Electrónica I

IPCA-EST

Engenharia Eléctrica

ELECTRÓNICA I

Trabalho Prático 3

Transístores de Junção Bipolar

Electrónica I

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1ª Parte – Circuitos com transistores

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Os Transístores de Junção Bipolar (BJT) são dispositivos constituídos por três regiões de semicondutor

do tipo N e/ou P. Consoante a organização interna das regiões de semicondutor, os transístores podem

ser do tipo NPN ou PNP. Os BJTs têm três terminais externos que se designam por Colector, Base e

Emissor. Em função das condições de polarização, o transístor pode funcionar em quatro regiões: corte,

saturação, zona activa directa e zona activa inversa. Quando polarizados para funcionar na zona activa

directa, a corrente do Colector tem um comportamento linear dado por:

Para a realização de amplificadores, o transístor deve funcionar na zona activa directa e, de modo a

maximizar a gama dinâmica, o ponto de funcionamento em repouso deve ser equidistante das zonas em

que se verifica distorção, ou seja, as zonas de corte e saturação. Uma regra prática de dimensionamento

consiste em estabelecer a tensão entre o Colector e o Emissor com um valor aproximadamente igual a

metade do valor de tensão de polarização, ou seja,

Para garantir a linearidade do funcionamento deve verificar-se:

OBJECTIVOS

Este trabalho prático permitirá que os alunos adquiram as seguintes competências:

Como se polariza um transístor;

Determinar, num determinado circuito, os estados de condução de um transístor e o

seu comportamento em cada estado;

O funcionamento de um transístor como comutador;

Porque é utilizada a saturação forte;

Como levar o transístor à saturação forte;

Diferenças existentes entre uma fonte ideal de tensão e uma fonte real de tensão;

Calcular a potência dissipada numa resistência (para qualquer tipo de sinal);

Calcular o ganho de potência;

Identificar montagens Emissor Comum e Colector Comum.

Estabilização do ponto de funcionamento de um transístor através da resistência de

emissor;

Configurações Emissor Comum e Seguidor de Emissor:

o Cálculo do ganho de tensão;

o Relação de fase entre a saída e a entrada;

o Influência da resistência ligada ao emissor (RE) no ganho da montagem;

O papel dos condensadores de acoplamento e de derivação;

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MATERIAL

Osciloscópio duplo traço

Multímetro Digital

Resistências: 1kΩ; 10KΩ; 330kΩ; 220Ω; 4,7KΩ; 100Ω; 470Ω

Potenciometro 10K

Transístor: 2 - BC547C, 1 - BC557

Led

Condensador: 2 - 0,1µF

DURAÇÃO

5 aulas

TRABALHO PREPARATÓRIO

Todas as fases do trabalho devem ser simuladas com o software Multisim e realizadas antes

das aulas práticas, assim como, todos os calculos necessários à realização do trabalho.

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PROCEDIMENTOS

1ª aula

Polarização do transístor

1. Analise o seguinte circuito.

IB

IC

VBE

VCE

1.1 Monte o circuito da figura.

1.2 De que tipo é o transístor utilizado?

1.3 Faça as medidas necessárias e preencha a tabela.

1.4 O que conclui quanto ao estado de condução do transístor?

2. Substitua a resistência de 10kΩ por uma 330kΩ e repita o procedimento anterior.

2.1 Preencha a tabela.

2.2 Qual o estado de condução do transístor?

2.3 Como procederia para levar o transístor ao corte?

3. O circuito da figura difere do anterior apenas no tipo de

transístor utilizado.

3.1 Qual é agora o tipo de transístor?

3.2 Monte o circuito da figura.

3.3 Proceda de modo idêntico ao das alíneas anteriores, preencha as

tabelas seguintes.

(para RB=10KΩ)

IB

IC

VBE

VCE

(para RB=330KΩ)

IB

IC

VBE

VCE

R11k

R210k

10V

IB

IC

VBE

VCE

R31k

R410k

-10V

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3.4 Qual o estado de condução do transístor para cada caso?

3.5 Como procederia para levar o transístor ao corte?

2ª aula

Funcionamento do transístor como comutador

4. Indique o modo de funcionamento dos transístores da figura seguinte, de modo a que a

analogia sugerida seja válida. Preencha os espaços indicados na figura com um conjunto

coerente de valores de tensão e corrente.

5. Monte o circuito da figura, e aplique à sua entrada uma onda quadrada com 5V de

amplitude e 1kHz de frequência.

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5.1 Visualize os sinais na entrada e na saída e registe-os no gráfico.

5.2 Qual a configuração utilizada na montagem?

5.3 Que diferença observa entre a entrada e a saída?

5.4 Indique sobre o gráfico qual ou quais os modos de funcionamento do transístor.

6. Monte o circuito da figura seguinte. Note que a restência está ligada em série com o emissor

do transístor e que o gerador é aplicado à base.

6.1 Qual a configuração utilizada na montagem?

6.2 Que diferença observa entre as formas de onda à

entrada (base) e na saída (emissor)?

6.3 Qual a intensidade da corrente quando o transístor

conduz?

6.4 Qual é a potência dissipada na resistência?

6.5 Relativamente à montagem anterior, de quanto foi o ganho de potência?

Papel da corrente de base no estado de condução do transístor de junção

7. Monte o circuito da figura. Note que pode ajustar a corrente de colector do transístor

(repare no brilho do LED), controlado a corrente de base por intermédio do potenciómetro.

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IB VBE IC VCE G=IC/IB

0 A

7.1 Após efectuar as medidas e os cálculos necessários, preencha a tabela anterior.

7.2 Qual o valor da corrente de base quando o cursor do pontenciómetro está em X?

7.3 Quando é que o transístor se encontra aproximadamente ao corte?

7.4 Para que valores da corrente de base é que o transístor funciona na zona activa?

7.5 Quando é que o transístor se encontra saturado?

7.6 Diga, justificando, se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas:

o Quando funciona na zona activa, o transístor comporta-se como um dispositivo linear,

uma vez que o ganho DC em corrente se mantem constante.

o Na saturação, a corrente no colector é limitada apenas pela resistência de 220Ω.

3ª aula

8. Monte o circuito da figura

8.1 Ajuste o potenciómetro de modo a que VCE 5V. Espere que

os valores de VCE e IC estabilizem e registe-os.

8.2 Substitua o transístor utilizado por outro com a mesma

referência e meça de novo VCE e IC.

8.3 Que conclui quanto à estabilidade do ponto de

funcionamento?

8.4 Coloque um dedo sobre a caixa do transístor e mantenha-o

assim durante algum tempo, ao mesmo tempo que observa o que

se passa com o valor de VCE. Que conclui quanto à estabilidade

do ponto de funcionamento?

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9. Coloque entre o emissor e a massa uma resistência uma resistência de 1kΩ (ver figura

seguinte).

9.1 Utilizando o potenciómetro, faça de novo VCE 5V. Espere que

os valores de VC e IC estabilizem e registe-os.

9.2 Substitua o transistor pelo que utilizou em primeiro lugar e

meça de novo IC e VC.

9.3 Compare os dois circuitos (com e sem resistência de emissor)

em termos de estabilidade do ponto de funcionamento.

4ª aula

Funcionamento do transístor como amplificador

10. Ajuste o potenciómetro na montagem da figura seguinte, de forma a que VCE 5V.

10.1 Registe os valores da tensão no colector e na base.

10.2 Aplique à base do transístor, através de um condensador de 1µF, um sinal com 0.2Vpp e

1KHz.

10.3 Registe as formas de onda à entrada e à saída do circuito.

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10.4 Qual a relação de fase entre a saída e a entrada?

10.5 Quais os valores médios das tensões no colector e na base?

10.6 Qual o ganho Av da montagem?

10.7 Os valores medidos estão de acordo com os que esperava?

11. Varie a amplitude do sinal aplicado à entrada.

11.1 Calcule o ganho em tensão (vo/vi) para os valores de vi indicados na tabela.

vi(Vpp) vo(Vpp) vo/vi

1.0

0.5

0.2

2.5

11.2 Registe as formas de onda à entrada e à saída quando vi=2.5Vpp.

11.3 Indique, sobre o gráfico, as situações em que o transístor está no corte e na saturação.

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5ª aula

12. Substitua RE por uma resistência de 470Ω e faça de novo VCE=5V.

12.1 Proceda do mesmo modo que em 13, preencha agora a seguinte tabela.

vi(Vpp) vo(Vpp) vo/vi

1.0

0.5

0.2

2.5

12.2 Que nota de novo, relativamente à montagem anterior? Que pode concluir?

13. Na montagem da figura seguinte ajuste a entrada até ter 0.2 Vpp. Coloque em série com a

saída um condensador de 0.1µF.

13.1 Que nota de novo?

13.2 Transfira a saída do circuito do colector para o emissor (figura seguinte). Que nota de

novo, relativamente à configuração anterior?

13.3 Variando a amplitude do sinal colocado à entrada, calcule o ganho em tensão da

montagem.

vi(Vpp) vo(Vpp) vo/vi

1.0

0.5

0.2

2.5

13.4 Que conclui quanto ao ganho em tensão da montagem?

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14. Substitua a resistência de 1kΩ por uma de 470Ω e repita o procedimento anterior.

14.1 Preencha a tabela.

vi(Vpp) vo(Vpp) vo/vi

1.0

0.5

0.2

2.5

14.2 Que conclui quanto ao modo como é possível variar o ganho em tensão da montagem?