Experimento 1 - Transistor Bipolar

Rodrigo Daniel da Silva

Engenharia de Controle e Automação

UNESP - Campus Experimental de Sorocaba

Circuitos Eletrônicos

23/03/2015

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Sumário

1 Objetivos 3

2 Introdução Teórica 4

3 Procedimentos Experimentais 6

3.1 Etapa I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.2 Etapa II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.3 Etapa III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4 Resultados Obtidos 7

4.1 Etapa I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.2 Etapa II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.3 Etapa III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5 Conclusões 12

6 Referências 12

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1 Objetivos

Os objetivos deste experimento, foram:

• Determinar experimentalmente as curvas IC x VCE e IC x VBE em

montagem emissor comum (Etapa I);

• Polarizar a conguração emissor comum e estudar amplicadores de 1

estágio (Etapa II e III);

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2 Introdução Teórica

O transistor é um componente eletrônico que possui enorme importância

no mundo da eletrônica, este foi responsável pela revolução da eletrônica na

década de 60. O transistor sugiu num contexto onde era necessário reduzir e

aperfeiçoar as valvulas que até então eram os componentes eletrônicos mais

utilizados, e assim, através de pesquisas na área, surgiu o transistor como

uma opção mais eciente e barata.

Existem diversos tipos de transistores, dentre eles o bipolar, os tran-

sistores de efeito de campo(FET), os transistores FET de junção unipo-

lar(MOSFET) e os transistores CMOS(Complementary MOSFET). Todos

possuem aplicações especícas, entretanto, este trabalho analisou apenas o

bipolar.

O transistor bipolar é um dispositivo com 3 terminais. O terminal do

meio (base) é responsável por controlar a corrente que passa entre os outros

2 terminais (coletor e emissor). O transistor bipolar é constituido por 2

junções PN(base-emissor e base-coletor), a junção PN é caracterizada por

ser um junção entre um material do tipo P, que possui predominamente

lacunas, e um material tipo N, que possui predominantemente elétrons. A

estrutura básica do transistor bipolar é demonstrada a seguir:

Figura 1: Esquema dos transistores NPN e PNP

Dentre as principais aplicações do transistor a característica de atuar

como um amplicador é a mais utilizada. Inserindo-se uma pequena corrente

na base do transistor é possível induzir uma corrente bem maior através do

coletor. A corrente de coletor é multipla da corrente de base por um fator β

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e devido a isso essa amplicação é possível.

Outro fato importante sobre o transistor é que o modo como as junções

estão polarizadas inuencia em qual modo de operação ele se encontra. Ba-

sicamente existem 3 modos de operação do transistor mas as situações de

corte e saturação não são utilizadas no estudo em questão.

O que diferencia essas 3 congurações é o modo como o circuito é mon-

tado. Na conguração de emissor comum a montagem é caracterizada por

um transistor bipolar em série com um elemento de carga, e o termo emis-

sor comum vem do fato que o terminal do emissor tem uma ligação comum,

no caso a ligação com 0V ou Terra. O terminal do coletor é ligado a carga

de saída enquanto o terminal da base atua como a entrada do sinal. Esses

circuitos são utilizados para amplicar sinais de baixa voltagem.

A conguração de coletor comum possui um ganho muito próximo da

unidade e devido a isso podem ser aplicados como buers. Nesse caso o

terminal comum é o coletor e a entrada continua sendo a base enquanto a

saída é o terminal do emissor.

E a conguração base comum é a ligação na qual a base é ligada no ponto

comum do circuito, costuma ser utilizada em circuitos de baixa frequência,

em amplicadores que necessitam de uma impedância de entrada baixa.

Alguns exemplos de circuitos estão ilustrados abaixo:

Figura 2: Congurações do TBJ

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3 Procedimentos Experimentais

3.1 Etapa I

Na primeira etapa do experimento foram realizadas uma série de medi-

das de forma a obter as curvas características do transistor bipolar BC 547.

Abaixo segue o circuito utilizado:

Figura 3: Circuito Experimental Etapa 1

Onde Rb 100KΩ e Rc 470Ω.

Para descrever a curva IC x VBE manteve-se VCC ≈+8V e variou-se VBB

de modo a obter IC x Vbe. Esse mesmo procedimento foi realizado para VCC

de 6V, 10 V e 12 V.

Obtida a curva IC x VBE, variou-se então o valor de VBB de modo a obter

correntes de base IB num intervalo de 5 80 uA. Para cada valor de IB

variava-se VCC de modo a obter VCE num intervalo de 0 a 7V e assim foi

possível obter a curva IC x VCE parametrizada em IB.

3.2 Etapa II

Montamos o circuito da Figura 4 em um software de simulação (Pspice)

a m de vericar qual seria o ganho e a forma de onda de saída para poste-

riormente comparar com o experimento realizado no laboratório. Os valores

dos respectivos resistores, capacitores e fontes de tensão utilizados para essa

primeira abordagem estão listados abaixo:

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Figura 4: Circuito Amplicador

VCC = 12V, R1 = 10KΩ, R2 = 2, 2KΩ, RE = 10KΩ, RC = 3, 6KΩ, RS

= 600KΩ, RL = 1KΩ/10KΩ, C1 = 470nF , C2 = 1µF , C3 = 470µF , com

VEntrada = 20/40 mVpico e frequencia de 10KHz

3.3 Etapa III

Nessa etapa montamos no laboratório o circuito amplicador conforme a

Figura 4 . A princípio utilizamos os mesmos valores de tensão, resistores e

capacitores listados acima, mas para uma análise das características da forma

de onda de saída alteramos os valores da resistência de carga, dos capacitores,

da frequencia e amplitude da onda de tensão de entrada do circuito.

4 Resultados Obtidos

4.1 Etapa I

Utilizando o circuito da Figura 3, obteve-se as seguintes curvas de IC

versus VBE:

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Figura 5: Curvas IC x VBE

Em seguida, utilizando o mesmo circuito da Figura 3, VBB foi variado de

modo a impor corrente de base IB no intervalo de 5 - 80 A, com VCC xo em

7 V. Com base nesses valores escolheu-se as correntes de base de 11, 40 e 75

µA para construir as curvas IC verus IVCE parametrizada em IB. As curvas

obtidas estão apresentadas na Figura 6 :

Figura 6: Curva IC x VCE

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Na Figura 5 verica-se que as curvas obtidas se aproximam satisfatori-

amente da curva IC x VBE do modelo teórico, e além disso há pouca dis-

crepância entre as curvas para diferentes valores de VCC . Já na Figura 6

vericamos que as curvas apresentadas apresentam comportamento similar

ao encontrado na teoria para diferentes valores de IB o que mostra que na

prática o experimento executado correspondeu ao modelo teórico.

Através da segunda derivada da curva de IC x VBE (Figura 7) conseguimos

encontrar o valor limiar de VBE que foi em torno de 6,66 V.

Figura 7: Curva da segunda derivada da curva de IC x VBE

4.2 Etapa II

Na Figura 8 temos a curva apresentada pela simulação do circuito ampli-

cador (Figura 4) :

Observa-se qua a curva de saída está amplicada em um fator de aproxi-

madamente 3,4.

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Figura 8: Curvas de entrada e saída do circuito amplicador simuladas pelosoftware PSpice

4.3 Etapa III

Nas guras seguintes seguem os valores encontrados para os ganhos em

função da alteração nos valores dos capacitores, resistores e frequencia de

trabalho da fonte de entrada.

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(a) Vin: 10Khz, 30mV,Carga: 1KΩ, Ganho = 3.6

(b) Vin: 1Khz, 30mV,Carga: 1KΩ, Ganho = 3.6

(c) Vin: 1Khz, 60mV,Carga: 1KΩ, Ganho = 3.6

(d) Vin: 1Khz, 100mV,Carga: 1KΩ, Ganho = 3.6

(e) Vin: 10Khz, 30mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 13

(f) Vin: 1Khz, 30mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 13

(g) Vin: 1Khz, 60mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 10

(h) Vin: 1Khz, 100mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 10

(i) Vin: 10Khz, 30mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 14

(j) Vin: 1Khz, 30mV, Carga:10KΩ, Ganho = 14

(k) Vin: 1Khz, 60mV, Carga:10KΩ, Ganho = 11

(l) Vin: 1Khz, 100mV,Carga: 10KΩ, Ganho = 10

Figura 9: Sinais de Saída Amplicador

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5 Conclusões

As curvas experimentais de IC x VBE e IC x VCE apresentaram caracterís-

ticas conforme a teoria do transistor bipolar, e através da segunda derivada

da curva IC x VBE pode-se vericar a tensão de limiar do componente utili-

zado.

Com relação ao circuito amplicador, pode-se concluir essa conguração

é totalmente dependente dos componentes que fazem parte do sistema. Um

valor de capacitor maior ou menor pode resultar numa grande diferença no

ganho do sistema, mesmo que este seja utilizado apenas para o acoplamento.

O mesmo vale para os valores das resistências, quando troca-se os valores

da resistência principalmente no emissor e na base, uma grande diferença no

ganho do sistema ocorre. Isso pois, qualquer variação por mínima que seja

na corrente de base, gera uma grande variação na corrente que circula entre

o emissor e o coletor.

Por m, vericamos também que para as mesmas condições simuladas

e experimetais o circuito amplicador apresentou ganho muito próximo (Si-

mulado 3,4 e Experimental 3,6). Com uma variação de 6% para uma carga

de 1KΩ, inversão do ângulo do sinal de saída com relação ao sinal de en-

trada (defasagem de 90o) e a mesma distorção encontrada na simulação foi

apresentada no experimento.

6 Referências

[1] SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C.. Microeletrônica. 5. ed. São

Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. 848 p.

[2] MALVINO, Albert Paul.. Eletrônica. 4. ed. São Paulo: Pearson

Prentice Hall, 2005. 450 - 468 p.

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