Introdução Teórica aula 9: Transistores

EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Introdução Teórica aula 9: Transistores Definição de Transistores de Junção Bipolar Os Transistores de Junção Bipolar (TJB) são dispositivos não-­‐lineares de 3 terminais construídos com base em duas junções PN: Os TJBs podem ser de 2 tipos (NPN ou PNP): Transistor do tipo N PN Transistor do tipo P NP Tal como os diodos, os transistores são fabricados com materiais semiconductores, normalmente o silício. Emissor e coletor não devem ser trocados entre si. Aplicação das Leis de Kirchhoff nos TJBs Os sentidos indicados para as tensões e correntes nos TJBs são os sentidos convencionais (ou sentidos positivos). 1/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Aplicação das Leis de Kirchhoff nos TJBs Modo de
operação
Polarização
da junção BE
Polarização
da junção BC
Aplicação
típica
Corte
Inversa
Inversa
Portas lógicas
Zona Ativa
Direta
Inversa
Amplificadores
Saturação
Direta
Direta
Portas lógicas
Polarização direta: “diodo” em condução (VD=VON). Polarização inversa: “diodo” cortado (VD < VON). Características na Zona Ativa Esquema equivalente de um transistor na zona ativa: Todas estas equações são validas apenas na zona ativa. 2/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Equações A curva característica VCE-­‐IC do TJB: 3/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC 4/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Roteiro laboratório aula 9: Transistores Objetivos •
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Introduzir conceitos básicos sobre transistores (transistor bipolar de junção) Aprender a montar circuitos com transistores Observar o funcionamento do transistor como chave Lista de material •
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Osciloscópio, gerador de sinais e multímetro Resistores de diversos valores Transistores BC546 ou equivalente Roteiro da experiência 1) Considere o circuito abaixo, onde VCC = 5V e RC = 1kΩ. VCC
RC
RB
A T1
a) Identifique no circuito acima os 3 terminais do transistor: base (B), emissor (E), coletor (C). Rotule também as tensões VBE (base-­‐emissor) e VCE (coletor-­‐emissor), assim como as tensões 𝑉!! (queda de tensão no resistor RB) e 𝑉!! (queda de tensão no resistor RC). b) Monte o circuito, usando RB = 10kΩ. c) Varie o resistor RB (utilizando também os valores de 470kΩ e 1MΩ ) e preencha a tabela 1. (Obs: tome cuidado para não confundir 𝑉!! com VBE, ou 𝑉!! com VCE.) Considere também o caso (última linha da tabela) em que o terminal A de RB é desconectado da fonte e ligado diretamente ao terra (VBE = 0). d) Baseado nos resultados acima, identifique na tabela 1 as situações nas quais o transistor está cortado, saturado ou na região ativa. e) Estime o valor de β (ganho de corrente). (Dica: lembre que, na região ativa, 𝐼! ≈ 𝛽𝐼! .) 2) Considere o circuito abaixo, onde RC = 220Ω, RB = 10kΩ e VCC = 5V. a) Monte o circuito. A tensão produzida pelo gerador de sinais (VG1) deve ser uma onda quadrada com Vmin = -­‐5V e Vmax = 5V e frequência de 10Hz. 5/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC VCC
RB
RB
T1
+
LED2
RC
LED1
RC
T2
VG1
b) Explique por que os LEDs piscam. Para construir sua explicação, siga os passos a seguir: i) Considere um dos semiciclos da tensão no gerador de sinais; ii) Determine se o transistor T1 está cortado ou saturado; iii) Substitua T1 por um modelo equivalente; iv) Determine se o transistor T2 está cortado ou saturado; v) Substitua T2 por um modelo equivalente; vi) Repita para o outro semiciclo de tensão. (Dica: para analisar o que acontece com o primeiro LED, é suficiente considerar o segundo RB como um circuito aberto; esta aproximação é válida pois RB possui um valor relativamente alto, e portanto a corrente que o atravessa é muito pequena comparada com a corrente mínima de funcionamento do LED.) 6/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Aluno(a): ______________________________________________________. Turma: ______________________ Matrícula: _______________________ Data: _____/_____/__________ Nota: ________________________ Tabela 1
IB = 𝑉!! /RB VBE IC = 𝑉!! /RC VCE Região RB = 10kΩ RB = 470kΩ RB = 1MΩ VBE = 0V 0A Questão 1.e)
Questão 2.b)
7/8 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 9 EEL/CTC/UFSC Questão de preparação Discorra sobre a história do transistor e a importância dessa descoberta na engenharia. 8/8