aula 06

Aula de F540. Experimento 6
Transistor. Polarização do transistor bipolar.
Amplificador transistorizado, circuito ac e dc.
A formação da junção npn é ilustrada abaixo através de 3 barras semicondutoras, Fig.1.
Cada barrinha esta dividida em bandas de energia: banda de condução, banda proibida
(gap) e banda de Valencia. A cada barra há um fio metálico conectado no potencial de
Fermi da barra. A barra à esquerda é o Emissor, E. A do meio a base, B. A da direita o
coletor C. Para o Si o gap é de 1,1eV. A linha pontilhada indica a energia media dos
elétrons: Energia de Fermi.. Quando as barras estão em contato a energia de Fermi é a
mesma. Existe uma barreira de energia para que os elétrons passem da banda de condução
das barras n para a banda de condução da barra p. A Fig. 2 mostra VBE=0 e VCE>>0 sem
passagem de corrente. A Fig. 3 mostra VBE≅0.7V e VCE>>0V. Os elétrons são injetados na
banda de condução do Si p e rapidamente coletados pelo coletor que esta a um potencial
bem baixo gerando um intenso campo elétrico na junção base-coletor. Muito poucos
recombinam com lacunas da base p. A relação entre a corrente no coletor e da base é o
ganho de corrente do transistor: . As flechas verdes indicam a condução eletrônica.
BC
E. Fermi
VEmissor
gap
VBase
BV
p
n
VColetor
n
p
n
n
p
n
Energia=-eVCC
Fig. 1. Barras de Si N, P e N afastadas
(esquerda) e juntas (direita)
Fig.2. Polarização de VBE =0 e VCE>>0.
0 (eVolts)
VBase
-eVB (eVolts)
p
n
VColetor
-eVC (eVolts)
Fig. 3.Polarização de VBE 0,7V e VCE>>0V.
A figura 4 mostra o transistor, npn BC337 polarizado por uma rede de resistências. para
que opere como amplificador. Monte o circuito. Meça os potenciais de polarização da Base,
Coletor e Emissor. Mostre que o transistor esta polarizado como amplificador (região
ativa).
R3
1k
Q1
BC337-16
R2
4,7k
Fig. 4
R4
1k
Ch1
+ V1
10V
R8
10k
C1
1uF
C3
100uF
+
Q2
BC337-16
+
R9
100k
R6
1k
R7
4,7k
R5
1k
Ch2
+ V2
10V
R10
1k
+
R1
10k
C2
100uF
Fig. 2.
CH2
Assumindo que a corrente de base é nula, VB 3,3V ( = IC / IB 200.). Como VBE 0,7V
(junção pn polarizada diretamente) temos VE 2,6V. A corrente de emissor
IE=VE/R4 2,6mA. Como IE=IC+IB, IC IE. O potencial do coletor será: VC=V1-R3.IC=102,6=7,4V. Todos os potenciais são medidos em relação ao terra, G=ground.
Compare esses valores com suas medidas, discuta.
Parte 2
Adicione os condensadores como na figura 2. Os condensadores só permitem passagem de
corrente alternada, ac. A tensão continua fica bloqueada no condensador. Meça os
potenciais em C1, C2, C3. . Aplique um sinal senoidal aonde se indica Ch1 emeça em Ch1
(aplique um sinal senoidal de amplitude 10mV e freqüência f). Meça com o canal 2 em
Ch2. Meça o ganho de tensao do circuito: V(Ch2)/V(Ch1) para as frequencias 10, 102, 103,
104, 105Hz
Justifique suas medidas.
Leia a nota técnica anexada.
Qual a impedância de entrada vista pelo amplificador Ch1 do vertical do osciloscópio?
Qual a impedância de saída vista por Ch2?
Nota técnica:
“Desenho do circuito AC”: Condensadores na freqüência de trabalho e fontes de
tensão são curto circuito.
Ganho de corrente:
.
Entao
ou
Impedancia de entrada de um transistor:
A impedância Zb de entrada é:
(1)
A tensao
(2)
Então:
(3)
A tensão direta de polarização da
junção BE é a de um diodo PN:
(4)
Onde VT=26mV. Portanto:
(5)
Onde
(6)
Da Eq.3:
Mas
Fig. 3:
(7)
e
entao
(8)
Da Eq.7 temos
(9)
A Eq. 9 diz que mesmo com Z=0, temos uma resistência de emissor de rE :
re=26mV/2,6mA=10Ω.
Entao:
(10)
Como ≥200 temos Zb≥2KΩ.
Para f=0 (na polarização)
pois Zb≥200kΩ é geralmente muito grande (No circuito da
fig 4 Z=R4=1k).
Ganho de tensão do transistor:
=
(11)
Onde RC=R6//R7. A Eq. 11 vem de que
No caso do circuito da Fig 4, Z=10Ω e GV
e