7..ado para detenninar o
valor de J'c. A tensão J'c igual atensão atm\i:s de R_pode
ser determinada pelo uso da regra do di,'isor de ten-.ão e
da Figura 7 . l~(a). como mostramos a 'iegllir:
R1
Ro
R1
,
I' G
+
R,
R,
-
-
-
-
(3)
Fi91..r1718
análise CC
G
+
+
Vr;,
lG
() ~~
-
--
•
t'º
D
•
s
t
R,
"'s
rb)
Is
--
Circuitottdc-;cnhadodt1Figura7. 17para
Aplicando a Lc1 ~ Tcru.õcs de K.írchhoff no~
horário na nla.Jha 1ndic-Jda da F1gurd 7. 18, oblcrnos
Substituindo J'•s= l~s= lrfiç, te1nos
j l'cs =
VG - lnRs 1
(7.16)
(7. 15)
O resultado é uma equ:ição que inclui as rnesmas duas
variáveis da equação de Shockley: l '~ e 11> As quanudade:.
~,G e Rs são focas pela configuração do circuito. A Equação
7. 16 ainda é a equaç:io de wru reta. roas a origem não está
mais con11da oela. O pocedu:nento para traçar a l:G•~ 7. l 6
não é complicado e~ dêmonstrn<lo a seguir. lJma \.e'L que
------- -0\'
DO
Ro
R,
D
\ o
)
f
o
C2
e;
.são ncce!>sános doi:. ponto:. para dl!finir uma rela. ~
o fato de que ~m qualqUC"J" ponto no eixo horizontal da Figura
7.19 accrTCDtc / 0 = 0mA Entãó.aosclccionannos/D= OmA..
dcclaramo~ ~cialmcntc que Cl)l.3mos cm algum ixmto do
eixo hori7.ontal 1\ po"ição ~ma pode ser determinada pela
simples su&.\tituiçào de 10 = OmJ\ na Equação 7.16 e pelo
cálculo do wlor resultante de i·G.,. con10 a seguir:
C1
J'GS = J'c; - f;R\
-= i ·,, (0 mA)R~
s
- c.s
e
(7.17 )
O resultado especilica ~uc, sempre que
r~ura
7.17
Configuroçâo da polarização pordi\bOfdc
traÇamiO:.
o i:,rrafic..'O da Equação 7. 16. ~e c~colhcrmo~ ID =O mA.
o valor de f'c;.s para o grafico será l'c; volts. O ponto que
acab:unos de detcnn1nar aparece na Figur.i 7. 19.
Capítulo 7
....
Q -rvnlõ
'ºQ
/
PolarlzaçAo do FU
361
Vas•OV.1
0 = Va 1Rs
·
1
'
1
''
=\ - 1 R
1
''
''
''
1
+
Figura 7. 19
E.sboço da cqllllÇio do cin:uito para :i configuração com dí' is.ar de tensão.
Pnrn o outro ponto, lcvcmo:. em conl.l o fato de que,
em qualqUL'T ponto do cix.o 'CrtJcal. f ·cos = O\'. c lài;amos
o c:ilculo para obter o valor resuhantc de /e;.
na região a t.-:;qucn.la do eixo vertical define o ponto Jc
opcraçlo e os 'alon.-s correspondentes de l 11 e f ·GS·
\ ri!'ilo que a interseção no eixo vt.'rtical é dctcnnmada
por 111 = l'o Rsc que i·a ê fixo devido ao cin:ujto de entrada.
valores crescentes de R5 redwen1 o valor de /I>na intcr.;.eção.
como mostmdo na Figura 7.20. F..ssa figura deiu claro que:
V<i~ .- Vc;- lr/l.5
OV =
r·a - lcJl~
Julo~' cre>tc•nte' dt· R, res11/ton1 em menor-e.. l'tJ/t:>-
(7. 18)
re,, quiesct>11t.e. de I" f! em valores nu1i.> negati\'O..\ Je f ·G.'S'
Uma ,.ez detenninndos os valores quiescentes de 11'Q
e l ~ 'O' a análise resuulle do circuito poderá ser fciia da
n1aneira usual. lsto é.
O resultado demonstra que. sempre que traçannos o
[!TiÍfico da Equoçâo 7. 16 com f'«• =(} \', o 'alor de I v será
determinado pela Equnção 7.18. ~interseção tambê1n
na Figura 7.19.
Os doi:. ponlos definidos aru.erionnerue pennitem o
tra\"ado de uma linl1a reta para rep1csenrar a Equação 7.16.
a~
•.\ tnt1..."n>C!Ção da Linha reta com a cuna de
1l'ru
J VD
tmnsf~ência
o
Figur<'! 7.20
Efeito de R\ oo ponto Q fL•s1dt:mte.
= V0 0
=
fo(.Ro • RsJ
Voo - fo Ro J
1
(7.19)
(7.20)
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
362
Quando I',» =O \~
(7.21)
2 V = 1 2 1 mA
l
.8
lo =
151..fl
'
(7.21)
A reta de polarização resultante é mostrada na Figura
7.22 com o:. seguiolb \afores qu1escerues:
E f:\.1Plf' 7.4
Detennine os seguintes parân1etros para o cireuíto da
figura 7.21 .
a) /l\> e J GStr
11'0 = 2,4 mA
b> ro.
V
b) 1',,- r m- 1,Jlp
- 16 \ 1 - (2,-1 mA)(2.-I k.O)
~ 10.24 \
e) J's·
d)
J '~= -1 .8
e
f'm·
C) J'DG·
Solução.
a) Para a cun-a de tr.msfcréncia. se ID= Iim 4 = 8 mA!4
= ~m.A,cntào Vc;s= V112 =- 4V2 = 2\: ACU?\'llresultante que representa a equação de Shocklcy:sparece
na Figura 7.21. A equação do circui10 é definida por
l o { m/\ )
s o,)._\>
7
6
5
4
3
___ / D = 2 ,,S mA
~
Q
~-r- I n l .2l mA ( \ Gl:.O \')
-
2,1 Mil + 027 ~1fl
= l.82V
e
= Va- lrft 5
f'c,5
~
-:?1
J
l
\~
3
= 1,1!2 V
f ÍJl. " 7.22 Dctmninaçào do ponto Q para o circwto da
Figura 7.21 .
R,
R"
l.l \10
2.4 to
D
e
)
G
IOµF
fc.
10 .u = 8 ruA
\ j. ::-4 V
SµF
s
E.'<ernplo 7.4.
1
(lo =O 1nA)
l'c;5 =+ 1.82 V
Figura 7.21
o
\~; -l.8V
1,82 V - lo( 1.5 kn)
Quando 10 = O mJ\,
o
-1
=
o'
Capítulo 7
e) J'\= /nR\= (2,4 nlA)(l.5kíl)
"" 3,6 \ '
d) J '~ - i 'p(l - 111(R0 R \)
- 16 V - (2.4 nlA)(2.4 ill
= 6,64 V
00
r~~ =
J'm = i'v -
G
+
1.5 l.O)
Vas
10,24 , , - 3.6 \ '
~ Is
-
s
+
= 6.64 V
Rs
e) l:.mbora raran1ente seja pedida. 3 tensão VDli pode
~Y ckterminHda de maneira muito fãcil, ublizando:
--
-;;;;;- V.u
VDÇ= V0 - Vc.
1
10,24 V - l ,82 V
= 8,4 2 V
=
7.5 CONFIGURAÇÃO PORTA-COMUM
A próxima configuração é aquela em que o tenninal
de porta e:.cá ligado ao terra. o smal de entrada é usualmente aplicado ao tenninal de fonte e o sinal de saída é
obtI<fo oo tenninaJ de dreno.como mostra afigura 7.23(a).
O orcuito
tamb~m
1.2
;-i ..
Odennnraç-.lú dn l!quaçiío do circuito p;1r3 ;i
configurn~ da FigurJ 7.23.
= r ~,"- (O)Rv
1\ cs =V~ 10 omA I
s ·"'~
e
pode ser d~o como mostr..l a
F1gW1l 7.23(b).
A cqUJJ~·ão do ctrcuilo pode serd~1cmunada a partir
da Figum 7.24.
A aplicação da Lei da~ Tens~ de KirchhofTno
sentido indicado na Fi!,rura 7 .1.t resullarà em
- Vc;..,- 1.,R ~
1'w =
e
363
PolarlzaçAo do FU
r\ aplic:içào da condição 1't,.\ = O\' na Equação 7.21
resultará em
O= l'ss- lifis
\'ss
l v= Rs Vc;s=O\º
V~= O
(725)
Vss- l~Rs
t\ reta de carga resultante uparece na Figura 7 .25
fs= lo
(7.23)
logo.
A aplicação da condição l,,=OmA na Equação 7.23
resultará em
em interseção com a curva de transferência par:i o JFE 1.
como mostra a figura.
A interseção resultante defíne n corrente de operação / ll\'T e a tensão de operação V, 1Q para o circuito. como
também está indicado no circuito.
VDD
1
'
Ro
,.
I t15:S
Ci
(
D
(j
i'
\ j.
(
e,
e,
V1 o
Jms
s
~
•
\'.
•
Rs
V.~
(iol)
Figura
7.2~
Duas \ersôes da configuração pona·comum.
s
)
e,
(.
D
/Cp
G
R1
+T
+
V\.\ -
--
--
lb)
- IC,n
1
..
o \'
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
364
12V
ID (mAl
lcus
l.S lcQ
RD
e,
f
D
___ ,,,
G
lcm-=12mA
~r=-6 V
Q \'
- '"= ::-
•
,.
o
\!
VG-IQ
s
1
1------oo
l
(
e,
1
\ l.3>
(/o=O m.\)
6800
R<
Figura 7.25 Oe1erminoç.ão dQ ponto Q P3f'll o circuito da
figura 7.:!4.
Figura 7. 26
\ aplicação da Lei das Tensõe1' de Kirchhoff na
malha que contém as duas fontes. o JfET e o:. reststores
R,, e R, nas figuras 7.23(a) e (b) resultam em
a) Para a CUl'"ll de transferencia, a Equação 7.23 se
tonta rr ., =O- lnR1
e
1'(;~ - - 11.,R,
Para essa equação. a origem é u1n ponto sobre a reia
de carga enquanto o outro deve ser detenninado em
um ponto arbitrário. Escolhendo /0 - 6 mA e determinando l '@ teremos o seguinte:
Subsututndo Is~ 10 , ten1os
de modo que 1 Vru =
v00 + Vss
- l rJ. Rv -r Rs)
e
j (7.26)
j
(7.27)
1 V.s =- V.s.s + lvR!> 1
(7.18)
1 Vo - Von - loRo
com
E'emplo 7.5.
11c;s = - /,Jl5
=-
4,0R \ f
A curva de t:mn:>fcn..~cia do dispositivo é 1raçada
usanJo.!.C
E E' ' PLO 7 5
Detennine os o;eguint.es par.lmetros para a configurnção
pona-comum da Figura 7.26:
al ~'e'"
e
=
I {)S)
J '~ ::
4
J (]
12 mA
- -
4
=
3 mA(em Vp/ 1)
O.liº = 0.3(-6 V)= - 1.8 V(cmJD= fr,.s.12)
A solução resultante e:
i ·~, ::-21 6
b) A partir da
e>
d) J'c;·
J (•
7.27:
liJ;J ~ 3.8 mA
lJl rJ
- 12v (3.8mA)(l.5kQ)-12V
= 6.,3 , ,
l"n =
i rlJD
f) J'!b·
Solução:
d) l'c; - O\'
Embora J'n não esteja presente nessa configuração
pon:a-comum, as equações derivadas anterionnente
ainda podem ser usada:. pela simpl~ sub:.tuwção de
1',,"" O V em cada equação na qual ela aparece.
- 1,58 \ '
f) VP.\ = J (.1- rs
C)
V
fi;;~w~a
b) 1r>-.r
~)
=-
como m<htra a Figura 7.27.
lo
C)
(6 mA)(680 Q)
JI\ - J1,R~ -
(3.8 m,\)(680 !l}
- 6,3 V - 2.58 V
= 3,72 \
5,7\'
Capítulo 7
PolarlzaçAo do FU
365
Pootu Q I oss
11'0'
~
9
o
l 'p
Fi LI" a 7.29
figura 7.2S.
-6
,
\és
Odttmmnção dl.1 pon10 Q f13r.10 cucuato d3
\'
Figura 7.27 Determinação do pomo Q ~o circuito da
(7.29)
l iou = l oss 1
figura 726.
Aplicando a Lei das Tensões de Kirchhoff:
7.6 CASO ESPECIAL: Vcso ==O V
Um circuito de valor pnióco reoorren1e por causa de
sua relativa simplicidade é a configuração da Figura 7.28.
~01e que a ligação direta d~ 1ennill3b de porta e fonte
para o terra ~-ulta e1n I', \ - O\:. Ele especillca que, para
qualquer condição CC. a tensão porta-fonte de" e ser igual
a zero "olL Isso resultará ein uma rel:l de carga vertical
em f ' r.se = O V. como mo1>tra a Figura 7.29.
Uma \CL que a curva de transfttàlcia cle um JFE: r
cruzará o eixo vertica 1c1n I ~· a corrente: de: dreno para o
Clf('UÍlO é fixada ncsM: valor.
Portanto.
o ,,
1 IJlJ
D
Va!
-
S
-Figura 7 .28 Co11figuração do caso especial J'r.."'V =O V.
J'r,o- lnR,,- Vl>S= O
e
1\.'os=
Voo -
loRo
1
(7.30)
com
j ~'o =
Vos J
(7.31)
e
, ,,.) =
o \1 1
(7.32}
7.7 MOSFETs TIPO DEPLEÇAO
As semelhança!> critre ru. CUf\'as de lr3nSfetim::ia deb
J FET~ e do> ~10SFETi. l.ip-0 <lcplcçilo permitem anál~
p::trecldas para o:. doí.!. di...,po~itivos com relação ã anãfue
CC. A principal dtl'Cn:nça entre os doi."' é o fato de que o
\10SFET tipo depleçào ap~nla pontos de operação com
valores po~íri,·os de Vc;5 e valores de lv maiores que lrh5•
\Ja verdade. paro todas as configuraçõe" disculida." até
aqui, n anâlise será a mesma se un1 JfET for substituído
por um 'vtOSF E I' ripo depleção.
A única pane da nnâtise que não foi definida COfuiste
eo1 como uaçar o gráfico da equação de Shockley para
valores posim·os de J'<.~· Pnra n região de valon.~ positivos de 1'0 e \'alares de 10 maiores que lrx..,, até que ponto
a cuna de uansferênçia se estende? Para a maioria das
sin1aç~. ~ regido será razoavelmente bem definida
pelos parâme1.ro:. do MOSFET e pela reta de polarização
resultante do c11-cu1to. Alguns exemplo> re\ clarão o impacto da mudança de tlt.!>positl\ o sobre a anAli~ re>ultanle.
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
366
APLO 7 6
Para o ~IOSFET tipo dcplcçào de canal n da Figura
1..30. detmnine:
c..(t..
11
a) /<l{J e 1 ·,~
b) ir :is·
10
9
Solução:
a) Para a curva de tmnsferência. um ponto no grãfico
e definido por 11, - 10 s.l4 - 6 mA'4 =- 1.5 mA e
I ' . - J',..2 --3 V/2 - 1,5 \ 1. Considerandoo\.alor
de J',.e o fato de n equação de ShockJey definir uma
CUJ'\a que cresce mais rapidamente a medida que
J' s :.e loma mais positiva. um ponlo no gráfu:o será
definido em i'CJ- - 1 V. A s:ubstirutção na equação
resultará em:
lp
= ll>S..'i
(
= 6mA
1-
(
l -
= 601i\(1
VGs)
Vp
1
-3
-2
-l 1
•
V"
o
1
2
+IV)~
- 3 \f
+ ~)
Figt.r, 7.31
1
Detmnin::t('ào do ponto Q para o circuito da
Figura 7.30.
=6mA<J .TI8)
= 10.67 mA
Estalx:leci:r J'cs = O V produz::
tnmsfcrcncia resuJt.antc aparec.c na Figum
7.J J. Prt>Cf.'Clendo da maneira dcscnm para os JFETs.
.\ CllJ"\-'a de
\ 'G
l5 V
lo= - =
= 21uA
Rs
750 O
temos:
f..quaçào 7.15:
\
Os ponto:> no gráfico e a reta de polariT,açào resuJ-
IOM0( J8V)
=l.SV
IOM!l + 110 f\.10
-
G -
Equação 7. 16: 1'115 = 1'0 - loRs = 1.5 V - /o( 750 Q)
Estabelecer 10 = O mA resulta L"lTl:
Vc;~ = f '<• = 1,5 \'
mnre aparecem n:i Figura 7.31 . O ponto de operação
resultam.e é dJdo por
1,70 '"' 3. l mA
J'11 X> - - 0,8 V
b) Equação 7.19:
1r1>~· l'l>l>- IJ..R0
R5 )
- 18 \ ' - (3.l mAXl.8 k!l + 750 .0)
10, J , .
=
18 V
EXEMl)L""' 7.7
Nn
1'1
L.ltO
110 M O
e••
D
llm • bm.~
e;
\~ = -3
' 0-0- - - 1 ) 1 1 - - - - + - - - C'
•
IO~tíl
1
s
l(J
7SOO
\'
o
Repita o Exemplo 7.6 com R.\ - 150 n.
Solução:
a) Os pontos no gráfico são os mesnlos paro a cuf\11
de minsferência. como moscra a f igura 7.32. Para a
reta de polarização.
r 1:3' = i - I riRs= 1.5 V - l 0 ( 150 .O)
E:.tabelece.- 10 = O mA resulta err1:
I G:' = 1.5 V
Estabelecer J as= O \ ' prodUL:
,,, =
Figura 7.30 hemplo 7.6.
l.5 V
- = 150fl = IOmA
\G
Rs
PolarlzaçAo do FU
Capítulo 7
Ro
li
62
367
"º
10
9
o•
D
!
8
7
1
1
~-- 10
=7,6 mA
)t
l o
Q
•
1,, '= mA
1;.. -8 \'
J
Ci
('
1
~
'
1
'
1 \fQ
1
1
R~
:!.-1
1
"º
1
1
1
1
1
1
1
1
-3
v,
o
-1
-2
1
1
' +0.35 '
\'<;r•
'
2
Vc;s
figura 7.33
E.~lo
7.8.
e para J'«OS > O V. Já que Vp = - 8 V. escolheremos
Figura 7.32 Exemplo 7.7.
J'c;s= +2 V
A reta de polarização ê tnclu1da na figura 7 .32.
Observe. nesse caso, que o ponto quiescente produz
uma corrente de dreno que excede 1, .i\ com um valor
posiLÍ\ o para VGs· O resuhado é:
ID\! = 7,6 m~
Vr;."' - ....o...Js ' '
(
e lo = ln:,:, 1 -
VGS
Vp
,•
)=
(
8 mA l -
-1-
2 \ ' )~-
- 8\'
= l2.5 mA
Acwva de l.l'llru.fcrência resuJtanLe apartte na l-1gura
7..34. Para a n:t.a de p<>lrui.:t..açào do circwto. cm f -c;s =
O \ '. I;, =O mA. A escolha de Vi;s = ~ V resulta cm:
b) Equnção 7.19:
1 ·~ = i '00 - IJ.R()- RJ.. )
= 18 V - (7,6 mA)(l.8 lúl + lSO !l)
= 3,18 V
10 =-
\'cs
Rs
=-
-6V
2.4 kfi
= 2.5mA
E.(8 1PLO 7.8
Determine os parâmelTQs a seguir para o circuito da
Figuro 7.33.
a) /l\J e ~ GSQ"
bl r·l>-
Solução.
a) A configuração com autopol3nl3Ção resulta em
Vc.s = - lifls
1
como obtido para n configuração com JFET. estabelecendo o foto de que l' ~ de\C' ~menor do que
7..cro 'olt. Não há, por essa razão. necessidade de
lroçar a curva de transferência para '-atores positivos
de 1' c'l· en1bora isso Lenha sido feno nessa ocasião
6
s
4
3
.J.- -- 10 Q•
p.Inl completar
a curva caractcmuca de tran..,fcrén·
eia.. Um ponto no gráfico da curva cmacteristica de
traru.ferência para VG5 < O\ é
IDSS
~ mA
lo = 4 =
-t = 2 m.'-\
e
v,.
VGs = -
2
=
- 8 \'
2
= -4V
f •7 m \
1
-.8 -7 - 6
\,.
r l9
' 7. 34
Figura 7 33.
-s -&
-3 -2 -1
o1
2
vo.ta =-4.J"
Dctcnnin:lção do ponto Q para o cimrito d3
368
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
O pon10 Q ~11lcan1e é dado por
J0 1J- 1,1 m.\
V C.VQ -'.3 \
b)
1'0 =r'oc,- lvRn
= 20 \ 1 -
(
1,7 nlA.)(6.2 l fi)
= 9.46 \ '
O e'rmplo a~ emprega wn projeto que~
•
p~ira
A
l!T.
Jf
poJe ~ aplu."ado a 1ran~1,1orcs
\ i'ta ele: pode parecer bn,tanlc: s1mplbta. m:b e
comum qw.- cau..-.c alguma contU....ão quando Mlllh...aóo pela 1nin1cira \C7 cm dccomnci:i do ponto
c.-p...""Cul de operação.
1PLO 7 9
Oc:t\.'1111~ 1"' para o circuito da 1 igura ""'.35.
5 ..cao:
•.\cone-cio dírcl.3 L"11tn: os lcnn1ruus da pona e tb fonte
•
c'tgc que:
7.8 MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO
A cun a caract®tica de transferência do MOSFET
tipo in1cns1ficação difcn: b:btanLc daquela obtida para o
J FET e para os ~10SFE 1s bpo dcplcçiio. o que resulta em
uma solução gr.ifica bem diferente daquela apresentada
alé aqui . Ante~ de quaJquer colsa. lembramos que. para
o MOSFFT tipo inten,..ificaçào de canal 11. a corrente de
dreno é igu3l a 1ero pan \"a)ore de tensão pana-fonte
menores do que o valor de limiar i ''" 1 • con10 mostra a
Figura 7 36 Para valo~ de J'<OJ maiores do que J 'Gqnl' a
correnre de dreno é definida por:
t
Uma \CZ que I',,\ está fi xo em O\. a corrente de dreno
de\ e ser 11ws (por definição). En1 outfb pala\"ras.
(7.33)
Visto que as folhas de dados geraln1ente fornecem a
h:nsào de limiar e um ' ' dor decorrente de dreno / L111·,,,,, 1(ou
11,.. , ) e um \;dor ~ndente de J',....1 , (ou f @-1).
c;ào defínído doi pontos imediatamente. como mostra
n Figura 7 36. Para completar a curva. a constante t da
Equnçào 7 33 de'\e ser detennin:ido a partir dos valor~
obtidos da folhas de dados :.ub:.tituidos na Equação 7.33
e rcsoh cndo para 1.. como indicado o seguir
Yc;~ = O\
e
/ 1'Q
- 10 mA
1o.
Ponanto. não é necessário de enhar a cun'3 de transferência. e:
l'o= l r - /rftp -20\
- :?O\' - 15 V
=5 \'
f n = Ã"f J'GS - J "G\(1111)~
, = A< J'GJll:pi•J - v,;jl 111,>:
e
(7..3-i)
(10mAXl.5Ul )
Uma ve7 que t C"'teja definido. podemo'> delennin:rr
outroc; \'alore<; de/" p;ira \'alore:-; <;efccionados de J'"'.
111 ( mA I
1, ...
•
lO V
'-...,
/0 • l( \'c.~ - '·"~n..>1
l.S k.O
, ,, 1
D
tl
G
s
"= 10 nlA
111
\~ ..
- 4 \'
1111
-
I
l p=OaA
figura 7.3S
E.'emplo 7.9.
...
,.
,...,, 1
1
'Gs~• 1..,
F1 ') L. 1' .36 Clll'a caracteruricn de lransfcrencia de um
MOSF 1::1 llpo irueni.ificaç=ão de canal"·
Capítulo 7
"onn:Umente. m11 pon10 entre 1 ~, fl> e ' '"""'·""' e outro
uo1 pouco maior do que 1'"" ..A oferecem um nún1ero
suficienle de pontos para rniçar a Equação 7.33 (observe
10 e 102 na Figura 7.36).
Configuração de polarização
com realimentação
A Figuro 7.37 mostro uma configuração de polarização bastan1e urilizadn para os ~10SFETs tipo in1e11sifkação. O resistor Ru oferece um' aJor apropriadamente
aho de tensão à porta do MOSFET para -Jigã-lo'·. Uma
'eL que /G= O1nA e v,,c.- = O \ '. o CtreUtlo CC eq111vnlcnte
tem a fonna mostrada na Figura 7.38.
Agora CXÍ."Ste uma cont.:xão ~ entre dreno e porta,
o que rc:.uJta em
e
1
Vos = i 'cl 1
PolarlzaçAo do FU
que. con1 a substituição ela Equação 7.27. transforma-se
em:
(7.36)
1 i 'c;.\ = Vvv - lo/lo 1
O resultado é uma equação que relaciona 1,, com 1', ,.
permitindo o b'<IÇ3do de ambas no n1es1no coojumo de eixos.
Uma \-e:z que a Equação 7.36 representa wna linh3 reta.
podemos empregar o mesmo procedimento descrito anteri<lrn1en1e para detenninar os dois pontos que definem o U'élÇado
no gráfico. Suhsúmindo 10 = O1nA na EquaçM 7.36. amemos:
(7.37)
Substituindo f'c;s O V na Equação 7.36. obremos:
(7.38)
(7.35)
Paro o circuito de saída.
369
O:. grafi~ definidos pelas equações 7.33 e '.36 aparecem na figura 7_39 com o ponto de operação ~ul13.nte.
-Voo
Ro
V»
'º
"º
l
o
e
Rr.
'ºo -
D
•,. o
1
G
e
Agura 7 .3 7
o
s
Conllgurnção de pol31'inçilo com
Ymmi
fíguni 7.39
Figura 7.37.
'
lé;\I
Voo
Vcs
Detmnmação do ponto Q P3l'3 o orcuito da
realimentação.
EXf ' l1PLO 7. 10
Detennine J"V e i ·t>l:Q para o MOS FET tipo intensificaÇ<io da Figura 7.-to.
Solução:
Ro
+
V.GS -
s-
Dob poocos são
definid~ unediatamence, como mosLta a figura 7..it.
RbOI\ endo para k. temos
l:.quação 7..34:
GrárH:o do curvo de transferência
k
l D1 h_t'lldol
= --------:( \ '~lipdol-Vv~fThl>2
Figura 7.38
Equivalente CC do cU"CWto d:1 f igura 7..37.
6mA
(8 V - 3 V)~"
= 0.U "
)( 10- 3
6
---- \ y 2
10- 3 A/'' 2
370
Dispositivos e!eltõnlcos e teoria de arcr.itos
12 V
lo
I',., = 10 \ ', fo= IJ .74in\
12
Rc
11
2k0
10
9
1
IOMil
v,o
f)
e;
)
º'~
1 µF
1
r
•
C;
R,
-
,
7
-- 6
- 6mi\
'..
=-
\ ~
t ,.
\'
1
1
1
1
3
2
5
1 ""
1
1
\ •ra=116 \. / =?,16mA
0
t
1
o
figura 7.40
1
.,
~
, ..
1
'
6
7
!I
1
9 10
r:,mlplo 7. 1O.
F JL
Gnifi..--o ~ cuna de U:ubfcrencia par:i o
7.41
-
t.10Sf'I:: 1 d3f11?UB 7.40.
Pani ,,GS"' 6 \ 'e entre 3 e 8 V);
/p- 0.2-t 10'(6V 3Vf-0.1.l
10 (9)
=2.16 mA
como f1lO'U'3 a Figura 7.41 Para J',il = 1O\ r (um pouco
maior do que l'c;irnu>·
'º :: 0.24 x 10 Jc 1o,, - 3 ,,.1~ =< 0.24 >< 10 'c-t9>
= 11.76 mA
como também é mo:.trado na Figura "'.41 Os qU31ro
ponto:. sJo suti..:1ence:. para traçar toda a c..m a na f:u.~a
de interesse. como 1nd1cado ne:.S3 m~ figura.
Paro o reto de pofon.zaçao do arcuito
l'cs = I n lnRn
= 12 V - /1,(1 l!l)
Equação 7.37: \ 'GS = \'oo = 12 V ln=OmA
I
•v I _ l 't>D _ 12 V _
•
Equaçno 7·-'": o - Ro
6 mA ~m--o'
2 i.n
A retn de pobrUa\;lo ~unte apar~e na l 1gura 7.42.
No ponto de openção.
li\
l 'GJQ
e
I
COTil
ruo •
12
11
10
q
8
,.~b
7
Rp
s
4
=
I 11<! 2.75 m ,\
J
'\
,
-
•
1
'
figura 7.42
'
Dc1crm1noç:10 do ponto Q para o cimiiiD da rigurn 7.40.
l,15 mA
6.4 \
I ~•\i,t - 6.4 V
Capítulo 7
PolarlzaçAo do FU
371
D-c.r.."PLO 7.11
Configuração de polarização
por di\ isor de tensao
A Figura 7.43 mostra outra configuração de polari1:1ção muito utili7iida para o ~OSFFT npo intensificação.
O fato de que t,. = O n1A resulta na eqwiçào a seguir para
J'(J(,· derivada da aplicação da regra do di' isor de tensão:
Determine /Dv J ~ e i:ru par.t o circuito da Figura 7.44.
Solução:
Circuito
Fqtmção ~.39:
( 18 M!l)(40 V)
nMn + 1srvrn
-
18 V
(7.39)
A aplicação da Lei das Tensões de Kirchhoff ao
longo da m:slba indicada na Figura 7 43 resuha cm
+Vc;- l'cs-
e
J '~ =
vG\"" f'u-
ou
O
Equação "7.40. i·c., - Jf6 - lnRs - 18 \ 1 - /p(0.82 k!l)
Quando/0 - o mA.
l 'm- 18 \'- (O mA)(0.82 k!l) =18 V
conto moSU"O a Figuro 7.45. Quando l 'r, - O\'.
l'GS- t V - / 0 (0.82 kíl)
Jn
1 Vc;s = \'e; - loJl5 I
O= 18 V - /o(0,82 k!l)
18 V
~
10 = 0.8:? L.n = 21.9) mA
(7.-lO)
Para a seção de saída,
como mostra a Figura 7.-JS .
,,«/> - l '.oo =o
I'/)" - ''•s - J',D
01~1>'.'5 lt"1"'
•
J',,.~ + VDli +
rro., -
e
ou
1 \'vs = Vvv - loJ..Rs - Rv) 1
1·,
l 11t1tp&1Qi - 3 mA con1 1·,,>t.....,1 = 10 \ '
, - 5 \ '.
Equação 7 .34·
(7.41)
\'isto que a curva carncterisrica de tr.lns ferência
representa um gráfico de 1,, \-er.sus i ·r., e a Equação 7.40
relxiona as mesmas duas vari:i\eis. as duns curvas podem ser traçadas no 01esmo gráfico e a solução pode ser
detenninada na in1erseção. Uma \el que /Pf! e J'G)e são
conhecidos. os dcn1ais parâmetroS do circuito. como Vrn,,
J n e J s· podem ser detenninados.
e
/o: t(J' , - i',1l m1)2
0.12 "' 10 1(1' 6 , - 5)2
que é O'açado no 1nesn10 gráfico (Figura 7.45). Da
Figura 7.45.
40V
Figura ... .4 3 Configuração ck polarização P« div ísor de
tensio para um
~10SFET
intC'Osificaçâo de C81131 n.
figura 7.44
E.~c:mplo7 . ll .
372
o.spos.tiws ~ettônicos e teoria de árCUÍlos
'
\.(e;
- = 21.95mA
Rs
.20 ._
/
lill 67m>\ '"""' ____
º(!
-
•
'
5
Figura 7 .45
10
15
1
20
.._..,-
Determinação do ponto Q pal'3 o cirruito do Exemplo 7.11 .
IDQ :: 6,7 mA
V GS(I =
12,.5 V
Equaç<io 7.41:
1'o- = r;11 111(R,,. + RIJ)
= -tO V - (6.7 mA)(0.82 ldl + 3.0 kn)
- .io V - 25.6 V
= 14,-4 , ,
7.9 TABELA-RESUMO
Na Tabela 7.1 ..ão revistos os principais resuh.ndos
e demonstrad:!s as semelhançac;; existentes entre ru, abordagen" para várias configurações com FET. ,\ Jéfn disso.
\'emos que. de maneira geral, a análise das configurações
CC para os FETs é bastante simples. Uma vez eslabelecida
a cun a característica de transferência. podemos desenhar
a reta de polarização do circuito e determinar o ponto Q
na interseção entre essn curva e a reta de polarização do
circuito. Para o restante da análise. simplesmenre se apli-
relações ub1izad& sào simplcsmc.."Tltc aquclru, que já cinpref.>amos c1n ma1s. de uma oca-.1ão. não havendo nccc ·sidade
de desenvolver nenhum método novo de análise.
EXEMPLO - 12
Determine a:. m\éi.s J'D e f'c para o t.;rcuito da Figura
7.46.
Solução:
eom 00.!>C nas e.-q>cri~ anu:riores. pcrccbcm05 agora
que f 'GS e um J'l3f-.Íl11CD'O importante para dett'mltllllf OU
escrever urn:i equação para a análise de cirruitos com
JFET. Como não há solução óbvia para o valor de r·'""'.
o foco pnssa a ser :i configuração do transistor. Na con-
cam as leis básicas de análise de circuito:.
G
7.1O CIRCUITOS COMBINADOS
Agora que foi estabelecida o análise CC de uma
variedade de configurações com TBJ e FET. temos a
oportunidade de analisar circuitos com o dois tipos de
disposiâ\o. Fundamencaln1cnte. para essa aoáhse é necessário apenas que seja abordado primeiro o disposiú\'o
que fornece uma tensão ou um valor de corrente em um
terminal. Então. a porta estará aberta para calculannos
oi. outro:. parâmetros de circujto e nos concenuannos
nl'b 1ni.:ógm1aS restantes. Comumente, essa situação gera
problema:. mt~rcsJ>antes devido ao dL"!>aÍIO de dc:.cobnrmos o ponto de panida e dt.-pois utilizarmo:. o:. n..~ulrado:.
das SC\-'ÔC'!. antcrion.-:. e do Capitulo 4 p3m ckLcrmínnr as
\.1lfÍlÍ\·ei:; rcltn antes para cada dispositi\o. As equações e
loss = 1!
v,.
m..\
=- 6 , .
.......... \ 'e
l MO
tJ :s 180
B
E
R,•
24ldl
Figura 7.46
1.6 kíl
E..~lo •. 12..
Capítulo 7
Tabela 7.
('onfiguraçõei. de ~ parn fET.
Tipo
1
Confi~
Equ~ pertinentes
VG~
"
=
V11\
/(,
1
1
Solução gráfica
1,,
11.'tD
l oo
~
JFETcom
pollriL:tçio ÍIJ\ a
=-
l '<N
\ '1111 - 11.,R;
~o(.> J '
~
-
f.#
·+"?:
, I''
1
~
'
(
1,,
\'
--
JFETcom
;unopolariznção
ltG
•11""
Vcs
v 1,,
= - luRs
= Von - liJ.Ro
+ R~
/f
=
Vo
·~
•
porta.çomum
R1 + R2
1
v,,s = vi>,, - /tJRo - Rs>
Vru =
V1>s
t•
•
=
+
V()()
.,.1
..
- loll!t.
v,~
- lclRn
+ R~)
.
,,_
l'-•t:PS:t
"· ,,, ''"'
1
\lc.\ =
Vl> --
-
I~,
Vos =
-luRs
I'l>D
= lo/ls
"oo - lsR:.
J'=
-,,
-'
~ ...
"'"~" {/
.....
l ,11..,
1'""
ca...0~1:t l
o \1 )
\tOSF1;-r
l'G),;i = OV
lot) -
1':-mQ
R
,e
R
ltD
'"'
R;
<e \lESFET~>
'
MOS ... ET
.G '"°
•o
li?> iuulb ific-.içcro
com oon fi~"llroçün
de pol:111zaçio com
·,;
re.ilirrlo!nta~
= .J..\ 'GG
= l'oo - loRs
Vo~
A'J
"10SFET
Vc; =
Vc;s
vl>~
=
;>\ '
ll
com pohlrizn~
por Ji\ i"lTde ten"io
~
(e ~fESFET~>
1
-
..
~
,.,.
R!\ 'oo
Ri , R1
ll: '
VG - IJl's
/
<·~
-- ,,
'~
\ (i
/f~
ft, \ 'oo
V e; - Ri + R1
v,;s =
"ª - l,fis
,
\'
.....
t,,
1 ..
P1m1
V
1
'•a
•
lt \
li
'
___
p,.fl'lO o
--
o
n
o
v,,,, ,,,
1,. i.,..i. T'
-
"'-Q
\ '~
H,,
'
' 1,,
R
= v 00 - J~Ro .:.. R~)
\'
() l
1
VG.t = l'.QI> - lr.,llo
1: •o
tipo i:ntmsi.ticaçõo
/JflS
~
te i'.\fESFET,)
\IOSFFI
'Q
o
I
V&~,
"<;
oro dcplcção
rorn polorilatj®
~,.. dj, 1-.or cJc ll:n.,cro
/ l'V:O\
i ·r
•
(e ~t.ESFET,)
/
l m,.,
'ro
-
tipo depl~ilo
com polariruç;lo íi \ll
' '<:s
,._., 'J I
t·· ..!
1.,
••
1I
,,,,
JFEI
•
• ...,
~
• 1,,
~
<Ro =O fi )
1 '~
'
f'wlhl ~ ..:[
1,
...
Jl·FI
r
R1 \'no
Vc.s = 1'a - l,,R5
J'~
""
F
t,,
,_
'
JFET
.........~ ,.,.., r
•
·
R.
•s
JFEI OOtn
pl"lariz;1çiio por
dh isor de tens.ão
'~
lfJ
.Iro
1i·(;s,., -
373
PolarlzaçAo do FU
Q
,,,
......
'(
,..,
Dísposilivos ~uõnicos e teona de orcu.tos
374
figuração por di\. isor de ten<.ào. a técnica apro'<Ílnllda
! / 11 t mA I
.
pode>erapticada(.ORt. · 180" l.6U1 :?. Ul > lOR.
=2-W U"l). pennitin<lo a detennínaçlo de J' por meio
da regra do di\ 1sor de tensão para o çit\:uito de entrnda.
1ll
Para· ~:
\'s
24kfi (16 \')
= 82 Líl + 24 J..!l
. 3 ·62 \ '
-1
Con...idere o fato de que 1 ., O. 7 \ ' resuha em
l'c"" I • - J ,.,. - 3,62 \ 1 0.7 \ '
.,9.,v
,,,. -·
..
- ti
_ •e;
.' .--.
-1
•
~·r
r·gt ··a 7 .47
r1gura 7.46.
com
_..
_,
~ ·
2 ,92 \'
- 1.825mA
kíl
1,6
e
- - ---- - - -- -
PootoQ
\
lktmni~o do p1)1llO Q p.1.ro O Ctrcwto d3
Pm-~,;uindo. dcterminruno... para e-..a configuração que
lu = 1.\ f.
1'0 = 16\'- /"(2.7kfll
= 16 \ ' (1.825 mA)(2.7 k.n1 = 16 \ '
e
E<
~.93
V
= 11.07 \ '
Aquestàodecomodetem1inar i ·, nàoétàoób,ia. Tanto
f'cc. quanto J '~ são variávei::. d~conhecidas. o que nos
impede de eswbelecer u1na relação entre 1'0 e J'< ou <le
l'c com 1·,.. t;m exame tnais dt.:tall~o da Figura 7.46
re'ela que J !>e relaciona corn 1'6 acra\é-; de 1 ~- (supondo que J ,,, - OV). U1na \ ez que a detcmün.ação <le
1'1 depcnde de JQ . poderno~ detMninar l'c a partir de
l 'c = J'a -
1..,, ~ ~ 13
Dctcnrunc J para o
Ctn'lJJto
d.i fi1gurJ 7.48.
So luç o
Nc se caso, não ho'i um mêtodo óbvio para a detenninaçiio do 'alares de tensão e corrente para a configuração do traru.tstor. l:.ntretanto, observando o JFET
autopolarizado. podema<, monwr unia equação pan
e obter o ponto quie<;eente resultante f1Qr nieio de
r·,,,
técnicas gráficas. Isto é.
l'cs=-lc.Rs=- 1 ~:?.4 kfl)
r,-.\
l\ questão que surge agora é como determinar o \-alor
de J'GSo ª partir do valor quiescente de //)o Os doi
esmo
resultando na reia de autopolarir.içào da Figura - ...t9.
que estabelece um ponto quie-.cente c1n:
i-·G.SQ= 1,4 V
l0p= 1 mA
relacionado... pela equação de Shockley:
Para o tran.,istor-,
/~
e J'GSQ pode ser detenninado matematicamente resol' cndo-~ J>313 J ~ '(J e sub tituindo-se valores numéricos.
Entretanto.' ohemos para o n1étodo gráfico e trabalhemos 'implesmente na ordem in\ ef"a Clllpfet!ada nas
'CÇÕCS anteriores As cnractcnsucas de uansferência
do JFET são esboçadas pri1neiro con10 m0:.1rn a Figuro
7 47. O ,·aJor de/'\?- /~"'- 1'"{> Í rv éentloestabelec ido
por uma reu horizontal, co1no rno~tra a mesma figura.
e ~tão determinada pelo triiçado de uma reta
I~
e
la =
lc
p
at~
= 10
= 1 m.A.
l mA
= SO -
12-'iµA
I',. = 16 \ ' - /,:4:470 Ul)
"" 16 \ ' - ( 12.5 µA)(470 kíl)
"" 10.1 :? V
e
, -e= J'o -
r;.
16 \ ' - 5.88 \ '
l'sL
= l0.12V - 0,7V
= 9.42 \
~
'cnr,.., do ponto de o peração
resultando em:
:::.1
o t'L'l(O horizontal.
7.1 l PROJETO
O \ator de 1· é dado por
I', = J'• J"c;_~Q = 3,62 V (- 3,7 \ ' )
=7.32 \ '
O processo de projeurr depende da órea de aplica-
çüo, do nt' el de amplificação de~eJndo. da intelbidade
do ::.inul e ilib conJ1çõcs de opcruçilo. A primeira etapa
Capítulo 7
e
B
s
Figura 7 .4t.
Eiternplo 7. 13.
/D
(na,\)
).; '1m
7
6
5
PolarlzaçAo do FU
375
da escolha de' alores-padrào raraniente causa problemas
no processo de projetar.
Essa é apenlb uma altema1iva para a !me de projeto
envolvendo o circuito dn Figura 7.50. É pos!>ivel que
apenas J' P'l e RP sejam especificados juntamente com
o vaJor de J ~. O dí:.po:.itivo a ser empregado ~ ser
espe<.'1ficado J1101amente co1n o valor de R 5• Parece lógico que o dc.")>O!>ill\O escolliido deva ter um l'Ds má:umo
maior do que o 'alor êSpccíjicado. com uma boa margt.'"l'Il
de scguranç-.t.
De modo geral. uma boa prática de projeto para
amplific-adores linearc~ ê escolher ponto~ de operação
distante$ do nivel de saturação (I D.'>-\ ) ou da região de corte
( Vp). \1alores de J'filV próJtin1os a V,12 ou de lut, pró'timos
de /1~.../2 são pontos interesS<Jntes para iniciar um projeto.
•
E obvio que em todo projeto deve1nos ter cuidado para
não ultrapassar os \":llores mtixi1nos de r'n, e //J fornecidos
pela folha de dados.
Os e:<emplos a seguir têm uma orientação para projeto ou síntese nos quais \11lores especifico- são fornecidos
e parãmetnh