Transistores Bipolares
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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Laboratório de Eletrônica I – 3° Ano de Engenharia 1 Capítulo 2 – Transistores Bipolares (BJT) CAPÍTULO 2 TRANSISTORES BIPOLARES (BJT) INTRODUÇÃO O transistor é o componente mais importante do mundo da eletrônica, serviu de base para impulsionar a explosão tecnológica, na área da eletrônica e da informática, da segunda metade do século XX. Este capítulo propõe experiências para fixar os conceitos básicos sobre transistores. As experiências poderão ser realizadas com a utilização do Módulo Universal 2000, que facilita a montagem de circuitos e ajuda ao aprendizado das principais características que envolvem o uso dos transistores. Os circuitos propostos são simples, podem ser manuseados e modificados com facilidade, de maneira a observar as particularidades e as condições de funcionamento do transistor bipolar, nos diferentes modos de polarização, cujos detalhes podem ser encontrados nos procedimentos experimentais. OBJETIVO • Identificar o tipo de transistor, PNP ou NPN com ajuda de um multímetro. • Identificar os pinos: base, emissor e coletor do transistor bipolar. • Mostrar o funcionamento do transistor como chave. • Mostrar as características de operação como fonte de corrente. • Verificar o ganho β DC (hFE) do transistor. • Mostrar as características dos diferentes circuitos de polarização de transistores MATERIAL NECESSÁRIO • Módulo Universal 2000 • Placa de experiências CEB-02 • Multímetro (digital ou analógico) • Transistores (listado na descrição da experiência 1) • Fonte de Alimentação DC ajustável de 0 – 30 V e 0 – 3 A • Resistência de fio de 10 Ω, 50 W. • Cabos banana jacaré • Transistor BC548 • Resistor de 1 kΩ, 1/8 W • Resistor de 470 kΩ, 1/8 W Datapool Eletrônica Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombari - 2009 ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Laboratório de Eletrônica I – 3° Ano de Engenharia 2 Capítulo 2 – Transistores Bipolares (BJT) EXPERIÊNCIA 1: IDENTIFICAÇÃO DO TIPO DE TRANSISTOR E DOS PINOS CORRESPONDENTES LISTA DE COMPONENTES: • Transistores: BC 548, BC 558, BD 233, BD 234 ou equivalentes. • Outros transistores (opcional). PROCEDIMENTO 1. Colocar o multímetro na escala de 10 KΩ ou mais, se for analógico. Se o multímetro for digital, provavelmente deve possuir uma escala para medir barreira de potencial de diodos, selecionar esta escala. Nessa situação, nos terminais do multímetro tem-se uma tensão DC suficiente para polarizar diretamente um diodo. 2. Considerar o transistor como uma aproximação do modelo mostrado na figura 1.1. Figura. 1.1 – Modelo aproximado para identificar tipo de transistor. 3. Medir os valores da resistência direta e reversa dos “diodos” base-emissor e base-coletor segundo o modelo da figura 1.1. Identificar se o transistor é PNP ou NPN, lembrando que a resistência do diodo reversamente polarizado deve ser de pelo menos 1000 vezes o valor da resistência da polarização direta. A resistência entre coletor e emissor deve ser extremamente grande com qualquer polarização (da ordem de centenas de MΩ). Caso estiver usando um multímetro digital na escala para medir diodos, na polarização direta o multímetro deve indicar o valor da barreira de potencial (tipicamente em torno de 600 mV para os transistores bipolares – BJT's); e na polarização reversa deve indicar circuito aberto. 4. Para identificar qual o coletor e qual o emissor, compara-se os valores das resistências medidas. O valor da resistência base-coletor deve ser ligeiramente menor do que aresistência base-emissor. No caso do multímetro digital, é o valor da barreira de potencial que deve ser Datapool Eletrônica Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombari - 2009 3 ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Laboratório de Eletrônica I – 3° Ano de Engenharia Capítulo 2 – Transistores Bipolares (BJT) menor (prestar atenção, pois a diferença é bem pequena). Esta diferença se deve ao maior índice de dopagem da junção do coletor. OBS.: Durante a medição, evitar qualquer contato da mão com as pontas de provas, pois a resistência do corpo pode interferir na leitura do valor de resistência. Qualquer leitura de resistência que não esteja de acordo com o modelo representativo, pode estar indicando um transistor defeituoso. VERIFICAÇÃO DO GANHO DC DO TRANSISTOR 5. Desligar o Módulo Universal 2000 e instalar a placa CEB-02 no Slot E ou F. Colocar as chaves Ch2, Ch3 e Ch4 do DIP SWITCH localizado na placa, na posição fechada (ON) e as demais chaves na posição aberta. O circuito equivalente, nestas condições, é o da figura 1.2 seguinte: Figura 1.2 – Circuito para observar as características de transferência. 6. Ligar o módulo e com o multímetro medir e anotar os seguintes parâmetros: VBE (PT1-PT3) e VCE (PT2-PT3) VBE = 7. IC = VCE = Calcular: IB, IC e βDC: 12 − VCE = R2 [mA] IB = 12 − VBE = R4 [ µA] β DC = iC = iB [ganho em CC] 8. Para o circuito da figura 1.2, calcular os extremos superior e inferior da reta de carga. Traçar esta reta de carga na curva característica do transistor abaixo, indicando todos os seus parâmetros. 9. Na reta de carga traçada, indicar o ponto de operação (ponto Q) do transistor. Datapool Eletrônica Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombari - 2009 4 ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Laboratório de Eletrônica I – 3° Ano de Engenharia Capítulo 2 – Transistores Bipolares (BJT) Ic Vce Figura 1.3 – Curva Característica do Transistor para traçar a Reta de Carga VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR COM A TEMPERATURA. A estabilidade de um sistema é a medida da sensibilidade de um circuito à variação dos seus parâmetros. Em qualquer amplificador que empregue o transistor, a corrente de coletor é sensível a cada um dos seguintes parâmetros: β aumenta com o aumento da temperatura. VBE diminui cerca de 7,5 mV por grau Celsius (ºC) de aumento na temperatura. ICO (corrente de saturação reversa): dobra de valor para cada 10º C de aumento de temperatura. A experiência consiste em fazer uma observação qualitativa do efeito da temperatura sobre alguns parâmetros do transistor quando este está exposto à variações de temperatura. 10. Montar o circuito da figura 1.4 no prot o board e se necessitar mudar o valor de R1 de forma que VCE fique próximo de 6 V. +12 V R1 470 ΚΩ B (PT1) R2 1 kΩ C Q1 BC 548 E Figura 1.4 – Circuito para verificação da variação dos parâmetros com a variação da temperatura 11. Medir e anotar os valores de VCE, VBE e VR1 na tabela 1. Datapool Eletrônica Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombari - 2009 ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Laboratório de Eletrônica I – 3° Ano de Engenharia 5 Capítulo 2 – Transistores Bipolares (BJT) 12. Regular a fonte de alimentação para 10 V de saída e a corrente limitada em 1,2 A. 13. Alimentar a resistência de 10 Ω com 10 V. Aviso: Não segure diretamente sobre a resistência pois o efeito joule causado a etapa 13, pode provocar queimaduras se exposto a qualquer parte do corpo humano. 14. Colocar uma das extremidades da resistência em volta do transistor sobre verificação (a resistência tem o núcleo vazado e esse procedimento simula um forno). 15. Fazer circular o ar do interior da resistência na direção do transistor e para isso, sopre um pequeno fluxo de ar pela outra extremidade da resistência. 16. Medir novamente os valores de VCE, VBE e VR1 e anotar na tabela 1 tabela – 1 valores de medição dos parâmetros dos transistores. Parâmetros Valores com temperatura Valores com o transistor ambiente ( _____ ºC) aquecido. VCE VBE VR1 17. Calcular o hFE em temperatura ambiente e aquecido e a relação dos valores de hFE. 18. Calcular aproximadamente a temperatura a qual o transistor foi exposto usando para tanto, o critério da variação de VBE. 19. Comentar sobre as variações dos parâmetros observados e se os valores encontrados são coerentes com as informações teóricas. Lembrar que é um teste qualitativo e que a precisão é baixa. DISCUSSÃO No circuito da Figura 1.2, se a tensão da base variar ligeiramente para cima e para baixo de VBB , a corrente IB variará. Essa variação de IB será transferida para IC multiplicado por β DC. Em conseqüência, a tensão VCE também sofrerá a mesma variação em forma amplificada (o ponto Q percorre acima da reta de carga). Desta forma, no transistor acontece o “milagre” da amplificação que é a base de toda a tecnologia eletrônica transistorizada. Os fabricantes fornecem o valor de βDC dentro de uma faixa em que pode variar, geralmente com a denominação de hFE . De fato, βDC varia bastante de um transistor para outro, o que cria uma dificuldade na hora de projetar um circuito, pois este deve atender a todos os possíveis valores do Ganho DC definidos no catálogo do fabricante, para poder garantir um bom funcionamento do circuito, mesmo quando o transistor for substituído por outro de ganho diferente. Datapool Eletrônica Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombari - 2009
