ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO

Faculdades de Engenharia de Resende

Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica

RELATÓRIO DE ELETRÔNICA I

VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR

COM A TEMPERATURA. TRANSISTOR COMO CHAVE E FONTE DE

CORRENTE.

BIANCA AZEVEDO SALGADO 14270053

LUIZ FERNANDO RIBAS MONTEIRO 13270022

LUIZ GUILHERME RODRIGUES 14270088

RESENDE

2015

BIANCA AZEVEDO SALGADO 14270053

LUIZ FERNANDO RIBAS MONTEIRO 13270022

LUIZ GUILHERME RODRIGUES 14270088

EXPERIÊNCIA 06

VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR

COM A TEMPERATURA. TRANSISTOR COMO CHAVE E FONTE DE

CORRENTE.

Relatório apresentado à Associação Educacional Dom

Bosco, Faculdade de Engenharia de Resende, como

elemento de avaliação parcial da disciplina Eletrônica I,

no 3° ano do curso de Engenharia Elétrica/Eletrônica.

Orientador (a): Professora Bruna Tavares.

RESENDE

05 de Agosto de 2015

RESUMO

. Com o passar dos anos, a indústria dos dispositivos semicondutores foi crescendo e

desenvolvendo componentes e circuitos cada vez mais complexos, a base de diodos. Em

1948, na Bell Telefone, um grupo de pesquisadores, liderados por Shockley, apresentou um

dispositivo formado por três camadas de material semicondutor com tipos alternados, ou seja,

um dispositivo com duas junções. O dispositivo recebeu o nome de transistor. Neste relatório

falaremos sobre a influência da temperatura nos parâmetros do transistor. Poderia se pensar

que o problema de temperatura é facilmente contornável, bastando retirar o aparelho que

contenha semicondutores da região que se tem uma temperatura diferente da sua temperatura

de operação. Porém não é tão fácil quanto parece, pois podemos usar como exemplo a Nasa

ao enviar um robô para o espaço como ela controlaria a temperatura sobre o mesmo haja vista

que a temperatura da terra e do espaço são diferentes, ou seja, todos os parâmetros devem ser

testados ainda na fase de projeto para que não haja problemas quando o produto já estiver

sendo utilizado na atividade fim.

Palavras chaves: semicondutores, diodos, transistorres

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................................4

2. OBJETIVOS GERAIS............................................................................................................4

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..........................................................................................4

3.1. PARÂMETROS DOS TRANSISTORES........................................................................4

4. MATERIAIS UTILIZADOS..................................................................................................5

5. METODOLOGIA RESULTADOS........................................................................................6

5.1. VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO

TRANSISTOR COM A TEMPERATURA............................................................................6

5.2. TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO CHAVE.......................................................9

5.3. TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE........................................................10

6. CONCLUSÃO......................................................................................................................12

REFERÊNCIAS........................................................................................................................12

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1. INTRODUÇÃO

Com o passar dos anos, a indústria dos dispositivos semicondutores foi crescendo e

desenvolvendo componentes e circuitos cada vez mais complexos, a base de diodos. Em

1948, na Bell Telefone, um grupo de pesquisadores, liderados por Shockley, apresentou um

dispositivo formado por três camadas de material semicondutor com tipos alternados, ou seja,

um dispositivo com duas junções. O dispositivo recebeu o nome de transistor. O impacto do

transistor, na eletrônica, foi grande, já que a sua capacidade de amplificar sinais elétricos

permitiu que em pouco tempo este dispositivo, muito menor e consumindo muito menos

energia, substituísse as válvulas na maioria das aplicações eletrônicas. O transistor contribuiu

para todas as invenções relacionadas, como os circuitos integrados, componentes opto -

eletrônicos e microprocessadores. Praticamente todos os equipamentos eletrônicos projetados

hoje em dia usam componentes semicondutores.

Neste relatório falaremos sobre a influência da temperatura nos parâmetros β, Vbe e Ico

do transistor e também sobre sua utilização como chave ou fonte de corrente.

2. OBJETIVOS GERAIS

Verificação da variação dos parâmetros VBE e hFE do transistor com a

temperatura;

Mostrar a utilização, principio de funcionamentos, e mostrar alguns fatos dos

transistores funcionando como chave e como fonte de corrente;

Analisar a potência dissipada nos transistores funcionando como chave e como

fonte de corrente.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. PARÂMETROS DOS TRANSISTORES

Poderia se pensar que o problema de temperatura é facilmente contornável, bastando

retirar o aparelho que contenha semicondutores da região que se tem uma temperatura

diferente da sua temperatura de operação. É viável fazer isto, por exemplo, em uma

siderúrgica. Um aparelho de medição de temperatura eletrônico pode ficar a dezenas de

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metros de distância de um alto-forno que opera a altas temperaturas somente recebendo os

sinais de um sensor, sem que a alta temperatura do alto-forno o afete. Mas há situações que

isto se torna inviável. A NASA não tem como mandar um robô para Marte, onde a

temperatura é mais baixa que na Terra, e deixar os semicondutores que fazem parte de seu

circuito eletrônico aqui na terra. Outro exemplo são robôs que são usados em perfuração

submarina: a temperatura a quilômetros de distância da superfície é muito baixa. Nestes dois

casos citados acima, a variação de temperatura deve ser levada em conta nos cálculos do

projeto para que os dispositivos que contenham semicondutores funcionem normalmente. Os

dois exemplos citados acima são casos extremos, mas a influência da temperatura no

comportamento dos semicondutores afeta o dia-a-dia das pessoas. Aparelhos eletrônicos

operam de forma tal que a mudança de milésimos de volts em um de seus milhares de

transistores muda completamente o funcionamento do mesmo. Desta forma, um celular

produzido para funcionar em um país nórdico como a Finlândia não funcionará em países

tropicais como o Brasil. Entre estes países observa-se uma variação de temperatura média

30°C o que ocasionaria uma variação de tensão de 60mV, uma variação de tensão desta

magnitude comprometeria gravemente o funcionamento do aparelho. Este fato faz com que as

empresas não apenas adaptem seus aparelhos ao clima em que o mesmo será utilizado, como

também no caso de aparelhos de alta precisão produzam estes aparelhos na região em que o

mesmo será utilizado.

Para que esses problemas citados acima não venham acontecer em um projeto, deve-se

estudar o comportamento do componente em diversas faixas de temperatura e observar como

o mesmo se comporta definindo uma melhor região de operação.

A estabilidade de um sistema e a medida da sensibilidade de um circuito a 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 7,5mV por grau Celsius (°C) de aumento de temperatura.

- ICO (Corrente de saturação reserva): Dobra de valor para cada 10 °C de aumento de

temperatura.

4. MATERIAIS UTILIZADOS

Cabos banana jacaré;

01 Protoboard;

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01 Multímetro;

01 Fonte de alimentação;

Resistor de 1KΩ;

Resistor de 470KΩ;

Resistor de 10KΩ;

Resistor de 220 Ω;

Resistor de 10 Ω;

01 LED,

Transistor BC548.

5. METODOLOGIA RESULTADOS

A experiência no laboratório foi dividida em Etapas:

5.1. VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR

COM A TEMPERATURA.

Esta etapa teve como objetivo de fazer uma observação qualitativa do efeito da

temperatura sobre alguns parâmetros do transistor quando este está exposto a variações de

temperatura.

Foi montado o circuito da figura 1 no protoboard.

Mediu-se e foram anotados os valores de VCE, VBE e VR1 na tabela 1.

Regulou-se a fonte de alimentação para 10 V de saída e a corrente limitada em 1,2 A.

Figura 1 - Circuito de Polarização Fixa.

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Alimentou-se a resistência de 10 Ω com 10 V. Aviso: Não seguramos diretamente

sobre a resistência, pois o efeito joule causado, pode provocar queimaduras se exposto a

qualquer parte do corpo humano.

Colocou-se uma das extremidades da resistência em volta do transistor sobre

verificação (a resistência tem o núcleo vazado e esse procedimento simula um forno).

Fizemos circular o ar do interior da resistência na direção do transistor e para isso,

sopramos um pequeno fluxo de ar pela outra extremidade da resistência.

Mediu-se novamente os valores de VCE, VBE e VR1 e anotou-se na tabela 1.

Tabela 1 - Valores de Medição dos Parâmetros dos Transistores

ParâmetrosValores com temperatura

ambiente (25°C)Valores com o transistor

aquecidoVCE 6,27 V 5,45 VVBE 0,7 V 0,683VVRI 11,32V 11,30V

Com os valores indicados na tabela 1, foi possível calcular o hFE em temperatura

ambiente e aquecido.

Primeiro foi calculado a corrente de Coletor IC, utilizando a seguinte equação de

malha:

I C=V cc−V CE

R2

Equação 1 - Corrente de coletor.

Com a equação 1, foi possível calcular a corrente de coletor:

IC na temperatura ambiente:

I C=V cc−V CE

R2

=12−6,271000

=5,73mA .

IC com o transistor aquecido:

I C=V cc−V CE

R2

=12−5,451000

=6,55mA .

Depois foi calculado a corrente de base IB, utilizando a seguinte equação de malha:

I B=V cc−V BE

R1

Equação 2 - Corrente de Base.

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Com a equação 2, foi possível calcular a corrente de base:

IB na temperatura ambiente:

I B=V cc−V BE

R1

=12−0,7470 KΩ

=24,04 µA .

IB com o transistor aquecido:

I B=V cc−V BE

R1

=12−0,683470 KΩ

=24,08 µA .

Sabendo que o hFE ou β é a razão entre a corrente de coletor e corrente de base. Assim:

hFE=β=I C

I B

Equação 3 - hFE.

Com a equação 3, foi possível calcular o hFE:

hFE na temperatura ambiente:

hFE=β=I C

I B

= 5,73mA24,04 µA

≅ 238,35.

hFE com o transistor aquecido:

hFE=β=I C

I B

= 6,55mA24,08 µA

≅ 272,01.

Comparando os valores calculados de hFE na temperatura ambiente e com o transistor

aquecido pode-se notar que conforme a teoria o valor de hFE aumentou com o aumento de

temperatura. Isto é:

Δ hFE=hFEf−hFEi

Equação 4 - Variação do hFE.

Dessa forma, a variação foi:

Δ hFE=hFEf−hFEi

=272,01−238,35=33,66.

Utilizando a relação da variação do VBE foi possível estimar a temperatura que o

transistor foi exposto.

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Como VBE diminui 7,5mV por grau Celsius de aumento de temperatura tem-se a

seguinte relação:

7,5 mV ⟹1 °C

ΔV BE⟹ Δ° C

Equação 5 - Variação da Temperatura.

Utilizando a equação 5:

7,5 mV ⟹1 °C

(0,7V −0,683V )⟹ Δ° C

Δ° C=17 mV ° C7,5 mV

=2,27 ° C

Logo, a temperatura estimada que o transistor foi submetido é: 25+2,27 = 27,27 °C.

Analisando os resultados encontrados pode-se concluir que apesar destes teste serem

feitos com baixa precisão e serem qualitativos, eles estão de acordo com as informações

teóricas presente no roteiro.

5.2. TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO CHAVE

Com a placa CEB-02 instalada, mudou-se o posicionamento das chaves de modo que

somente a chave CH4 fique na posição fechada (ON) conforme Figura 2b e todas as demais

chaves fiquem na posição aberta. Nestas condições tem-se o circuito equivalente ao da Figura

2a.

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Fechou-se e abriu-se sucessivamente a chave CH1. O LED acendeu e apagou devido a

polarização do “diodo” base-emissor, através de R1 e a chave Ch1, que leva o transistor para

corte e saturação, provocando o chaveamento eletrônico do coletor. Mediu e anotou-se na

tabela 2 os valores de VCE para as duas condições de CH1.

Tabela 2 - VCE para as condições de chave.

Chave aberta Chave fechadaVCE = 10,55V (corte) VCE = 38,1 mV (saturação)

VLED= -370,8 mV VLED= 2,032V

Com o uso da equação 6 calculou-se a corrente de coletor e a potencia no transistor

para as duas situações de CH1.

I C=12−(V CE+V LED)

R2

Equação 6 - Corrente IC.

Os resultados são encontrados na tabela 3.

Tabela 3 - Corrente de coletor e potência dissipada no transistor.

Chave aberta Chave fechadaIc med = 0A Ic med = 11,05 mV

Pd = 0W Pd = 0W

5.3. TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE

O circuito do transistor na configuração fonte de corrente está esquematizado na figura

3.

Figura 2 - (a) Circuito com transistor como chave. (b) Posição das chaves na placa CEB-02.

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Sugeriu-se a

montagem em protoboard deste circuito, para melhor análise e compreensão desta

configuração.

Mediu-se a tensão VCE do circuito:

VCE = 4,53V

Mediu-se a corrente do coletor do transistor:

IC = 19,32mV

14. Calculou-se a potência dissipada pelo transistor do circuito e comparou-se com a

potência dissipada pelo transistor do circuito da Figura 2.

P = VCE x IC

P = 4,53 x 19,32m

P = 87,52mW

Pode-se notar que a potência dissipada pelo transistor na configuração como chave é

nula, pois, ele atua na região de corte e saturação. E por definição o transistor quando opera

nestas regiões não dissipa potência.

A dissipação de potência na junção base-emissor é muito pequena em relação a

dissipação na junção coletor-base. Por esta razão, considera-se como potência dissipada no

transistor apenas a potência de coletor. Quando utilizados como chave, com uma corrente ou

tensão que garanta a plena condução dissipam pouca potência, pois a queda de tensão entre

seus terminais é pequena. Ainda assim, para correntes muito altas, pode ser necessário o uso

de um dissipador para garantir o bom funcionamento do componente.

Com a experiência pode-se notar que para especificar o transistor a ser utilizado em

um projeto primeiro tem que definir bem qual a função do transistor no projeto, para assim

saber qual região de atuação do componente. A partir destas informações deve-se saber quais

são os parâmetros mais importantes a serem considerados em cada aplicação. Assim como foi

visto neste relatório para as aplicações de chave e fonte de corrente.

O transistor funcionando como chave é o modo mais simples de utilização deste

dispositivo semicondutor, comparado com todas as outras aplicações. Neste modo ele opera

Figura 3 - Circuito com transistor como fonte de corrente.

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nas regiões de Corte e Saturação. Quando cortado, o transistor funciona como um contato

aberto entre os terminais de coletor e emissor, quando saturado funciona como um contato

fechado. Para garantir que o transistor funcione corretamente como chave para qualquer βDC

(hFE), deve se usar uma saturação forte, isto e, o circuito deve estar projetado para que a

corrente de base seja de pelo menos 10% da corrente de coletor. O transistor como fonte de

corrente e outra forma básica de uso deste componente. Neste modo de operação, a resistência

de base é omitida e ao terminal de base e conectada diretamente uma fonte de tensão. Para

ajustar a corrente de coletor e colocada uma resistência no emissor. Esta resistência amarra o

emissor a base com a queda de tensão VBE fixa, fixando o valor da corrente através da carga

colocada entre o terminal de coletor e a fonte de alimentação.

6. CONCLUSÃO

Ao final desses procedimentos conseguimos absorver diversas informações de grande

importância para o planejamento de um projeto no qual seja usado transistores, pois com os

experimentos conseguimos visualizar a influência da temperatura sobre os principais

parâmetros do transistor como seu β, Vbe , Ico(Corrente de saturação reversa). Logo podemos

concluir que para um bom funcionamento do componente a fase de projeto é essencial, pois é

nela que planejaremos sob quais condições o componente irá operar.

REFERÊNCIAS

BOYLESTAD e NASHELSKY, Robert L. e Louis. Dispositivos Eletrônicos e teoria

dos circuitos, 8 ed. São Paulo: Pearson, 2004.