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APÊNDICE UNIDADE 2 Eletrônica Analógica U2 - Transistores bipolares de junção (TBJ)2 UNIDADE 2: Transistores bipolares de junção (TBJ) Gabarito 1. Faça valer a pena - Seção 2.1 1. Alternativa A. Resposta comentada: a camada do emissor é fortemente dopada, e tem como função emitir portadores de carga para a camadas da base, que tem uma dopagem média, de modo que a maioria dos portadores lançados pelo emissor conseguem atravessá-la. O coletor possui uma dopagem leve, e coleta os portadores que vem da base. 2. Alternativa C. Resposta comentada: na região de corte, as duas junções estão polarizadas reversamente, fazendo com que a corrente do coletor seja praticamente nula, portando o transistor está cortado, como se ele estivesse desconectado do circuito. Na região de saturação, as duas junções estão polarizadas diretamente, fazendo com que uma pequena variação da tenção VCB resulte em uma enorme variação da corrente do coletor, nesse caso o transistor está saturado. É como se os seus terminais estivessem em curto. Por fim, na região ativa, a junção emissor-base está polarizada diretamente e a base- coletor reversamente. É operando na região ativa que o transistor é usado na maior parte das aplicações, principalmente na amplificação de sinais, mas por outro lado, trabalhando nas regiões de corte e saturação, o transistor comporta-se como uma chave eletrônica. 3. Alternativa B. Resposta comentada: do gráfico da Figura 2.10 (a), para VBE =1 V , temos que a corrente de entrada é IE = 30 mA . Apêndice Gabaritos comentados com resposta-padrão U2 - Transistores bipolares de junção (TBJ)3 Com isso, conseguimos no gráfico da Figura 2.10(b) que, para VCB = 4 V , IC = 28 mA . Assim, temos que o ganho de corrente em BC é dado por: a= I I C E = ⋅ ⋅ − − 28 30 10 10 3 3 = 0 933, . Daí, podemos obter de forma direta o ganho de corrente em EC, pela relação: β α α = −1 = − 0 933 1 0 933 , , =14 Gabarito 2. Faça valer a pena - Seção 2.2 1. Alternativa A. Resposta comentada: os pontos Q1 , Q2 e Q3 podem ser implementados, sendo que O ponto Q1 está na região de saturação, Q2 está na região ativa e Q3 está na região de curte. Os pontos Q4 , Q5 e Q6 não podem ser implementados, porque Q4 ultrapassa Pcmax , Q5 ultrapassa ICmax e Q6 ultrapassa VCEmax . Portanto, apenas I, III e IV estão corretas. 2. Alternativa B. Resposta comentada: primeiro determinamos os parâmetros do ponto quiescente como V V CEQ CC= = 2 3 V , ICQ = 2 mA , VBEQ = 0 6, V e hFEmin =110 . Considerando a tensão em RE como 0 1, ×VCC , com (2.14) calculamos RC : R V V R i iC CC CE E E C = − − = − − = ⋅ − 6 3 0 6 1 2 2 10 3 , , kΩ . Para o cálculo de RB , temos que primeiro encontrar a corrente de base: I I h ABQ CQ FE = = = −2 110 18 1810 3 , µ . . Assim, de (2.13): U2 - Transistores bipolares de junção (TBJ)4 R V V R i iB CC BE E E B = − − = − − = ⋅ − 6 0 6 0 6 18 18 264 10 6 , , , kΩ . Por fim, o cálculo de RE é feito considerando: I I IEQ CQ BQ= + = =⋅ + ⋅ − −2 2 01810 18 18 103 6, , mA . E, então, R V IE RE EQ = = = ⋅ − 0 6 2 018 297 29 10 3 , , , Ω 3. Alternativa E. Resposta comentada: devemos calcular os resistores de polarização do transistor considerando a região de saturação, ou seja, quando a chave estiver na posição “ligado”. Assim, considerando a malha de saída temos: R V V V IC CC C D C = − −SAT SAT , como I IC DSAT mA= = 25 , temos: RC = − − = ⋅ − 9 0 3 1 5 25 288 10 3 , , Ω . Para calcular RB antes precisamos encontrar I I hB C FE SAT SAT SAT mA= = =⋅ −25 20 1 2510 3 , . Assim, R V V IB E BE B = − = − = ⋅ − SAT SAT 9 0 7 1 25 6640 10 3 , , .Ω Gabarito 3. Faça valer a pena - Seção 2.3 1. Alternativa A. Resposta comentada: o ganho de corrente, definido por A i ii C B=∆ ∆ , é maior que 1 em módulo e tem sinal positivo, pois a ordem de grandeza das variações da corrente do coletor é maior que a ordem de grandeza das variações da corrente de base e estão em fase. O ganho de tensão, definido por A v vi CE BE=∆ ∆ , é maior que 1 em módulo e tem sinal negativo, pois a ordem de grandeza das variações da tensão de saída é maior que a ordem de grandeza das variações da tensão de entrada, mas a saída está defasada 180° em relação à entrada. Portanto, apenas I e II estão corretas. U2 - Transistores bipolares de junção (TBJ)5 2. Alternativa A. Resposta comentada: para o modelo do transistor fixamos v1 e i2 como variáveis dependentes e i1 e v2 como variáveis independentes, de modo que: v f i v i f i v 1 1 1 2 2 2 1 2 = = ( , ) ( , ) . Para relacionar essas tensões e correntes utilizamos os parâmetros h, denominados por h11 , h12 , h21 e h22 . De modo que: v h i h v i h i h v 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 = + = + . Daí, podemos obter o significado físico dos parâmetros h, para isso basta fixar o valor de uma das variáveis independentes. Fazendo v2 0= , temos: • Impedância de entrada com saída em curto: h v i v 11 1 1 02 = = . • Ganho direto de corrente com saída em curto: h i i v 21 2 1 02 = = . Fazendo i1 0= , temos: • Ganho reverso de tensão com entrada aberta: h v v i 12 1 2 01 = = . • Admitância de saída com entrada em curto: h i v i 22 2 2 01 = = . Portanto, a sequência de associações 1 – C, 2 – B, 3 – D, 4 – A é a correta. 3. Alternativa A. Resposta comentada: calculando Ai , ZE , AV , ZS , AiG e AvG temos: U2 - Transistores bipolares de junção (TBJ)6 A h h Ri fe oe L = − + = − + =− ⋅ ⋅ ⋅ ⋅−1 220 1 18 202 10 5 106 3 . Z h A h RE ie i re L= + ⋅ ⋅ = ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = −2 7 10 202 1 5 10 5 10 2 53 4 3, , , kΩ . A A Z R v i E L= = − =− ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 202 2 5 4045 10 10 3 3, . Z R h R h h h hS iG ie iG ie oe fe re = + +( ) − = + +(⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 1 2 7 1 2 7 10 10 10 10 3 3 3 3 , , )) = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅− −18 10 220 1 5 10 110 6 4, kΩ . A R R Z AiG iG iG E i= + = −( )=−⋅ ⋅ + ⋅ 1 1 202 5810 10 2 5 10 3 3 3, . A Z R Z AvG E iG E v= + = −( )=−⋅ ⋅ + ⋅ 2 5 1 404 28910 10 2 5 10 3 3 3 , , .