Transistores Bipolares

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