Eletronica I - Relatório 04 - Curva e polarização de Transistores bipolares

Eletronica I - Relatório 04 - Curva e polarização de Transistores bipolares

  1. Resultados Experimentais.

A primeira etapa do experimento consistiu na coleta de dados para o levantamento da curva característica do transistor bipolar de junção. Utilizamos o transistor BC547 e montamos o circuito a seguir:

Fig.1.1 – Circuito para determinação da curva característica de saída do transistor.

Inserimos na entrada do circuito uma forma de onda senoidal de 10V de pico e frequência de 100Hz a qual foi retificada pelo diodo D1 para utilizarmos somente o semi-ciclo positivo dessa onda. A fonte de tensão VB foi regulada de modo a obtermos correntes de base Ib entre 20μA e 100μA. Para cada uma dessas correntes de base determinamos a corrente no coletor sabendo que a tensão no coletor estava aplicada sobre uma resistência de 100Ω. Assim, esta obedece a seguinte relação:

(1-1)

As medidas obtidas pelo osciloscópio são das tensões para determinadas correntes de base Ib feitas no modo XY e com o canal 2 invertido. Essas medidas são mostradas a seguir:

Fig.1.2 – Tensão para Ib=19,9μA.

Fig.1.3 – Tensão para Ib=49,9μA.

Fig.1.4 – Tensão para Ib=74,9μA.

Fig.1.5 – Tensão para Ib=100,6μA.

Em cada uma das quatro curvas acima pudemos observar a região de saturação do transistor, o que é pedido no item 3 do roteiro do experimento. Voltando ao item 2, aplicamos então a relação (1-1) em cada uma das tensões obtidas e obtemos a curva característica desse transistor mostrada na figura 1.6. Para cada valor da corrente de coletor em função de um valor da corrente de base podemos obter o parâmetro β do transistor:

(1-2)

Desta forma temos a seguinte curva:

Fig.1.6 – Curva característica do transistor utilizado.

Iniciamos então o item seguinte do experimento cuja finalidade era obter dados para compararmos três diferentes circuitos de polarização mostrados abaixo:

Fig.1.7 – (a) Polarização simples; (b) Polarização com realimentação de emissor; (c) Polarização com realimentação de coletor.

Para cada um dos circuitos da figura 1.7 medimos a corrente de base Ib, tensão base emissor Vbe e a corrente de coletor Ic, os resultados obtidos são mostrados abaixo:

Tabela 1.1 – Medidas nos circuitos da figura 1.7

Medidas

Circuito (a)

Circuito (b)

Circuito (c)

Corrente de base Ib (μA)

25,0

23,9

18,1

Corrente de coletor Ic (mA)

8,81

6,42

7,22

Tensão Base Emissor Vbe (V)

0,68

0,64

0,72

No item seguinte fizemos as mesmas medidas da tabela 1.1 para os circuitos mostrados abaixo:

Fig.1.8 – (a) Polarização simples; (b) Polarização com realimentação de emissor; (c) Polarização com realimentação de coletor.

Os resultados das medições são mostrados abaixo:

Tabela 1.2 – Medidas nos circuitos da figura 1.8

Medidas

Circuito (a)

Circuito (b)

Circuito (c)

Corrente de base Ib (μA)

26,2

24,0

23,7

Corrente de coletor Ic (mA)

8,75

8,32

6,74

Tensão Base Emissor Vbe (V)

0,30

0,52

0,60

Para montarmos os circuitos do item seguinte, calculamos os resistores no trabalho preparatório, mas no laboratório corrigimos algumas falhas e aplicamos valores de resistores comerciais. O projeto destes circuitos exigiu uma tensão de coletor de 6V e uma corrente de coletor de 1mA. Os circuitos montados foram os seguintes:

Fig.1.9 – Circuitos de polarização por divisor resistivo.

Para verificarmos se os circuitos acima correspondem às especificações do projeto fizemos suas montagens e medimos as correntes e tensões no coletor. Obtivemos os seguintes valores:

Circuito (a): Vc = 6,4 V; Ic = 1,08mA

Circuito (b): Vc = 8,8 V; Ic = 2,05mA

O circuito (a) corresponde ás especificações do projeto com excessão a um determinado erro experimental ocasionado pelo fato de que para encontrarmos os valores das resistências aproximamos a corrente de base para zero. Já o circuito (b) teve uma diferença bem maior nos valores obtidos. Isto porque ao colocarmos um transistor PNP não bastou apenas inverter as resistências como o proposto pois fazendo isto deixamos menores os valores das resistências que limitavam a tensão e a corrente no coletor resultando em valores maiores para estas medidas.

Passamos então a analisar o transistor polarizado nas regiões de corte e saturação. Para esta análise utilizamos o circuito abaixo cujas resistências foram calculadas de acordo com a corrente sobre o LED que foi dada e deveria ser de 5mA. A entrada era uma onda quadrada com valores variando entre 0V e 10V de forma que o LED acendesse quando esse valor fosse 10V e apagasse em 0V.

Fig.1.10 – Polarização do transistor no corte e na saturação.

Montamos este circuito e verificamos seu funcionamento quanto às tensões de base quando o LED estava aceso e quando apagado e este atendeu as especificações do projeto. Medimos então a corrente de coletor e obtivemos Ic = 2,228mA, valor que se mostra bem abaixo do valor atribuído no trabalho preparatório que foi os 5mA sobre o LED. Este fato ocorreu, pois no trabalho preparatório trabalhamos com β=300 e como este valor tem grande variação em função de diversos aspectos, o resistor R2 acabou limitando bem mais a corrente no coletor.

Montamos em seguida o outro circuito para estudo do transistor no corte e na saturação. Este segundo circuito deveria funcionar de forma semelhante ao primeiro, porém deveria acender o LED quando a tensão quadrada apresentasse 0V e apagar quando esta apresentasse 10V. O circuito projetado no trabalho preparatório e montado foi o seguinte:

Fig.1.11 – Polarização do transistor no corte e na saturação

Verificamos o funcionamento deste circuito quanto às tensões do gerador de sinais quando LED estava aceso e quando apagado e verificamos que este circuito também atendeu às especificações do projeto.

Em seguida montamos um circuito com transistor para atuar como fonte de corrente diferente do projetado no trabalho preparatório. O circuito dado foi o seguinte:

Fig.1.12 – Transistor como fonte de corrente.

Entre os terminais A-B colocamos diferentes cargas e para cada uma delas medimos a corrente no coletor. As medidas são mostradas abaixo:

- Com o diodo 1N4148: Ic = 4,50mA.

- Com o LED: Ic = 4,46mA.

- Com a resistência de 470Ω: Ic = 4,45mA.

- Com a resistência de 330Ω: Ic = 4,45mA.

Notamos que, desconsiderando um pequeno erro experimental a corrente não variou para nenhuma das cargas o que caracteriza uma fonte de corrente. Isto ocorre pois o valor da corrente que chega às cargas é forçada pelo circuito a ser sempre a mesma devido ao fato de se tratar justamente de uma fonte de corrente.

Por fim, montamos o circuito com o transistor atuando como chave de controle de um processo. O circuito montado foi o mesmo do trabalho preparatório, porém inserimos uma fonte contínua para a tensão de base com um valor de tensão adequado para que a resistência do LDR quando iluminado fosse suficiente para o transistor atuar na região de corte e na saturação quando o LDR estivesse sem iluminação. Verificamos por fim seu funcionamento.

2. Conclusões.

Realizando experimentalmente o estudo de um transistor para levantarmos sua curva característica obtivemos formas no osciloscópio que nos permitiu uma analogia à curva característica mostrada na teoria e assim utilizamos os dados medidos e modelamos uma curva característica além de podermos visualizar o comportamento do transistor nas regiões ativa e de saturação. Pudemos também determinar o valor de β através dos dados deste experimento. Observamos que o valor de β apresentou uma determinada variação ocasionada pelo fato de que essa constante depende de algumas características bastante particulares do próprio transistor assim como a temperatura do ambiente. Em conseqüência de estes fatores serem difíceis de manter constantes os valores de β baseados nas medidas realizadas apresentaram a variação.

Estudamos também alguns circuitos de polarização para transistores NPN e PNP e verificamos na prática o funcionamento de cada um deles além de obtermos medidas que nos permitiram uma comparação entre estes circuitos. O circuito de polarização simples apresenta correntes de base e coletor maiores que o de polarização com realimentação de emissor e o de realimentação de coletor, mas a tensão base-coletor deste é maior que o de polarização com realimentação de emissor e menor que no de realimentação de coletor para os circuitos com NPN e maior em ambos com PNP. Com essas análises verificamos que os circuitos podem ser aplicados em diversas finalidades de acordo com as particularidades e necessidades de cada um.

Aplicamos os conceitos teóricos necessários para projetar um circuito de polarização por divisor resistivo e verificamos na prática que o circuito atendeu as especificações do projeto com um transistor NPN e apresentou falhas na montagem com um PNP devido ao fato de que invertendo os resistores limitamos menos a corrente e tensão especificada resultando em resultados maiores do que os esperados.

Verificamos também um circuito utilizando transistor que para qualquer carga aplicada, a corrente no mesmo era sempre constante. Este circuito então é uma fonte de corrente utilizando transistor que devido a configuração, “força” que a corrente de coletor seja constante. Com a teoria aplicada possibilitamos resultados coerentes tanto nos casos citados acima quanto nos projetos de transistor atuando no corte e na saturação assim como chave de processo o que nos garante a validade da teoria aplicada e dos projetos realizados.

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