Relatório 11 PDFE - Mauricio Hoffman

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Aluno: Mauricio Hoffman
Matrícula: 160138574
Data: 06 de abril de 2022
Universidade de Brasília
Prática de Física dos Dispositivos Eletrônicos
Lab 11 - Transistores de Junção Bipolares (NPN e PNP)
Objetivo
Este experimento tem como objetivos, a introdução ao comportamento dos
transistores de junção bipolar. Além da caracterização elétrica através do
levantamento das curvas de tensão e corrente e por fim realizar a identificação dos
terminais de transistores NPN e PNP .
Materiais Utilizados
Os materiais utilizados para o experimento foram os seguintes:
- Osciloscópio Digital: Tektronix TBS1062
- Multimetro Minipa ET-1100
- fonte DC: Minipa MPL-1303M
- Gerador de funções FeelTech FY3200S
- Diodos bipolares PNP e NPN
- Resistores
Procedimentos experimentais e dados obtidos:
1) Identifique os transistores NPN e PNP fornecidos (Numeral), e os terminais
(base, coletor e emissor). Com o multímetro (Modo hfe) faça as medidas dos
ganhos de corrente (β) dos dois transistores. Observe que o medido é muito menor
se o emissor e o coletor forem trocados. Meça as tensões dos diodos EB e CB e
explique a diferença de valores para cada transistor. Responda: O BJT é um
dispositivo simétrico? Justifique. Compare: Os valores medidos dos ganhos de
corrente com os fornecidos pelo fabricante.
Resposta:
O BTJ não é um dispositivo simétrico. Quando se observa o transistor BJT,
pode-se constatar que ao existir a troca do coletor e do emissor faz com que o
transistor saia do modo ativo direto e opere no modo reverso. Como a estrutura
interna do transistor é construída para operação no modo direto, a troca do coletor e
do emissor torna os valores de α e β na operação reversa muito menores do que na
operação direta.
No transistor NPN, o ganho de corrente (β) obtido durante o experimento foi
de cerca de 358 e no datasheet informa que ele pode variar de 110 a 800. No caso
do transistor PNP, o β obtido durante o experimento foi de cerca de 276 e no
datasheet informa que ele pode variar de 110 a 800.
2) Monte os dois circuitos abaixo. Obtenha e plote as seguintes curvas: VCE
x IB, ICE x IB (Transistor NPN); VEC x IB, IEC x IB (Transistor PNP). Use uma
tensão de fonte VDC ~ 10V. Varie VA entre 0 e 9V, em passos de 1,0 volt. Obtenha
e anote os valores dos resistores usados, com o multímetro (modo ohmímetro).
Use as seguintes fórmulas para calcular e preencher o resto da tabela de
dados:
IB = (VA – VB)/R2 , ICE = (VDC – VC)/R1 , = ICE / IB (Transistor NPN)
IB = (VB – VA)/R2 , IEC = VC/R1 , = IEC / IB (Transistor PNP).
Resposta:
Após serem efetuados os cálculos que foram pedidos, as seguintes tabelas
foram obtidas, como pode-se ver abaixo:
- Para o Transistor NPN:
R1: 99,7Ω +/− 0,05 Ω
R2: 9,892 kΩ +/− 0,5 Ω
Transistor NPN
VA VB VC IB ICE β
0 (aterrado) 0,0m 10,01 0 0 0
1,005 0,667 8,67 34,2μ 13,4m 391,81
1,997 0,703 4,93 130,8μ 50,9m 389,14
2,97 0,751 3,09 224,3μ 69,4m 309,41
3,95 0,779 2,45 320,6μ 75,8m 236,43
4,94 0,810 1,955 417,5μ 80,8m 193,53
5,93 0,836 1,650 514,9μ 83,8m 162,75
6,92 0,856 1,346 613,0μ 86,9m 141,76
7,91 0,878 1,109 710,9μ 89,3m 125,62
8,90 0,896 0,878 809,1μ 91,6m 113,21
VDC = 10,01 V
- Para o transistor PNP
R1: 200,3 Ω +/− 0,05 Ω
R2: 9,892 kΩ +/− 0,5 Ω
Transistor PNP
VA VB VC IB IEC β
0 (aterrado) 8,95 9,55 904,77μ 47,68m 52,69
1,003 8,94 9,51 802,36μ 47,48m 59,17
2,02 8,94 9,49 699,55μ 47,38m 67,73
3,01 8,93 9,43 598,46μ 47,08m 78,67
3,99 8,95 9,37 501,41μ 46,78m 93,29
4,98 8,96 9,26 402,34μ 46,23m 114,90
5,97 8,98 9,12 304,29μ 45,53m 149,63
6,96 9,00 8,66 206,23μ 43,23m 209,62
7,94 9,10 6,13 117,27μ 30,60m 260,94
8,93 9,27 2,03 34,37μ 10,13m 294,73
VDC = 10,00 V
Em seguida, após efetuados os cálculos e preenchidas as tabelas, foram
plotados os gráficos pedidos dos transistores NPN e PNP, como pode ser observado
a seguir:
- Transistor NPN:
Gráfico da curva Vce( Volt ) x Ib (μ Ampere)
Gráfico da curva Iec (mA) x Ib(μ Ampere)
- Transistor PNP:
Gráfico da curva Vce( Volt ) x Ib (μ Ampere)
Gráfico da curva Iec (mA) x Ib(μ Ampere)
3) Monte um circuito com um transistor PNP ou NPN que permita plotar no
osciloscópio (modo x-y) as curvas de corrente vs. tensão entre coletor e emissor,
para diferentes valores de corrente de base. Use um resistor R1 em série com o
transistor e um resistor de R2 na base. Use um gerador de sinais em substituição à
fonte VDC, com uma senóide (~30 Hz) de 10VPP de amplitude e +5 volts de offset.
Varie a corrente na base
Circuito Transistor NPN Circuito Transistor PNP
Abaixo, podemos ver os gráficos plotados pelo osciloscópio:
- Transistor NPN:
Vdc = 1,5V Vdc = 1,0V Vdc = 0V
- Transistor PNP:
Vdc = 1,5V Vdc = 1,0V Vdc = 0V
4) Simulação no LTspice: Estabeleça os valores dos parâmetros dos modelos
SPICE dos transistores NPN e PNP usados neste experimento. No LTspice desenhe
os dois esquemáticos dos circuitos usados no item-3, mostrados nos slides 10 e 11.
Declare apenas os parâmetros que considerar necessários para um comportamento
quase estático. Simule e plote as mesmas curvas quase estáticas obtidas no
osciloscópio (Modo X-Y): ICE vs. VCE (NPN) e IEC vs. VEC (PNP), para VDC = [0
1,0 1,5] volts. Compare os gráficos simulados com os gráficos obtidos
experimentalmente. Note que apenas tensões são medidas, com ICE = VR1 / R1
(NPN) e IEC = VR1 / R1 (PNP)
Resposta:
- ICE vs. VCE (NPN):
1.5 V
1.0 Volt
0 Volt
Como pode-se observar, a simulação se manteve em padrão semelhante aos
dados obtidos no osciloscópio. Quando aplicado 1.5 volts, pode-se notar que a
corrente fica em torno de 36 mA. já quando se aplica a tensão de 1 volt, a corrente
gira em torno de 16 mA. E por fim, quando se é aplicada a tensão de 0v, a corrente
fica estável em 0.0 mA.
- IEC vs. VEC (PNP)
1.5 Volts
1.0 Volts
0.0 Volts
EC11 - Laboratório 11
i) Simule no LTspice o circuito do Slide-10, para obter a curva paramétrica
(Modo XY) quase-estática, com um sinal senoidal do gerador (f = 30Hz, 10Vp-p,
+5V de offset) para plotar a corrente ICE (representada em volts pela queda de
tensão no resistor R1 = 10k Ohms) em função da tensão VCE medida entre os
terminais do coletor e do emissor do transistor NPN BC547C. Use uma tensão de
VDC = 1,0 volt e resistor R2 = 220 Ohms. Repita a simulação para uma frequência f
= 10 MHz. Explique os gráficos obtidos.
Resposta:
Após efetuar a simulação no Ltspice, o gráfico obtido para a frequência de 30
Hz, utilizando 10vpp foi o seguinte:
Já o gráfico gerado utilizando a frequência de 10M Hz e 10 vpp, foi o
seguinte: