ELT313_Lab5r

Laboratório N o 5
ELT 211/313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I
ELT 211/313 – LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I
leituras na polarização direta. Outros testes mais
confiáveis serão apresentados futuramente.
ENGENHARIA ELÉTRICA / ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Para confirmar, devemos aplicar o mesmo
teste entre o coletor e o emissor. Deverá indicar
ABERTO (Over Load) nos dois sentidos.
Laboratório No 5: Transistor Bipolar de Junção – BJT
Disciplina
Turma P
Lab / Bancada
Matricula
Data
Nome
Nota
Se o multímetro tiver a função hFE podemos
verificar o ganho de corrente que este transistor
proporciona. Preste muita atenção na polaridade
do transistor (se NPN ou PNP) e nos terminais
(E, B e C).
Assinatura
Para polarizar a junção diretamente, aplicamos tensão positiva (ponta de prova vermelha –
V/Ω) na camada P e tensão negativa (ponta de
prova preta - COM) na camada N, ou seja, positivo na base do transistor NPN e negativo no
transistor PNP.
TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO – BJT
Existem dois tipos de transistores bipolares
de junção – BJT: NPN e PNP.
Estes transistores possuem três terminais,
Emissor (E), Base (B) e Coletor (C).
Os dois terminais principais, terminais de potência, são o emissor e o coletor. O terceiro terminal, a base, de baixa potência, é o terminal de
controle.
Dispositivos semicondutores de silício de três
terminais, como os transistores bipolares npn e
pnp, são designados por 2NXXX.
A Figura 1 apresenta o desenho da estrutura,
o símbolo e o modelo dos transistores bipolares.
A principal característica de um transistor é a
capacidade de controlar grandes correntes (entre
coletor e emissor) através pequenas correntes
(entre base e emissor). Este fator de amplificação varia entre 20 e 400.
A seta, que representa o emissor no símbolo
do transistor, indica o sentido da corrente convencional (positiva) para as duas correntes, a
principal que circula entre o coletor e o emissor,
e a de controle, que circula entre a base e o emissor.
A junção do emissor opera diretamente polarizada e apresenta, nestas condições, uma queda de tensão (barreira potencial) entre 0,5 e 0,8
V.
Quando esta junção está polarizada reversamente o transistor não conduz e dizemos que o
transistor está “cortado” ou na região de corte. O
transistor opera como chave aberta. A máxima
tensão reversa que esta junção suporta é de aproximadamente 7V.
A junção do coletor opera normalmente na
polarização reversa e suporta a tensão especificada do transistor (40, 100, 400V). Nesta junção
é dissipada quase que a totalidade da potência
dissipada internamente no transistor.
Podemos testar a integridade das duas junções do transistor da mesma forma que testamos um diodo. Na escala apropriada para teste
de diodos, polarizando diretamente a junção, o
multímetro indicará um valor entre 0,5 e 0,8. Polarizando reversamente a junção o multímetro
indicará aberto ou Over Load.
UNIFEI - IEE/DON
Kazuo Nakasshima & Egon Luiz Muller
A principal função de um transistor é permitir
que um sinal de pequena potência ligado na base do transistor possa controlar a potência muito
maior numa carga instalada ou no coletor ou no
emissor do transistor.
O circuito apresentado na Figura 2 é utilizado
para controlar a potência na carga constituída
pelo resistor Rc e pelo diodo emissor de luz LED.
O LED foi utilizado para podermos visualizar o
controle da potência.
VCC
Rc
1k
CH2
2N3904
Emissor
N
P
N
Coletor
Base
Vi
2N3904 (NPN)
direto
reverso
emissor B-E
coletor B-C
hFE
Com alguma prática poderemos identificar
qual das duas junções é o emissor, apenas pela
pequena e sutil diferença existente entre as duas
27
VB
2N3904
Rb
100k
Figura 2- Amplificador transistorizado.
P
N
P
Coletor
E B C
Base
2N3906 (PNP)
direto
reverso
emissor B-E
coletor B-C
A energia (ou potência) fornecida pela fonte
de tensão contínua Vcc é controlada pelo transistor obedecendo ao sinal fornecido pelo gerador de funções Vi.
Neste circuito, para ponto de operação
VCE=6,5V e IC=6,5mA, o gerador de sinais Vi
gastará 0,218 mW para controlar 55 mW na carga. Este ganho de potência G=Po/Pi é a grande
diferença entre um amplificador e um simples
transformador, onde não existe ganho de potência.
G= 55mW/218µW= 252
**
**Curiosidade: Aparentemente a junção do
emissor é igual à junção do coletor. Poderíamos
pensar erroneamente em inverter o coletor em
relação ao emissor. Fazendo isso no teste de hFE
percebemos a diferença, hFE muito menor (além
de suportar tensão menor, o transistor não funcionará adequadamente).
Verificaremos ainda que quase toda potência
envolvida neste sistema é fornecida pela fonte
de alimentação Vcc, Pcc=97 mW. Uma parte da
potência é fornecida à carga, Po=55 mW, e a outra parte é dissipada no transistor e desperdiçada na forma de calor, Pd=42 mW. Desta forma é
definido outro parâmetro importante num amplificador, eficiência ou rendimento.
η ≅ Po/Pcc=55mW/97mW=0.56 ou 56%.
28
LED
VC
GND/OSC
**
2N3906
hFE
+15V
GND/GF
C-E
Emissor
VD
CH1
E B C
C-E
1 - TESTE DE TRANSISTOR BIPOLAR
Figura 1- Transistores NPN e PNP
2 - MODO DE OPERAÇÃO CONTÍNUO
UNIFEI-IESTI:
Montar o circuito apresentado na Figura 2 em
um Proto Board.
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Procure manter a disposição dos componentes conforme o diagrama esquemático.
Utilize um dos barramentos (uma fileira da régua estreita do proto board na parte de baixo do
circuito) como linha de terra e outro barramento,
na parte de cima do circuito, como +Vcc.
OBS. Se o transistor não entrar na região de saturação devido ao baixo valor de hFE do transistor, instalar outro resistor de 100kΩ em paralelo
à RB. Considere este novo valor de RB=50kΩ nos
cálculos.
O anodo (+) do LED é facilmente identificável
(terminal maior / placa interna menor). Se tiver
dúvida utilize o multímetro para testar o LED. Durante a polarização direta (+ no anodo) o LED
acenderá e a queda de tensão será aproximadamente 2V (3V nos LED’s de alto brilho).
Utilize um cabo paralelo banana-jacaré para
ligar o +Vcc no circuito.
Utilize o Gerador de Funções como uma segunda Fonte de Tensão Contínua Ajustável.
Ajuste o gerador de funções GF para gerar
onda quadrada em 1kHz, OFF SET ajustável
(puxar o botão) e amplitude ZERO (ou quase).
Ligar o osciloscópio conforme indicado na
Figura 2.
CH1:
CH2:
HOR:
GND:
Variar o OFF SET do gerador de funções de
forma que Vi (CH1) varie entre -5V e +10V.
Observe que a luz emitida pelo LED aumenta
quando aumentamos Vi.
Devido à queda de tensão na carga, em particular no resistor Rc, a tensão no coletor do transistor Vc diminui com o aumento de corrente.
Podemos constatar através de CH2 que esta
tensão varia entre 13V e zero.
Ajuste Vi para um valor abaixo de zero (entre
0 e -5V). O transistor está na região de CORTE e o LED estará totalmente apagado. A
tensão no coletor do transistor é 13V devido à
queda de tensão de 2V provocada pelo LED.
A Tabela 1 contém os valores estimativos.
Ajuste Vi para +10V. Observe que a tensão
no transistor é aproximadamente zero. O
transistor está na região de SATURAÇÃO e o
LED estará com emissão máxima. Provavelmente esta condição foi atingida com Vi menor que +10V.
UNIFEI-IESTI:
hFE =
0V
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.2mSEC/DIV
Figura 3- Oscilograma Modo Contínuo.
O controle da potência é feito mudando a relação entre o tempo ON e o tempo OFF. A relação entre o tempo ON e o período T=ON+OFF é
denominado ciclo de trabalho ou Duty Cycle .
d=TON/T
Esta técnica de controle é conhecida como
“Modulação em Largura de Pulso” ou PWM (Pulse Width Modulation).
Medir a tensão nos resistores para calcular o
valor da corrente: IC=VRc/RC e IB=VRb/RB
mA
IB
mA
-
Po
Pi
Po
η=
Pcc
V
IC
hFE
-
corte
VCC
VD
VC
Vi
VB
V(Rb)
V(Rc)
V(LED)
Vce=VC
Vbe=VB
Ic
Ib
PCC
P(Rc)
P(LED)
PO
PQ
Pi
hFE
G
η
-
Ajuste Vi até que a tensão no transistor fique
em 6,5V (VC=6,5V). O LED estará brilhando
com intensidade menor.
Calcular o ganho de corrente deste transistor
hFE = IC / IB
Verificamos nesta experiência que:
1) O rendimento deste circuito é muito baixo,
boa parte da potência é dissipada e desperdiçada no transistor;
2) Quando o transistor está na região de corte a
dissipação no transistor é praticamente nula
(neste caso o rendimento é irrelevante);
3) Quando o transistor está saturado, a potência
dissipada no transistor é muito baixa (aproximadamente 2,6mW), uma vez que a tensão
de saturação do transistor é baixa, aproximadamente 0,2V neste transistor.
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15
15
13
-5
-5
0
0
2
13
-5
0
0
0
0
0
0
0
0
-
sat
15
8,5
6,5
5,08
0,75
4,33
6,5
2,0
6,5
075
6,5
43
97,50
42,25
13,00
55,25
42,25
0,218
150
253
0,56
15
2,2
0,2
10
0,75
9,25
12,8
2,0
0,2
075
12,8
92,5
192,0
163,8
25,6
189,4
2,56
0,925
138*
204,8
0,986
V
CH1
0V
V
CH2
mA
µA
mW
Os valores apresentados na Tabela 1 foram estimados considerando V(LED)=2V, Vbe=0,75V,
Vce-sat=0,2V e hFE=150.
29
30
Aumente a amplitude da tensão do Gerador
de Funções gradativamente até que o transistor entre em corte e saturação. Ajuste o
Off Set do gerador de funções se necessário.
Observando VC através de CH2 do osciloscópio, a onda quadrada terá o mínimo aproximadamente em zero (ou Vce-sat) e máximo em aproximadamente 13V (ou VCC-VLED).
Tabela 1- Valores Estimativos
sat
6,5
VCE
Ic
Ib
G=
Vi=-2V e Vc=+13V.
Mudar as chaves AC-GND-DC dos dois canais para GND, posicionar o traço de CH1 no
centro da tela e o traço de CH2 no primeiro
traço inferior. Voltar as chaves para posição
DC.
Ligar a fonte Vcc (pre-ajustado em 15V).
Quando a chave estiver aberta (transistor em
corte ou off) a potência na carga será zero e
quando a chave estiver fechada (transistor saturado ou on) a potência na carga será a máxima
(ou de pico).
P ( Rc) = Rc * I c2
corte
Uma outra forma de controlar a potência na
carga é operar o transistor como CHAVE.
Vo = V ( Rc) + V ( LED )
Pi = Vi * Ib
P ( LED ) = V ( LED ) * Ic
0V
5V/DIV, DC, 0V no centro
5V/DIV, DC, 0V abaixo
0.2ms/DIV
Aterrado
3- MODO DE OPERAÇÃO CHAVEADO
V ( Rc)
Rc
V ( Rb)
Ib =
Rb
Pcc = Vcc * Ic
Ic =
P (Q) = Pd = Vce * Ic
Po = Vo * Ic = P ( Rc) + P ( LED )
CH1
CH2
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UNIFEI-IESTI:
0V
CH1:5V/DIV
CH2:5V/DIV
H:0.2mSEC/DIV
Figura 4- Oscilograma Modo Chaveado d=0,5
A potência no LED praticamente não alterou,
aproximadamente 13 mW médio, porém, a potência dissipada no transistor caiu drasticamente,
de 42,25 mW para 1,28 mW médio (2,56 mW durante 50% do tempo).
Apesar da mesma potência média dissipada
no LED, o brilho no regime pulsado é muito maior devido ao maior potência luminosa do pulso e
devido ao efeito da persistência da retina do olho
humano.
Durante a saturação, a potência dissipada na
carga é aproximadamente 192mW. Como esta
potência é dissipada em apenas 50% do tempo
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(d=0.5), a potência média na carga será aproximadamente 95mW. Ligeiramente menor que a
potência fornecida pela fonte Vcc (Pcc=96mW)
O cálculo da potência para forma de onda
pulsada é mais complicado. No resistor a potência é proporcional ao quadrado do valor eficaz da
corrente, enquanto que na fonte contínua Vcc e
no LED (se considerarmos queda de tensão
constante) a potência é proporcional ao valor
médio da corrente.
Valores estimativos
Os valores apresentados a seguir foram estimados considerando V(LED)=2V, Vbe=0,75V ,
Vce-sat=0,2V
hFE=150
d
Ic
Ib
PCC
PRc
PLED
PO
PQ
Pi
P (Vcc) = Vcc * I C ( Ave )
Para medir corretamente o valor eficaz de
tensão ou corrente não senoidal necessitaremos
de um multímetro True RMS.
2
2
V RMS = Vdc
+ Vac
Controle no modo chaveado
Alterando o ciclo de trabalho, alteramos a potência média dissipada pela carga.
P(av) = d * P( pico)
Os valores de potência podem ser calculados
com os resultados encontrados na condição SATURADO e em função do ciclo de trabalho.
Ajuste o DUTY do gerador de funções. Ajuste
o ciclo de trabalho para 0.2 (baixa potência)
e depois para 0.8 (alta potência). Consulte o
manual de operações do gerador de funções.
η
mA
µA
UNIFEI-IESTI:
5Vpp
6Vdc
Um circuito transistorizado deve ser analisado
pelo lado da potência (circuito do coletor) e pelo
lado da polarização (circuito da base).
mW
Ave
0V
CH1:5V/DIV
CH2:5V/DIV
H:0.5mSEC/DIV
Figura 6 - Amplificador
Figura 8 - Circuito
Analisando o circuito do coletor observamos
um circuito Thevenin:
VTh=VCC
0V
Outra grande aplicação do transistor é como
amplificador. Um amplificador linear aumenta a
amplitude de tensão e corrente sem provocar
distorção.
A reta de carga é definida pela tensão e resistência Thevenin, VTh e RTh.
0V
Ajuste a amplitude em 5 Vpp e verifique que a
tensão de saída, Vc, é uma senoidal maior e
com fase invertida. Calcule o ganho de tensão.
Desloque o “ponto de operação quiescente”
do transistor atuando no OFF SET do gerador de funções.
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31
Sobrepondo a curva característica do transistor, a curva Ic vs. Vce, e a reta de carga conseguimos determinar “ponto de operação” do transistor.
CH1: V/DIV CH2: V/DIV H: SEC/DIV
SENO
Para que o transistor opere como amplificador
é necessário que o mesmo opere na “região ativa” ou seja, em um ponto entre o “corte” e a “saturação”. Isto significa que o transistor deve ser
“polarizado” antes que o sinal a ser amplificado
seja aplicado no transistor.
Mude a forma de onda do gerador de funções
para SENO e ajuste o OFF SET até que a
tensão no coletor seja aproximadamente
Vc=6,5Vdc.
RTh=RC.
Na saída deste circuito Thevenin está o transistor (VCE) conduzindo uma corrente (IC).
corte
4 - AMPLIFICADOR
H:0.2mSEC/DIV
Figura 5- Oscilograma Modo Chaveado d=0,2
1kHz
5 - RETA DE CARGA (DC)
0V
Em um amplificador esta componente contínua conhecido como “Ponto de Operação Quiescente” é proporcionado pelo “Circuito de Polarização”.
CH2:5V/DIV
SENO
SENO 1kHz 5Vpp 2.5Vdc
0V
CH1:5V/DIV
Valores Médios (Ave)
0,2
0,5
0,8
2,56
6,4 10,24
18,5
46
74
38,4 96,0 153,6
32,7 81,9 131,0
5,12 12,8 20,5
37,9 94,7 151,5
0,51 1,28 2,05
0,18 0,46 0,74
98,6 98,6 98,6
Este exemplo mostrou como podemos aumentar a eficiência dos equipamentos eletrônicos através do chaveamento. Uma fonte de tensão linear de ±15V(DC) e 1A, ou seja, 30W, tem
o mesmo tamanho e peso de uma fonte chaveada de 300W utilizada nos microcomputadores.
0V
Observe que o sinal de saída ficará distorcido
se o transistor não for polarizado adequadamente, ou seja, se ficar polarizado próximo do corte e
próximo da saturação.
Tabela 2- Valores Estimativos para Controle
Chaveado PWM
P ( Rc) = Rc * I C2 ( RMS )
Além disso, para os multímetros que utilizam
acoplamento ac nas escalas AC, precisaremos
fazer mais uma conta. Devemos medir a tensão
nas escalas DC (Vdc) e depois na escala AC
(Vac).
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1kHz
5Vpp
10Vdc
No circuito apresentado na Figura 8 podemos
equacionar:
VCC = VCE + RC .I C
IC =
0V
que é a equação de uma reta cuja inclinação é
definida pela resistência Rc. Dois pontos desta
reta são:
saturação
0V
CH1:
VCE = VCC
V/DIV
CH2:
V/DIV
H:
SEC/DIV
Figura 7- Amplificador. a) Próximo do corte
b) Próximo da saturação
Substitua RB para 10k, diminua a amplitude
de Vi e calcule o ganho de tensão.
RB
100kΩ
10kΩ
1kΩ
IC =
VCC
RC
p / IC = 0 (corte)
p / VCE = 0 ( saturaçao)
Ajustando a corrente de polarização, corrente
na Base do transistor, o ponto de operação do
transistor (Vce, Ic) deslocará sobre a reta de
carga, desde o corte até a saturação.
A Figura 9 apresenta o gráfico da reta de carga e o gráfico do balanço de potência.
Av=Vo/Vi
32
VCC − VCE
RC
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Tabela 3 - Reta de Carga
PCC = VCC .IC
VBB
PQ = VCE .IC
PO =
VB
VC
RB=
VCE
IC
IB
hFE
Desenhar a reta de carga no gráfico da Figura 11 (Y=IC e X=VCE) e a curva hFE x IC no
gráfico da Figura 12 (X=IC)
-10
RC .I C2
-8
15mA
-6
IC
-4
10m
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-2
6 - CURVA CARACTERÍSTICA - IC x VCE
Para obter a curva do coletor é necessário
manter a corrente na Base (IB) constante, variar
a tensão entre Coletor e Emissor (VCE) e medir a
corrente no coletor (IC), como mostra a Figura
13. Observe que necessitamos de duas fontes
de alimentação CC positiva ajustável. Podemos
utilizar o gerador de funções com ajuste de OFF
SET como VBB.
VCC
5m
1
10
5
300
VCE 15V
RC
1k
2
3
15V
4
mW
Pcc
200
mA IC
5
6
Po
VBB
7
100
PQ
Figura 11- Reta de carga IC VsxVCE
8
5
10
VCE 15V
Figura 9 - Reta de carga e Balanço de potência.
Observe no circuito da Figura 8 que necessitamos de duas fontes positivas independentes.
Podemos utilizar o gerador de funções com ajuste de nível CC (off set) como VBB ou utilizar um
potenciômetro com mostra o circuito alternativo
da Figura 10.
Para evitar a utilização do multímetro na escala amperimétrica mediremos apenas o potencial em 4 pontos do circuito, todos em relação à
LINHA de TERRA. Os demais valores (correntes,
potência e ganho) serão calculados.
Ajuste VBB entre -10 e +10V.
Medir VB e VC e calcular os demais valores.
Preencha a tabela 3.
100k
10
Figura 13 – Circuito para obtenção das curvas do
coletor.
1) A tensão de avalanche da junção do emissor
é aproximadamente 7V,
15mA
2) Os valores de IC e VCE obedecem a equação
da “Reta de Carga DC”.
IC
3) O ganho de corrente hFE do transistor
aumenta com o aumento da corrente de
coletor IC.
10m
5m
VCC = 15V
VCC =10V
VCC = 5V
5
10
VCE 15V
Figura 14 – Curva característica do coletor – Rc
fixo e Vcc variável.
Para manter Ib constante, imune à variação
de VBE, que pode variar entre 0,6 e 0,8V, recomendamos trabalhar com maior valor de VBB
possível.
Figura 12- hFE x IC
OBS. Se o transistor não entrar na região de saturação, instalar outro resistor de 100kΩ em paralelo à Rb. Considerar este novo valor de
Rb=50kΩ no cálculo de IB.
CORTE
Uma corrente de 100uA produzida por uma
fonte de 10,7V associada a uma resistência de
100 kΩ é mais estável do que 100uA produzida
por uma fonte de 1,7V e resistência de 10kΩ.
SATURAÇÃO
VCE
Figura 10 – Circuito alternativo
IC
UNIFEI-IESTI:
VC
VB
9
Observerve que:
Medições
RB
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33
34
UNIFEI-IESTI:
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Na ausência de uma fonte DC ajustável,
recomendamos o circuito alternativo apresentado
na Figura 15.
VBB=VCC
RB
20uA
50uA
100uA
VCE
IC
IC
IC
0
0
0
0
OBJETIVOS
O objetivo desta aula é verificar a estabilidade
do ponto de operação de vários circuitos de polarização do transistor bipolar.
A estabilidade do ponto de operação pode ser
verificada variando-se a temperatura do transistor ou trocando o transistor ou comparando o resultado de medição de outras equipes.
0,2
15V
RC2
10k
750k
IB
0,1
150k
300k
7 - CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
Tabela 4
VCC
RC1
1k
0,3
0,4
VC
VB
Para obter uma variação mais ampla no hFE
do transistor sugerimos a utilização do 2N3904
(hFE=100) e BC547 (hFE=300)
0,5
IC
1
Os circuitos seguintes foram projetados para
que apresentassem o ponto de operação mais
próximo um do outro.
2
3
4
Figura 15 – Circuito alternativo para obtenção das
curvas do coletor.
VCE (Q) ≅ k VCC
6
Usando osciloscópio
I C (Q) ≅ (1 − k )
7
Podemos observar a curva característica de
um transistor através do osciloscópio operando
no modo X-Y como mostra a Figura 18.
8
1kΩ
10m
9
CH1
10
1,5kΩ
5m
VCE 15V
Figura 16 – Curva característica do coletor – Vcc
fixo e Rc variável. Reta de carga ajustável.
5
10
13
OSC
GND/GF Isolado
mA
Medir ou calcular IC. IC = V(RC1) / RC1
Preencher a Tabela 4.
Desenhar a curva Ic= f(Vce) num gráfico
15x15cm. X=VCE e Y=IC
2
3
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller
VCE
IC
VCE
IC
V
mA
V
mA
4
Isolar o GND do gerador de funções
Ajuste o gerador de sinais para uma onda triangular com 10 VPP e nível DC de 5 V (use o
offset DC do gerador de sinais) e conecte o
osciloscópio como indicado.
hFE=300
1
Figura 18- Circuito para observação da curva IC
x VCE através do osciloscópio.
6
ENSAIO
Neste ensaio evitaremos, sempre que
possível, a utilização da escala amperimétrica do
multímetro. As correntes serão calculadas
através da diferença de potencial em uma
resistência.
OBS. Concentrar as medições no cotovelo da
curva e espaçar as medições na região de corrente constante.
UNIFEI-IESTI:
hFE=100
CH2(-)
IB = V(RB) / RB
Ajustar VCE atuando em VCC.
Calcular o ponto de operação do transistor
de cada circuito considerando hFE=100 e 300
e indicar o circuito mais estável.
circuito
Ajustar IB atuando no Off Set do gerador de
funções que deve estar com amplitude zerada (ou mínima). Medir a tensão em RB.
1k
15
IC = V(R) / R
GND
V
0 < k <1
Tabela 5
12
14
Na ausência de um segundo multímetro,
utilizado como amperímetro, meça a tensão no
resistor R e calcule o valor da corrente
VCC
( RC + R E )
CÁLCULOS PRELIMINARES
R B = 300k
11
3kΩ
Figura 17 – Curva característica do coletor.
5
15mA
IC
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35
36
UNIFEI-IESTI:
Medir VCC, VC, VE e VB e calcular os demais
valores.
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller
Laboratório N o 5
ELT 211/313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I
7.1- POLARIZAÇÃO FIXA DA BASE
RB
7.2 - POLARIZAÇÃO COM REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DO EMISSOR
RC
1k
RB
300k
300k
VCC
200
VB
VB
RC
1k
Laboratório N o 5
ELT 211/313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I
7.3- POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO E
ALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DO EMISSOR
RB1
10k
VCC
15V
VC
VB
RC
1k
VC
RE-
7.4- CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DO EMISSOR
VCC
RC
1k
VCC
15V
15V
VC
VB
15V
VC
RB
10k
VE
VE
RB2
2k
RE
200
VE
15V
RE
2k
RE
200
VEE
Circuito 1- Polarização fixa.
Circuito 2 - Polarização estável do emissor.
VCC
VC
VE
VB
VCE
IC
IB
hFE
VCE=VC-VE
IC=(VCC-VC)/RC
IB=(VCC-VB)/RB
hFE=IC/IB
IC-SAT=15/1k2=12.5mA
Circuito 3- Polarização por divisor de tensão.
VCC
VC
VE
VB
VCC
VC
VE
VB
VCC
VC
VE
VB
VCE
IC
IB
hFE
VCE
IC
IB
hFE
VCE
IC
IB
hFE
VCE=VC-VE
IC=(VCC-VC)/RC
IB=(VCC-VB)/RB
hFE=IC/IB
IC =
V -V
IC = h FE BB BE
RB
VCE=VC-VE
IC=(VCC-VC)/RC
IB=((VCC -VB)/RB1)-(VB/RB2) ***
hFE=IC/IB
VCE=VC-VE
IC=(VCC-VC)/RC
IB= -VB/RB
IE=IC+IB
hFE=IC/IB
ICsat= 30V/(1k+2k)= 10mA
VCC -VBE
RB
h FE
Este circuito de polarização é o mais simples
de todos, porém o menos estável. Observe a
grande variação do ponto de operação.
Circuito 4- Polarização do Emissor
IC(Q)=
+ RE
IC(Q)=
Este circuito é mais estável que o anterior.
Quanto maior for a resistência RE melhor será a
estabilidade do ponto de operação.
A melhoria da estabilidade do ponto de operação não foi expressiva devido ao baixo valor de
RE. Faça uma análise para RE=1kΩ.
***Este valor de IB é muito impreciso. Uma
imprecisão de 5% nos resistores RB1 e RB2 provocará um erro de aproximadamente 30µA na
avaliação de IB, cujo valor deve estar entre 50 e
150µA. Ou seja, um erro de 5% na resistência
poderá provocar um erro de 50% na estimativa
de IB.
Nos circuitos anteriores a imprecisão de 5%
nestes resistores provoca um erro de 5% na avaliação de IB.
No circuito 4 a resistência RE foi aumentada
mas para isso foi necessário adicionar uma fonte
VEE. Quanto maior RE maior será VEE.
O circuito 3 com VCC=30V, RB1= RB2=20k e
RE=2k tem desempenho semelhante ao circuito
4.
Estamos na situação onde devemos utilizar o
multímetro na escala amperimétrica para fazer a
medição direta da corrente IB.
UNIFEI-IESTI:
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller
37
38
UNIFEI-IESTI:
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller
Laboratório N o 5
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7.5 - CIRCUITO EQUIVALENTE
Os circuitos 1, 2, 3 e 4 apresentam o mesmo
circuito equivalente.
7.6 - POLARIZAÇÃO COM REALIMENTAÇÃO DE
SÃO DO COLETOR.
RC
VCC
RB
VCC
15V
Para descobrir qual terminal é o COLETOR e
qual terminal é o EMISSOR com um multímetro
que não tenha a função hFE devemos proceder o
teste da “lambidinha”.
Uma vez determinada a polaridade do transistor, NPN ou PNP, após uma rodada de medições
utilizando a função DIODO, utilizamos a função
OHMIMETRO entre o suposto coletor e o suposto emissor.
VE
RE
200
VE
VBB
Circuito 6- Polarização com realimentação de
tensão do coletor.
IC =
VCC
VC
VE
VB
RB
Se os terminais estiverem corretos, ao instalarmos um resistor entre a base e o coletor, o
transistor entrará em condução e o multímetro
indicará baixa resistência.
+ RE
IC
VCE
IB
V/Ω
RE=0
VCE=VC-VE
IC=(VCC-VC)/RC - IB
IB=(VC-VB)/RB
hFE=IC/IB
RC=1,2k
VBB=VCC,
circuito 2
RB
h FE
RB=RB1//RB2
RE=200
RC=1k
VCC= VCC + VEE =30V
VBB= -VEE
RE=2k
RC=1k
A estabilidade do ponto de operação é inversamente proporcional à relação entre os resistores RB e RE, ou seja, quanto menor a relação RB
/RE maior a estabilidade.
No circuito 4, para diminuir a resistência RB
foi necessário diminuir VBB através do divisor resistivo RB1 e RB2.
UNIFEI-IESTI:
IC =
VCC -VBE
- COM
b) Alta - Alta
Figura A1.1- Teste para identificação do terminal
Emissor do transistor NPN
+ (R C + R E )
Este circuito PREFERENCIAL apresenta: 1)
boa estabilidade do ponto de operação devido à
realimentação negativa proporcionada pela resistência Rb entre o coletor e a base do transistor,
2) menor consumo de corrente para polarização
3) menor número de resistores e 3) permite ajuste do ganho de tensão através do ajuste de RE
sem alteração significativa do ponto de operação
quiescente.
Num amplificador esta realimentação negativa
para corrente alternada poderá ser bloqueada
através de um desacoplamento capacitivo.
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller
Figura A1.4 - Teste para identificação do terminal
Emissor do transistor PNP.
Ω
- COM
a) Alta - Baixa (conduz)
VBB=(RB2/(RB1+RB2))VCC
circuito 4
Figura A1.3 - Teste para identificação do terminal Emissor do transistor NPN
V/Ω
Ω
RE=200
RC=1k.
circuto 3
Um segundo procedimento mais trabalhoso,
uma vez que necessita de uma fonte de tensão
maior que 9V, é levar a junção do emissor à região de avalanche que é de aproximadamente 7
V.
hFE
VBB=VCC,
circuito 1
ATENÇÃO: O multímetro analógico fornece
tensão negativa no borne V/Ω (+) em relação ao
borne COM(-), levando freqüentemente a conclusões equivocadas.
Se os terminais estiverem invertidos o transistor não conduzirá e o multímetro não acusará
nenhuma alteração.
VBB -VBE
h FE
O resistor de 300kΩ pode ser substituído pelo
dedo ligeiramente umedecido com saliva , para
diminuir a resistência, daí o termo “lambidinha”.
Aplicando uma tensão positiva produzida pelo
OHMIMETRO (Terminal V/Ω) no suposto coletor
NPN e negativa (terminal COMM) no suposto
emissor, o multímetro indicará OL (alta resistência).
RE
Circuito 5 - Circuito Equivalente.
ANEXO 1: TESTE ADICIONAL
Após uma série de medições é possível determinar a polaridade do transistor (NPN ou
PNP) e qual o terminal é a BASE.
VC
VB
VC
VB
RC
1k
RB
150k
TEN-
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Para o transistor PNP devemos aplicar tensão
negativa no Coletor.
Ω
Ω
V/Ω
V/Ω
Figura A3.2- Teste para identificação do terminal
Emissor do transistor PNP.
Itajubá, MG, dezenbro de 2014
39
40
UNIFEI-IESTI:
Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller