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Disciplina: Eletrônica de potência
Professor: Celton Ribeiro Barbosa
Transistor Bipolar de potência
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Introdução• Desenvolvido na Bell
Laboratories por Shockley,Bardeen e Brattain em1947.
• Vatangens em relação á válvulas:
– Menor e mais leve;
– Não necessitava de aquecimento;
– Estrutura mais robusta e eficiente;
– Funcionava com tensões de operação mais baixas
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Construção do transistor
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• Dispositivo semicondutor com 3 camadas
Emissor
Base
Coletor
Construção do transistor
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• A camada do emissor (E) éfortemente dopada enquantoque as demais (Coletor eBase) são fracamente dopadas
• Camadas externas possuemlarguras maiores que asinternas (razão 150:1)
Operação do transistor
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Figura 6. Polarização de um transistor: (a) direta; (b) reversa
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Operação do transistor
• A corrente 𝐼𝐵 é pequena, pois acamada é muito fina e acondutividade é baixa(Resistência alta).
• Os portadores majoritários domaterial do tipo p são osminoritários do tipo n.
• A corrente de recuperaçãoreversa ( 𝐼𝑠 ) é formada porportadores minoritários;
• TODOS OS PORTADORESMINORITÁRIO NA REGIÃO DEDEPLEÇÃO ATRAVESSARÃO AJUNÇÃO POLARIZADAREVERSAMENTE DE UM DIODO
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Figura 7. Fluxo de portadoresmajoritários e minoritários de umtransistor pnp
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Operação do transistor
• Aplicando a Lei de Kirchhoffno transistor da Figura 7:
𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶• A corrente de coletor possui
2 componentes:𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑀𝑎𝑗𝑜𝑟𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑜 + 𝐼𝐶𝑂𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑜
• 𝐼𝐶𝑀𝑎𝑗𝑜𝑟𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑜 ≫ 𝐼𝐶𝑂𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑜
Figura 7. Fluxo de portadoresmajoritários e minoritários de umtransistor pnp
Configuração Base Comum
Figura 8. Notação e símbolos usados para a configuração base-comum: (a)
transistor pnp; (b) transistor npn.
9Configuração Base Comum: Parâmetros de Entrada
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Figura 9. Curvas características de
entrada ou de ponto de acionamento para
um transistor amplificador de silício em
base-comum.
Ligado quando 𝑉𝐵𝐸 ≅ 0,7 V
10Configuração Base Comum: Parâmetros de Saída
Figura 10. Curvas características de saída ou de
coletor para um transistor amplificador em base-
comum.
Alpha (𝛼): Modo CC
• Relação entre as correntes de coletor e emissor
𝛼𝐶𝐶 =𝐼𝐶𝐼𝐸
• Na prática 𝛼 está na faixa de 0,90 à 0,998
Alpha (𝛼): Modo CA
• É definido por:
𝛼𝐶𝐴 = ቤ∆𝐼𝐶∆𝐼𝐸 𝑉𝐶𝐵=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
• Na maioria dos casos 𝛼𝐶𝐶 é igual a 𝛼𝐶𝐴
Configuração Emissor Comum
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Figura 11. Notação e símbolos utilizados na configuração emissor-
comum: (a) transistor npn; (b) transistor pnp.
Configuração Emissor Comum
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Figura 12. Curvas características de um transistor de silício na
configuração emissor-comum: (a) curva característica do coletor; (b)
curva característica da base.
Beta (𝛽): Modo CC
• Relação entre as correntes de coletor e de Base
𝛽𝐶𝐶 =𝐼𝐶𝐼𝐵
• Na prática 𝛽𝐶𝐶 está na faixa de 40 à 500
• 𝛽𝐶𝐶 geralmente é descrito como ℎ𝐹𝐸nos datasheets
Beta (𝛽): Modo CA
• É definido por:
𝛽𝐶𝐴 = ቤ∆𝐼𝐶∆𝐼𝐵 𝑉𝐶𝐸=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
• Em datasheets 𝛽𝐶𝐴 é representado por ℎ𝑓𝑒
• 𝛽𝐶𝐴 e 𝛽𝐶𝐶 costumam ser bem próximos
Letras Minúsculas
Relação entre 𝛽 e 𝛼
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𝛼 =𝛽
𝛽 + 1
𝛽 =𝛼
1 − 𝛼Dedução no Quadro
Tipos de encapsulamento do transistor
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Tipos de encapsulamento do transistor
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Tipos de encapsulamento do transistor
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Transistor como chave
• 𝐼𝐶𝑆 =𝑣𝐶𝐶−𝑉𝐶𝐸_𝑠𝑎𝑡
𝑅𝐶• O valor da corrente de base
que garante operação naregião de saturação é:
𝐼𝐵𝑆 =𝐼𝐶𝑆𝛽
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Figura 16. Pontos de operação de um
transistor como chave em carga
resistiva.
Transistor como chave
• O circuito deve ser projetado pra que 𝐼𝐵 > 𝐼𝐵𝑆• Fator de sobreexcitação:
𝑂𝐷𝐹 =𝐼𝐵𝐼𝐵𝑆
• A relação 𝐼𝐶𝑆 para 𝐼𝐵 é chamado beta forçado ou 𝛽𝑓, onde:
𝛽𝑓 =𝐼𝐶𝑆𝐼𝐵
• As perdas são dadas por:𝑃𝑇 = 𝑉𝐵𝐸𝐼𝐵 + 𝑉𝐶𝐸𝐼𝐶
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Exercício 1
O transistor bipolar da Figura 17está especificado para ter 𝛽 na faixade 8 a 40. A resistência de carga é𝑅𝐶 = 11 Ω. A tensão de alimentaçãoCC é 𝑉𝐶𝐶 = 200 V e a tensão deentrada para o circuito de base é𝑉𝐵 = 10 V. Se 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡) = 1,0 V e
𝑉𝐵𝐸(𝑠𝑎𝑡) = 1,5 V, encontre (a) o valor
de 𝑅𝐵 que resulte na saturação comum fator de sobreexcitação de 5, (b)o 𝛽 forçado e (c) a perda de potência𝑃𝑇 no transistor.
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Figura 17. Circuito utilizado no
Exercício 1
24Curvas características de chaveamento
• 𝑡𝑑 - tempo de retardo;• 𝑡𝑟- tempo de subida• Carga extra na base é
chamada de carga de saturação
• 𝑡𝑠- tempo de armazenamento
• 𝑡𝑓- tempo de descida• Tempo de entrada em
condução:𝑡𝑜𝑛 = 𝑡𝑑 + 𝑡𝑟
• Tempo de desligamento:𝑡𝑜𝑓𝑓 = 𝑡𝑠 + 𝑡𝑓
Figura 18. Tempos de chaveamento de
um transistor bipolar de junção
Característica de chaveamento com carga indutiva
Figura 18. (A) Características de chaveamento do TBJ com carga indutiva e (B)
Comportamento da tensão 𝑣𝐶𝐸 e 𝑖𝐶 durante o desligamento
Curva recomendada de 𝐼𝐵 para acionamento do TBJ
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Figura 19. Curva recomendada de 𝐼𝐵 para acionamento do TBJ
Circuitos de acionamento do TBJ
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Aplicações
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Referências
BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos–11. ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013
RASHID, M. H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos eaplicações - Sâo Paulo: Makron Books, 1999.
RASHID, M. H. Power Eletrectronics Handbook. 4 ed. Florida:Elsevier, 2017.
Obrigado pela atenção