UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO PROFESSOR: DAVI BIBIANO BRITO

LABORATÓRIO VIII

Aula Transistores como chave Disciplina Laboratório de Eletrônica

Alunos:____________________________________________________________________________ I) Objetivo Verificar, experimentalmente, o funcionamento de um transistor como chave. II) Teoria

Conforme a polarização, um transistor pode operar em três regiões distintas, sendo a de corte, a ativa e a de saturação. Na região ativa, o transistor é utilizado, com a devida polarização, como amplificador. Nas regiões de corte e saturação, é utilizado como chave, ou seja, serve apenas para comutação, conduzindo ou não. Nesta situação, o transistor é utilizado, principalmente, no campo da eletrônica digital, sendo célula básica de uma série de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados.

Na figura 8.1, temos a curva da corrente de coletor em função da corrente de base, mostrando o corte, a saturação e a região ativa

Figura 8.1 – Característica IC=β(IB).

Notamos que, se trabalharmos com uma

corrente de base menor ou igual a zero, o transistor opera na região de corte, ou seja, a corrente de coletor será nula. Se trabalharmos com uma corrente de base entre zero e um valor limite (IBSat), opera na região ativa, ou seja, com uma corrente de coletor, conforme o valor de β (IC=β.IB). Para uma corrente de base acima de IBSat opera na região de saturação, ou sela, circula pelo coletor uma corrente limite (ICSat), imposta de acordo com a polarização.

Estas mesmas condições podem ser observadas na característica IC = f (VCE) do transistor, em que também podemos

representar a reta de carga de um circuito de polarização. A figura 8.2 mostra essa característica, bem como a reta de carga.

Figura 8.2 – Característica IC=f(VCE).

A reta de carga é obtida a partir da

equação da malha de saída do circuito de polarização. No caso para fins de chaveamento, utilizaremos o circuito de corrente de base constante. Escrevendo a equação da malha, temos:

𝑉!! = 𝑅!𝐼! + 𝑉!"

onde: 𝑉!" = 𝑉!! − 𝑅!𝐼!

Fazendo IC = 0, temos

𝑉!" = 𝑉!! Fazendo VCE = 0, temos

𝐼! =𝑉!!𝑅!

Para fins e amplificação, o ponto de

trabalho será́ localizado na região ativa. Em operação como chave, o ponto será localizado na região de corte ou na região de saturação (áreas hachuradas da característica, IC = f(VCE) da figura 8.2).

Transistor como Chave

Objetivo .a Verificar, experimente, o funcionamento de um transistor como chave.

Teoria I

Conforme a polarização, um transistor pode operar em três regióes distintas, sendo a de corte, a ativa e a de saturação. Na região ativa, o transistor é utilizado, com a devida polari- zação, como amplificador. Nas regióes de corte e saturação, é utilizado como chave, ou seja, serve apenas para comutação, conduzindo ou não. Nesta situação, o transistor é utilizado, principalmente, no campo da eletrônica digital, sendo célula básica de uma série de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados.

Na figura 48.1, temos a curva da corrente de coletor em função da corrente de base, mostrando o corte, a saturação e a região ativa.

Figura 48.1 .Característica I, = f(lB).

Notamos que, se trabalharmos com uma corrente de base menor ou igual a zero, o transistor opera na região de corte, ou seja, a corrente de coletor será nula. Se trabalharmos com uma corrente de base entre zero e um valor limite (I, ,,), opera na região ativa, ou seja, com uma corrente de coletor, conforme o valor de p (I, =p.l,). Para uma corrente de base acima de I, ,,, opera na região de saturação, ou sela, circula pelo coletor uma corrente limite (I, ,,), imposta de acordo com a polarização.

Transistor como Chave 281

Estas mesmas condições podem ser Saturação observadas na característica I, = f (Vc,) do transistor, em que também podemos repre- sentar a reta de carga de um circuito de polarização. A figura 48.2 mostra essa ca- racterística, bem como a reta de carga.

Figura 48.2 - Característica I, : f (VCE).

A reta de carga é obtida a partir da equação da malha de saída do circuito de polarização. No caso para fins de chaveamento, utilizaremos o circuito de corrente de base constante. Escrevendo a equação da malha, temos:

onde:

fazendo: I, = 0, temos: V,, = V, ( I von to da reta)

fazendo: V. =O, temos: ",c I, = - (290nto da reta) Rc

Para fins e amplificação, o ponto de trabalho será localizado na região ativa. Em operação como chave, o ponto será localizado na região de corte ou na região de saturação (áreas hachuradas da característica I, = f(V,,) da figura 48.2).

O circuito da figura 48.3 mostra a configuraçáo básica de um transistor operando como uma chave.

Figura 48.3 -Transistor operando como chave.

Para o transistor operar na situação de corte, ou seja, como chave aberta, é necessário que o potencial V, seja menor que V,, ou nulo. Nesta situação, não circulará corrente de coletor, sendo V, igual a V,.

282 Laboratório de Eletricidade e Eletrônica

O circuito da figura 8.3 mostra a configuração básica de um transistor operando como uma chave.

Figura 8.3 – Transistor operando como chave.

Para o transistor operar na situação de

corte, ou seja, como chave aberta, é necessário que o potencial VE seja menor que VBE ou nulo. Nesta situação, não circulará corrente de coletor, sendo VS igual a VCC.

Para o transistor operar na situação de saturação, ou seja, como chave fechada, é necessário que o potencial VE seja maior que VBE, dependendo do dimensionamento de RB. Nesta situação, a corrente de coletor será a máxima possível, conforme o valor de RC, sendo VS igual a VCESat (no máximo 0,3V).

Dimensionando RC e RB, para a saturação do transistor, temos: 1. Calculo de RC

𝑅! =𝑉!! − 𝑉!!"#$

𝐼!

2. Calculo de IBSat

𝐼!"#$ =𝐼!𝛽!"#

,  

𝑒𝑚  𝑞𝑢𝑒  𝛽!"# = 10 (𝑝𝑖𝑜𝑟  𝑐𝑎𝑠𝑜  𝑝𝑜𝑠𝑠í𝑣𝑒𝑙  𝑑𝑒  𝛽  𝑝𝑎𝑟𝑎  𝑔𝑎𝑟𝑎𝑛𝑡𝑖𝑟𝑎  𝑑𝑒  𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎çã𝑜) 3. Calculo de RB

𝑅! =𝑉! − 𝑉!"𝐼!"#$

𝑠𝑒  𝑉! = 𝑉!!

𝑅! =𝑉!! − 𝑉!"𝐼!"#$

Para exemplificar podemos, vamos

dimensionar RC e RB para que o circuito da figura 8.4, estando a chave S na posição 1, sature o transistor , acendendo o led (diodo emissor de luz), na posição 2 corte o transistor, mantendo o led apagado.

Figura 8.3 – Transistor operando como chave

acionando um led.

Dados do TR: Dados do led Projeto βSat = 10 VL= 1,7V VCC = 12V VBE = 0,7 V IL = 20 mA VCE Sat= 0,3V 1. Calculo de RC

𝑅! =𝑉!! − 𝑉!"#$% − 𝑉!

𝐼!=12 − 0,3 − 1,7

20𝑚= 500Ω

𝑅!  !"#$!"# = 470Ω 2. Calculo de IBSat

𝐼!"#$ =𝐼!𝛽!"#

=  20𝑚10

= 2𝑚𝐴

3. Calculo de RC

𝑅! =𝑉!! − 𝑉!"𝐼!"#$

=12 − 0,72𝑚

= 5,6𝑘Ω

𝑅!  !"#$!"# = 5,6𝑘Ω

I) Material Experimental

• Transistores: BC548 ou equivalente; • Fonte CC variável; • Multímetro; • Resistores: 470Ω e 5,6kΩ. • LED: FLV 110.

II) Simbologia

Estas mesmas condições podem ser Saturação observadas na característica I, = f (Vc,) do transistor, em que também podemos repre- sentar a reta de carga de um circuito de polarização. A figura 48.2 mostra essa ca- racterística, bem como a reta de carga.

Figura 48.2 - Característica I, : f (VCE).

A reta de carga é obtida a partir da equação da malha de saída do circuito de polarização. No caso para fins de chaveamento, utilizaremos o circuito de corrente de base constante. Escrevendo a equação da malha, temos:

onde:

fazendo: I, = 0, temos: V,, = V, ( I von to da reta)

fazendo: V. =O, temos: ",c I, = - (290nto da reta) Rc

Para fins e amplificação, o ponto de trabalho será localizado na região ativa. Em operação como chave, o ponto será localizado na região de corte ou na região de saturação (áreas hachuradas da característica I, = f(V,,) da figura 48.2).

O circuito da figura 48.3 mostra a configuraçáo básica de um transistor operando como uma chave.

Figura 48.3 -Transistor operando como chave.

Para o transistor operar na situação de corte, ou seja, como chave aberta, é necessário que o potencial V, seja menor que V,, ou nulo. Nesta situação, não circulará corrente de coletor, sendo V, igual a V,.

282 Laboratório de Eletricidade e Eletrônica

2) Cálculo de IB,, :

1, - 20.10-~ 'E sat =-- = 2mA 1 o

3) Cálculo de R,:

Material ~x~erimentall I

-o Fonte variável. -o Resistor: 47051 e 5,6KQ. -o Transistor: BC548 ou equivalente.

Led: FLV 110. -o Multímetro.

Simbologia

Parte Prática I ) Monte o circuito da figura 48.5.

Figura 48.5

III) Parte Prática 1. Monte o circuito da figura 8.5.

Figura 8.5

2. Com a chave na posição 1, meça e anote no quadro 8.1 os valores de IB, IC, IE, VBE e VCE. Repita

as medições com a chave na posição 2, anotando os valores no mesmo quadro.

Quadro 8.1

Chave S IB IC VBE VCE Pos 1 Pos 2

IV) Exercíco

1. No circuito da figura 8.5, modifique a posição do led para acender quando a chave S for

comutada para a posição 2 e apagar na posição 1.

2. No circuito da figura 8.6, sabendo que todos os resistores de base estão dimensionados para a saturação dos transistores, preencha o quadro 8.2, indicando a situação do led em função da posição das chaves S1 e S2.

Figura 8.6

Quadro 8.2

S1 S2 LED 1 1 1 2 2 1 2 2

2) Cálculo de IB,, :

1, - 20.10-~ 'E sat =-- = 2mA 1 o

3) Cálculo de R,:

Material ~x~erimentall I

-o Fonte variável. -o Resistor: 47051 e 5,6KQ. -o Transistor: BC548 ou equivalente.

Led: FLV 110. -o Multímetro.

Simbologia

Parte Prática I ) Monte o circuito da figura 48.5.

Figura 48.5 2) Com a chave na posição 1, meça e anote no quadro 48.1 os valores de I,, I,, V,, e V,,.

Repita as mediçóes com a chave na posição 2, anotando os valores no mesmo quadro.

Quadro 48.1

1) No circuito da figura 48.5, modifique a posição do led para acender quando a chave S for comutada para a posição 2 e apagar na posição 1.

Chave S

pos 1 pos 2

2) No circuito da figura 48.6, sabendo que todos os resistores de base estão dimensionados para a saturação dos transistores, preencha o quadro 48.2, indicando a situação do led em função da posição das chaves S, e S,.

b IB

Figura 48.6

Quadro 48.2

"BE

Transistor como Chave 285

"c,

3. Dimensione RB e RC para o circuito da figura 8.7 de tal forma a saturar o transistor na mudança de nível conforme a característica da tensão de entrada.

Dados do TR: Dados do Projeto βSat = 10 IC = 10mA VBE = 0,7 V VCE Sat= 0,3V

Dimensione R, e R, para o circuito da figura 48.7 de tal mudança de nível, conforme a característica da tensão de

Dados do TR.: V& = 0,N

'QV psa=10

VCEsat = 0 3

E r-, ----

t (ms) Figura 48.7

fonna a saturar o entrada.

Dados do p I, =IOmA