Relatório de Polarização de Transistores e Amplificação com TBJ

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA E COMPUTAÇÃO
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I
KENNEDY COELHO NOLASCO
GUSTAVO DE FREITAS MARTINS
RELATÓRIO 2: Polarização de Transistores e Amplificação com TBJ
Manaus - AM
2022
KENNEDY COELHO NOLASCO
GUSTAVO DE FREITAS MARTINS
Diodos
Segundo Relatório da Disciplina Laboratório de
Eletrônica Analógica I apresentado ao Curso de
Engenharia da Computação, Turma EC001.
Francisco Januário, M.Sc.
Manaus - AM
2022
Sumário
1 Introdução 2
2 Experimento 03 - Polarização de Transistores 2
2.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Fundamentação Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.3 O Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.1 Material Utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3.2 Procedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Experimento 04 - Amplificação com TBJ 15
3.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Fundamentação Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 O Experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3.1 Material Utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3.2 Procedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.3 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4 Conclusão 26
Referências 27
A Datasheet do transistor BC547B 28
1 Introdução
Neste relatório serão apresentados os resultados dos Roteiro de Experimentos 03 - Polarização de
Transistores e Roteiro de Experimentos 04 - Amplificação com TBJ. Ambos os roteiros foram disponi-
bilizado pelo professor Januário através da plataforma CETELI Classroom, bem como a metodologia
e as instruções em sala.
Quanto aos experimentos, foram seguidos as duas práticas propostas nos roteiros. O relatório
está dividindo em 4 seções, sendo a primeira a introdução, a segunda refere-se aos experimentos do
laboratório 1, a terceira aos experimentos do laboratório 2 e por fim a conclusão.
2 Experimento 03 - Polarização de Transistores
2.1 Objetivos
O objetivo deste relatório é analisar experimentalmente o comportamento de um transistor de jun-
ção bipolar(TBJ) e como suas características mudam diante de diversas situações, também iremos
verificar várias tipos de polarização e iremos realizar várias medições e analisar os resultados, para no
final compararmos com a teoria e comprovarmos a autenticidade da mesma. Nesse relatório iremos
analisar três tipos de polarização, a polarização com corrente de base constante, a polarização com
corrente de emissor constante e a polarização por divisor de tensão na base, iremos medir as correntes
de emissor, base e coletor para cada tipo de polarização, iremos medir a tensão dos nós emissor-base
e emissor-coletor, depois iremos calcular o valor de β e comparar com o valor de β no datasheet e, no
final, fazer comentários sobre os resultados obtidos.
2.2 Fundamentação Teórica
O transistor é um componente fundamental para a eletrônica moderna, e foi o componente que
possibilitou a revolução digital e a era dos computadores, ele é um dispositivo composto por um
material semicondutor e possui três terminais, ele é utilizado para controlar circuitos ou para amplificar
sinais, o precursor do transistor foi o tubo de vácuo, que era utilizado para fazer as mesmas tarefas que
um transistor, porém um transistor consegue ser muito menor e necessita demenos energia para operar,
fazendo com que os transistores revolucionassem a tecnologia do século XX, nesta fundamentação
teórica nós iremos falar em específico, do transistor de junção bipolar.
2
Figura 1: Transistor TBJ e seu símbolo. Retirado da internet.
Quando não existe corrente na base do transistor, ele não permite a passagem de corrente do coletor
pro emissor, agindo como uma chave aberta, mas quando colocamos corrente na base do transistor,
ele vai permitir a passagem de corrente entre o coletor e o emissor, a corrente que ele permite passar
é proporcional à uma constante β, que é chamada de ganho β do transistor, que é específica de cada
transistor, por isso é necessário cuidado ao se escolher um. Existem dois tipos de transistor de junção
bipolar, que são os transistores PNP e os transistores NPN, eles são fabricados pela união de três
materiais semicondutores, alternando entre os tipos de materiais, por exemplo o PNP é formado por
três camadas, uma do tipo P, outra do tipo N e a última do tipo P, o transistor NPN é feito de forma
similar, mas trocando o tipo de material, os transistores TBJ recebem esse nome por serem compostos
de duas junções PN, a região do terminal emissor é mais dopada que a região dos terminais de base
e coletor, a região do coletor é moderadamente dopada, enquanto a região de base é minimamente
dopada.
Um transistor TBJ possui diversos modos de operação, para explicar os modos, iremos considerar
um transistor NPN, no modo de operação em corte, a junção emissor-base é polarizada reversamente,
e a junção coletor-base também é polarizada reversamente, nesse modo de operação o transistor vai
agir como uma chave aberta, não permitindo passagem de corrente por ele.
Figura 2: Transistor no modo de operação em corte. Retirado da internet.
O segundo modo de operação é o modo de saturação, nesse modo a junção emissor-base é polari-
3
zada diretamente e a junção coletor-base é polarizada diretamente, nesse modo o transistor age como
um curto-circuito, permitindo a passagem total de corrente por ele.
Figura 3: Transistor no modo de operação em corte. Retirado da internet.
O terceiro modo de operação de um transistor TBJ é o modo ativo, nesse modo a junção emissor-
base é polarizada diretamente e a junção coletor-base é polarizada reversamente, nessemodo a corrente
que passa entre o coletor e o emissor é proporcional à corrente de base.
Figura 4: Transistor no modo de operação ativo. Retirado da internet.
Podemos perceber que para utilizar o transistor como uma chave eletrônica, utiliza-se ele nos
modos de saturação e corte, o modo de saturação ativa o estado on do circuito e o modo de corte ativa
o estado off do circuito. Para utilizar o transistor como um amplificador de sinal, utilizamos ele no
modo ativo, pois é possível controlar a corrente entre o emissor e coletor variando a corrente de base.
Observando a Figura 4, nós podemos analisar o comportamento das duas junções PN do transistor
TBJ quando ele está em modo ativo, nesse modo, irá existir uma corrente de base, essa corrente irá
4
reduzir o tamanho da região de depleção e isso fará com que os elétrons se locomovam através da
região de depleção, gerando corrente, a magnitude da corrente vai depender da corrente da base pois
ela vai influenciar no tamanho da região de depleção, o transistor TBJ funciona a partir desse principio,
quando ele está em modo de corte, a região de depleção aumenta, fazendo com que seja impossível
os elétrons se locomoverem através dela, o que impede a geração de corrente através do resistor,
no modo de saturação as junções PN se comportam de maneira similar ao modo de operação ativo,
também ocorre a redução da região de depleção, porém essa redução vai ser maior.
A corrente de coletor é a corrente que passa pelo coletor, é a corrente que a corrente de base
permite passar pelo terminal coletor. A corrente de base é a corrente que controla o comportamento
do transistor, essa corrente vai injetar lacunas da base para o emissor, também é responsável pela
recombinação de elétrons com lacunas na base:
iB =
ICβ
(1)
A corrente de emissor é a soma das correntes de base e coletor:
iE = iC + iB (2)
Onde α é o ganho de corrente de base comum do transistor:
α =
β
β + 1
(3)
O ganho β de um transistor, também conhecido como ganho de corrente de emissor comum, ele
pode ser obtido a partir da fórmula da corrente de base ou pela seguinte fórmula:
β =
α
1− α
(4)
Quando o transistor está no modo de operação ativo, ele pode ser polarizado de várias maneiras
diferentes e ter características distintas para cada tipo de polarização, nesse relatório nós fizemos testes
com três tipos de polarização, a primeira foi a polarização com corrente de base constante, neste tipo
de circuito, a corrente de base IB não varia pois a tensão de entrada Vcc e o resistor de base RB são
constantes.
5
Figura 5: Polarização com corrente de base constante. Retirado da internet.
Esse tipo de circuito sofre muito com mudanças de temperatura, pois as variações da corrente de
fuga e do ganho βcom a temperatura são grandes, fazendo com que a corrente de coletor IC também
varie, fazendo com que ela fique instável na região ativa.
O segundo tipo de polarização é a polarização com corrente de emissor constante, para se ter essa
polarização nós adicionamos no circuito da imagem 6 um resistor RE no terminal emissor do transistor,
essa polarização resolve o problema da instabilidade na região ativa, com a adição do resistor RE ,
quando a corrente do coletor aumenta por conta do aumento da temperatura, a tensão no resistor RE
também aumenta, diminuindo a tensão no resistorRB para compensar a equação da malha de entrada,
quando a tensão no resistor RB diminui, a corrente de base IB também diminui, fazendo com que
a corrente no coletor IC também diminua pois IC = β ∗ IB, por conta disso nós garantimos uma
estabilidade maior ao transistor na região ativa.
Figura 6: Polarização com corrente de emissor constante.. Retirado da internet.
A polarização por divisor de tensão na base resolve problemas de instabilidade mais eficiente-
mente, principalmente a instabilidade por temperatura, esse tipo de polarização é montada da seguinte
maneira:
6
Figura 7: Polarização por divisor de tensão na base. Retirado da internet.
Onde VR2 = VBE + VRE , como as tensões VR2 e VBE quase não variam, a tensão VRE é pratica-
mente constante, fazendo com que a corrente de emissor e coletor não variem também, fazendo com
que os parâmetros de polarização não se alterem, independente das variações de β.
2.3 O Experimento
2.3.1 Material Utilizado
Os componentes e materiais que utilizamos para a montagem dos circuitos foram os seguintes:
• Fonte de tensão
• Transistor BC548 (Substituído pelo BC547B)
• Resistores: 100Ω, 330Ω, 1,2kΩ, 1kΩ, 3,9kΩ, 5,6kΩ, 150kΩ – 1/4W
• Multímetro
• Protoboard
Em todos os circuitos substituímos o transistor BC548 pelo BC547B para ter melhores resultados.
2.3.2 Procedimentos
Seguimos o passa-a-passo dado no roteiro do experimento.
4.1.1 – Monte o Circuito apresentado pela Figura.
Para a primeira polarização, utilizamos a configuração de corrente de base constante, o circuito
apresentado no roteiro é o da Figura 8.
7
Figura 8: Circuito de polarização com corrente de base constante.
O circuito montado pode ser visto na Figura 9.
Figura 9: Circuito do segmento 4.1.1 montado.
4.1.2 – Anote na Tabela os valores requisitados.
8
Tabela 1: Medições para polarização com corrente de base constante.
IB (μA) IC (mA) IE (mA) VBE (V) VCE (V)
Calculado 75,333 25,608 25,683 0,7 3,549
Medido 74,1 25,2 25,4 0,72 3,6
Para esse segmento, nós fizemos o cálculo de IB, IC , IE, VBEeVCE , para fazer esses cálculos fixa-
mos o valor de VBE em 0,7V e utilizamos o valor de βdo transistor, para obter βutilizamos as medidas
obtidas com o multímetro da corrente IB e IC , depois substituímos na fórmula β =
IC
Ib
= 25,2∗10
−3
74,1∗10−6 .
Agora basta utilizar as fórmulas e substituir os valores:
IB = (12–0, 7)/150000 = 75, 333A
IC = 340, 08 ∗ 75, 3 ∗ 10− 6 = 25, 608mA
IE = IB + IC = 25, 683mA
VBE = 0, 7V
VCE = 12–(330 ∗ 25, 608 ∗ 10− 3) = 3, 549V
4.1.3 – Anote os valores do parâmetro β da folha de especificação e o obtido com os dados
oriundos da medição.
Basta ver o valor no datasheet do transistor e calcular com o βcalculado, o datasheet utilizado está
anexado no final do relatório.
Tabela 2
β (Folha de especificação) 200 a 450
β (IC/IB – medidos da tabela) 340,08
4.2.1 - Monte o circuito apresentado na figura
Para a segunda polarização, utilizamos a configuração de corrente de emissor constante, o dia-
grama do circuito Figura 10.
9
Figura 10: Circuito de polarização com corrente de emissor constante.
O circuito montado no laboratório ficou conforme a Figura 11.
Figura 11: Circuito montado no laboratório.
10
4.2.2 - Anote na Tabela 2 os valores requisitados.
Tabela 3: Medições para polarização com corrente de emissor constante.
IB (μA) IC (mA) IE (mA) VBE (V) VCE (V)
Calculado 61,413 20,817 20,879 0,7 3,042
Medido 59,0 20,0 20,1 0,722 3,14
Similar ao primeiro experimento, fixamos VBE em 0,7V e calculamos β, que ficou β = IC
IB
=
20∗10−3
59∗10−6 = 338, 98
Agora basta utilizar as fórmulas e substituir os valores:
IB = (12− 0, 7)/(150000 + (338, 98 + 1) ∗ 100) = 61, 413A
IC = 338, 98 ∗ 61, 413 ∗ 10− 6 = 20, 817mA
IE = IB + IC = 20, 879mA
VBE = 0, 7V
VCE = 12− 20, 757 ∗ 10− 3 ∗ 330− 100 ∗ 20, 879 ∗ 10− 3 = 3, 04V
4.2.3 - Anote os valores do parâmetro β da folha de especificação e o obtido com os dados
oriundos da medição.
Tabela 4
β (Folha de especificação) 200 a 450
β (IC/IB – medidos da tabela) 338,98
4.3.1 - Monte o Circuito apresentado pela Figura.
Para a terceira polarização, utilizamos a configuração de polarização por divisão de tensão, o
circuito apresentado no roteiro é o seguinte:
11
Figura 12: Diagrama do circuito de polarização por divisão de tensão.
Infelizmente, para essa configuração, não tiramos foto do circuito que montamos no laboratório,
trocamos o resistor de 3,3k ohms por um de 3,9k ohms.
4.3.2 - Anote na Tabela 3 os valores requisitados.
Tabela 5
IB (μA) IC (mA) IE (mA) VBE (V) VCE (V)
Calculado 3,446 1,410 1,413 0,7 5,08
Medido 4,3 1,76 1,62 0,64 4,47
β = IC
Ib
= 1,76∗10
−3
4,3∗10−6 = 409, 302
Para essa polarização utilizaremos o equivalente de Thevénin.
12
Figura 13: Equivalente de Thevénin do circuito da imagem 12.
IB = 3, 446A
IC = 409, 302 ∗ 3, 446 ∗ 10− 6 = 1, 410mA
IE = IB + IC = 1, 413mA
VBE = 0, 7V
VCE = 12− 3900 ∗ 1.410 ∗ 10− 3− 1000 ∗ 1, 413 ∗ 10− 3 = 5, 08V
4.3.3 - Anote os valores do parâmetro b da folha de especificação e o obtido com os dados
oriundos da medição.
Tabela 6
β (Folha de especificação) 200 a 450
β (IC/IB – medidos da tabela) 409,302
2.4 Resultados
1) Comente sobre os resultados encontrados em relação aos esperados para cada tipo de
polarização.
Em cada tipo de polarização, nós fizemos as medições de corrente de base, corrente de coletor,
corrente de emissor, tensão base-emissor e tensão coletor-emissor, para cada medição feita em labora-
tório, nós calculamos o valor utilizando as fórmulas teóricas, e como vimos, os resultados calculados
deram bem próximos dos valores medidos, e os valores coincidiram com as características apresen-
tadas na fundamentação teórica. Além disso, para cada tipo de polarização, nós calculamos o valor
13
de β e vimos que o valor estava no intervalo de valores especificados no datasheet do dispositivo, os
resultados obtidos experimentalmente foram satisfatórios.
2) O experimento se mostrou válido? Explique por quê?
O objetivo deste experimento é aprender como os tipos de polarização são montados, e analisar
a diferença entre cada tipo de polarização de forma prática, ao realizar o experimento no laboratório
conseguimos entender como os tipos de polarização são feitos, e ao fazer os cálculos nós pudemos
verificar que as medições feitas em laboratório estavam corretas, e fazendo a comparação entre cada
tipo de polarização, pudemos observar as diferenças dascaracterísticas de cada uma, por fim pudemos
verificar a autenticidade das fórmulas teóricas realizando o cálculo utilizando-as e comparando com
as medições feitas, tendo tudo isso em mente, podemos dizer que o experimento se mostrou válido,
nos dando uma boa visualização de como funciona a polarização de transistores TBJ.
Uma coisa a se observar é que cada tipo de polarização possui suas vantagens e desvantagens, mas
algumas podem ser vistas a seguir:
• Polarização simples e barato de se implementar.
• Circuito sensível à variações de temperatura e de β, fazendo ele se tornar instável na região
ativa.
• Se mudarmos o transistor, todos os parâmetros mudam, além de mudar também o ponto de
operação.
• Esse tipo de polarização é raramente utilizado em circuitos lineares devido aos pontos discutidos
acima, mas é utilizado em circuitos onde o transistor age como uma chave de liga/desliga.
Polarização com corrente de emissor constante:
• Circuito estável em relação à variações de temperatura e variações de β.
• Caso esteja usando essa polarização em um amplificador, ele terá ganho de tensão reduzido
devido ao resistor RE .
• Esse tipo de polarização é utilizado em circuitos lineares quando se há uma análise se vale a
pena ou não, levando em conta as vantagens e desvantagens acima.
Polarização por divisão de tensão:
• Circuito é mais estável ainda em relação à variações de temperatura e variações de β.
• Também ocorrerá uma redução do ganho de tensão do amplificador caso esteja utilizando essa
polarização, por conta do resistor RE .
14
• Esse tipo de polarização é bastante utilizada em circuitos lineares devido à sua estabilidade.
Apesar de não termos visto no experimento todas as vantagens e desvantagens mencionadas acima,
pudemos ter um bom entendimento de como os circuitos funcionam, como eles são montados e podem
ser utilizados.
3 Experimento 04 - Amplificação com TBJ
3.1 Objetivos
Neste relatório iremos observar experimentalmente como um transistor TBJ pode ser utilizado para
fazer um circuito amplificador de sinais, vendo como um sinal de entrada é modificado pelo amplifi-
cador, observando o sinal de saída. Utilizaremos o transistor no modo de operação ativo e utilizando
a polarização por divisor de tensão, iremos ver na prática como os amplificadores funcionam assim
como as suas características, além de observar os diversos aspectos que podem influenciar no fun-
cionamento de um amplificador. Mediremos o ganho de tensão que o amplificador possui, também
veremos a diferença de fase na saída que ocorre quando utilizamos tais circuitos, outro ponto impor-
tante que analisaremos nesse circuito é como capacitores de acoplamento podem ser utilizados para
auxiliar no funcionamento de um amplificador, veremos como esses capacitores alteram o comporta-
mento do circuito. Para cada resultado obtido em laboratório, faremos uma análise comparativa dos
resultados que conseguimos ao realizar o roteiro, comparando eles à teoria, comprovando a veracidade
da mesma.
3.2 Fundamentação Teórica
Vimos no roteiro anterior que o transistor TBJ possui três modos de operação, esses modos são
o de saturação, corte e ativo, falamos um pouco também como um transistor TBJ pode ser utilizado
para amplificar sinais, quando este está em modo de operação ativo, neste roteiro iremos entrar em
mais detalhes como podemos utiliza-lo para montar um circuito amplificador. Um amplificador é
um circuito que aumenta a potência do sinal de entrada, o coeficiente em que o sinal é amplificado é
chamado de ganho, existem ganhos de corrente, tensão, e potência, os três são calculados da mesma
forma, o valor da saída dividido pelo valor da entrada, as fórmulas para os ganhos são:
15
Figura 14: Circuito para demonstrar as fórmulas. Retirado da internet.
GanhoDeTensao(Av) =
vo
vi
GanhoDePotencia(Ap) =
PotenciaNaCarga(PL)
PotenciaNaEntrada(Pi)
= voi0
viii
GanhoDeCorrente(Ai) =
io
ii
Figura 15: Símbolo do amplificador. Retirado da internet.
A fórmula dada para os ganhos não possuem unidade de medidas, são apenas coeficientes que
multiplicam o valor da entrada, caso se queira obter um valor de ganho que possua unidade de medida,
utilizamos as seguintes fórmulas para obter o valor dos ganhos em decibéis:
GanhoDeTensao(dB) = 20log|Av|dB
GanhoDeCorrente(dB) = 20log|Ai|dB
GanhoDePotenciao(dB) = 10log|Ap|dB
Apesar do amplificador ser um dispositivo que aumenta a potência do sinal de entrada, podemos
ter casos em que o valor do ganho do amplificador seja negativo, existem duas situações, a primeira
é quando o ganho adimensional(sem unidade de medida) é negativo, que significa que o amplificador
defasou o sinal de entrada em 180°, chamamos esse tipo de amplificador de amplificador inversor.
O segundo caso é quando o ganho em decibéis é negativo, quando isso ocorre, quer dizer que houve
uma perda do sinal de entrada, a amplitude do sinal de saída será menor que a amplitude do sinal de
entrada, ou seja, ao invés de amplificar o sinal de entrada, ocorrerá uma redução do sinal.
16
Figura 16: Gráfico de tensão de entrada e saída de um amplificador não-inversor. Retirado da internet.
Figura 17: Gráfico de tensão de entrada e saída de um amplificador inversor. Retirado da internet.
O gráfico de tensão de entrada e saída para o amplificador que reduz o sinal de entrada será parecida
com o gráfico da imagem 2, porém os sinais de entrada e saída estariam trocados, sendo a tensão maior
na entrada e uma tensão menor na saída. Podemos construir um amplificador utilizando um transistor
TBJ, para fazer isso basta fazer com que ele fique no modo de operação ativo.
Figura 18: Exemplo de um circuito amplificador utilizando um transistor TBJ. Retirado da internet.
17
Um amplificador linear permite que o sinal de entrada seja amplificado sem nenhuma distorção
no sinal de saída, pois ele não altera a forma de onda do sinal de entrada, porém o amplificador
linear é um amplificador ideal, na vida real ele será difícil de se encontrar, fazendo com que sejam
utilizados amplificadores não-lineares, porém podemos fazer com que um amplificador não linear se
comporte como um amplificador linear, para fazer isso precisamos polarizar o circuito amplificador
adequadamente para que ele funcione no ponto de operação Q, que está ilustrado na figura a seguir.
Figura 19: Curva característica do amplificador. Retirado da internet.
Para obter o ponto de operação Q, precisamos polarizar o circuito com uma fonte de tensão contí-
nua, assim como foi feito no roteiro do experimento 3, isso faz com que o amplificador opere no centro
da curva, fazendo com que ele se comporte como um amplificador linear, a partir do gráfico acima
conseguimos obter o ganho de tensão do amplificador, que é exatamente a inclinação da reta. Neste
roteiro utilizamos o amplificador na configuração de emissor comum, ele é caracterizado da seguinte
maneira:
18
Figura 20: Amplificador na configuração de emissor comum. Retirado da internet.
Ele possui as seguintes características:
• A tensão de entrada Vin é composta por uma componente de corrente continua e uma compo-
nente de corrente alternada, que seria o sinal de polarização e o sinal que desejamos amplificar.
• Vin está entre a base e o emissor e é igual à VBE(Tensão base-emissor) e Vout está entre o coletor
e o emissor e é igual à VCE(Tensão coletor-emissor).
• Semelhante à Vin, a tensão de saída Vout também possui uma componente de corrente continua
e uma componente de corrente alternada, que seria o sinal de polarização e o sinal amplificado.
• O resistor RC serve para fazer a polarização do circuito, também tem a tarefa de converter a
corrente ic na tensão de saída Vout. tensão V+ é a tensão que polariza o circuito, também vai
fornecer a potência necessária para o amplificador funcionar corretamente.
O ganho de tensão do amplificador TBJ linear é dado pela seguinte fórmula:
Av = −
Vcc − Vce
VT
(5)
Onde VCC é a tensão que polariza o circuito e VT é a tensãotérmica. Como podemos ver, o
ganho adimensional possui sinal negativo, isso quer dizer que o amplificador emissor comum é um
amplificador inversor, o sina de saída será defasado em 180°. Como visto anteriormente, os sinais de
entrada e saída do amplificador terão componentes DC e AC, mas isso pode fazer com que o circuito se
comporte de maneira inesperada, para resolver esse problema utiliza-se capacitores de acoplamento,
19
que vai filtrar as frequências indesejadas do sinal, melhorando o funcionamento do circuito e reduzindo
o ruído.
Figura 21: Circuito amplificador com capacitores de acoplamento. Retirado da internet.
No circuito acima, temos três capacitores de acoplamento que estão sendo indicados pelas setas, o
capacitor na entrada irá filtrar o componente DC do sinal, permitindo passagem apenas o componente
AC, que será amplificado. O capacitor no sinal de saída também fará o mesmo papel, ele irá filtrar
o componente DC e deixará passar apenas o componente AC amplificado. Já o capacitor no canto
inferior direito irá fazer o contrário, ele irá barrar o componente AC e deixar passar apenas a parte DC
do sinal, estabilizando a corrente do emissor e melhorando o funcionamento do circuito.
3.3 O Experimento
3.3.1 Material Utilizado
Os componentes e materiais que utilizamos para a montagem dos circuitos foram os seguintes:
• Fonte de tensão
• Transistores: BC548 ou BC547
• Resistores: 220Ω, 1KΩ, 3,3KΩ, 10KΩ, 33KΩ e 82KΩ - 1/4W
• Capacitores: 10μF, 15μF e 47μF > 16V
• Multímetro
• Osciloscópio
20
3.3.2 Procedimentos
Novamente, seguimos o passa-a-passo dado no roteiro do experimento.
4.1.1 Monte o Circuito apresentado pela Figura.
Figura 22: Circuito Amplificador Emissor Comum. Retirado do roteiro.
21
Figura 23: Circuito Amplificador Emissor Comum montado.
4.1.2 Meça e anote na Tabela os valores requisitados observando os seguintes passos.
a) Antes de aplicar o sinal vs, meça as tensões VBE e VCE e certifique-se se o transistor está
operando na região ativa. Meça também a corrente IC Compare com as estimativas teóricas.
As medições e os valores calculados estão na tabela abaixo:
Tabela 7
Vbe Vce Ic
Calculado 0,7V 0V 2,805mA
Medido 0,67V 1,04V 2,160mA
Medimos um valormuito alto para Vce, repetimos amedição diversas e vezes e checamos o circuito.
Apesar dessa discrepância, decidimos continuar o experimento.
22
b)Aplique na entrada vs do amplificador uma tensão senoidal de amplitude 100mVe frequên-
cia 1KHz. Observe as formas de onda de Vs e Vo no osciloscópio. Verifique a diferença de fase.
Meça as amplitudes e calcule o ganho de tensão. Compare com o ganho estimado teoricamente.
As formas de onda no osciloscópio:
Figura 24: Vs
Figura 25: Vo
23
Figura 26: Vs e Vo
O TBJ está operando em modo de saturação. A saída está defasada em 180° em relação à entrada.
O ganho é dado por aproximadamente Av = −10.
c) Observe a tensão nos seguintes pontos:
Tabela 8
DC AC
Entrada 3,27V 100mV
Base do Transistor 2,55V 10V
Emissor do Transistor 1,94V 840mV
Nó entre RE1 e RE2 1,59V 1V
Coletor do Transistor 6,74V 9V
Saída 0,4mV 1V
d) Aumente a amplitude do sinal vs enquanto observa no osciloscópio o sinal de saída Vo.
Verifique a máxima amplitude de Vo sem distorção. Verifique se a distorção é devida ao corte
ou à saturação.
Observamos que a amplitude máxima para Vo foi de 300 mV.
Tabela 9
Vce Ic Av |v0| |vs|
Calculado 5,217V 1,485mA 12,3 3,69V 300mV
Medido 5,345V 1,833mA 12,86 3,94V 300mV
4.1.3 Retire o capacitor de emissor CE do circuito da Figura 2 e meça e anote na Tabela 2 os
valores requisitados, observando os seguintes passos:
24
a) Antes de aplicar o sinal vs, meça as tensões VBE e VCE e certifique-se se o transistor está
operando na região ativa. Meça também a corrente IC Compare com as estimativas teóricas.
Infelizmente perdemos as imagens do das medições no osciloscópio.
b)Aplique na entrada vs do amplificador uma tensão senoidal de amplitude 100mVe freqüên-
cia 1KHz. Observe as formas de onda de Vs e Vo no osciloscópio. Verifique a diferença de fase.
Meça as amplitudes e calcule o ganho de tensão. Compare com o ganho estimado teoricamente
c) Observe a tensão nos seguintes pontos:
As medições e os valores calculados estão na tabela abaixo:
Tabela 10
DC AC
Entrada 16,9µV 100mV
Base do Transistor 3,33V 103mV
Emissor do Transistor 2,69V 138,56mV
Nó entre RE1 e RE2 3,33V 141,416mV
Coletor do Transistor 4,72V 280mV
Saída 33µV 280mV
Tabela 11
Vce Ic Av
Calculado 1,85V 2,24mA 290
Medido 2,128V 2,04mA 324
d) Compare as tensões com os respectivos valores observados com capacitor CE. Justifique
as diferenças
0 capacitor emissor serve para aumentar o ganho do amplificador. Assim, observando as diferen-
ças, vemos que a tensão em Vce é muito menor sem o capacitor. Isso acontece devido ao capacitor
passar se comportar como um curto-circuito com os resistores emissores devido à sua reatância. Então
em altas frequências, RE passa a ser 0, aumentando o ganho.
3.3.3 Resultados
Respondendo às questões propostas:
1) Comente sobre os resultados encontrados em relação aos esperados para o amplificador
de pequenos sinais.
Primeiramente foi analisado o circuito em regime contínuo e depois em regime alternado, sem o
capacitor emissor. Observamos que em regime alternado o capacitor se comporta em curto-circuito,
25
forçando o TBJ a atingir seu ponto de saturação. Sem o capacitor, o TBJ permanece em modo ativo.
Assim, temos que a inclusão do capacitor emissor é fundamental para se obter um maior ganho no
amplificador de pequenos sinais.
2) O experimento se mostrou válido? Explique
Sim, apesar de alguns problemas de execução e a perda de algumas imagens, o experimento de-
monstrou claramente o comportamento do amplificador para pequenos sinais, observou-se a atuação
do TBJ em modo ativo e em modo saturação e como o capacitor emissor atua.
4 Conclusão
Com o experimento 03, pudemos verificar experimentalmente o funcionamento de transistores
TBJ, assim como fazer uma análise sobre os diferentes tipos de polarização que ele pode ter, todos os
objetivos para este relatório foram alcançados, fazendo com que pudéssemos ter um bom entendimento
do conteúdo do roteiro, vimos como um transistor opera no modo ativo, como funciona a relação da
corrente de base com a corrente do coletor através do parâmetro β, que pôde ser calculado, vimos como
os parâmetros do circuito se comporta em cada tipo de polarização, vendo as vantagens e desvantagens
de cada circuito, fazendo com que possamos escolher de maneira adequada o tipo de polarização
para a montagem de um circuito. Nesse laboratório não encontramos nenhuma grande dificuldade, a
montagem no laboratório foi feita de maneira satisfatória, e através dos cálculos e medições, pudemos
fazer uma boa comparação do resultado experimental e a teoria, comprovando a autenticidade da
mesma.
Já no experimento 04, verificamos o funcionamento de um amplificador de pequenos sinais uti-
lizando transistores TBJ. Os resultados obtidos demonstraram claramente os efeitos do transistor e a
estrutura do amplificador e o papel do capacitor emissor.
26
Referências
Material disponibilizado pelo professor.
https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolartransistorbiasing
https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-4/active-mode-operation-bjt/
http://joinville.ifsc.edu.br/btaques/
https://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran1.html
https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp2.html
27
B
C
546 / B
C
547 / B
C
548 / B
C
549 / B
C
550 —
 N
P
N
 E
p
itax
ial S
ilico
n
 Tra
n
sis
to
r
© 2002 Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com
BC546 / BC547 / BC548 / BC549 / BC550 Rev. 1.1.0 2 
Absolute Maximum Ratings
Stresses exceeding the absolute maximum ratings may damage the device. The device may not function or be opera-
ble above the recommended operating conditions and stressing the parts to these levels is not recommended. In addi-tion, extended exposure to stresses above the recommended operating conditions may affect device reliability. The
absolute maximum ratings are stress ratings only. Values are at TA = 25°C unless otherwise noted.
Electrical Characteristics
Values are at TA = 25°C unless otherwise noted.
hFE Classification
Symbol Parameter Value Unit
VCBO Collector-Base Voltage
BC546 80
VBC547 / BC550 50
BC548 / BC549 30
VCEO Collector-Emitter Voltage
BC546 65
VBC547 / BC550 45
BC548 / BC549 30
VEBO Emitter-Base Voltage
BC546 / BC547 6
V
BC548 / BC549 / BC550 5
IC Collector Current (DC) 100 mA
PC Collector Power Dissipation 500 mW
TJ Junction Temperature 150 °C
TSTG Storage Temperature Range -65 to +150 °C
Symbol Parameter Conditions Min. Typ. Max. Unit
ICBO Collector Cut-Off Current VCB = 30 V, IE = 0 15 nA
hFE DC Current Gain VCE = 5 V, IC = 2 mA 110 800
VCE(sat)
Collector-Emitter Saturation 
Voltage
IC = 10 mA, IB = 0.5 mA 90 250
mV
IC = 100 mA, IB = 5 mA 250 600
VBE(sat) Collector-Base Saturation Voltage
IC = 10 mA, IB = 0.5 mA 700
mV
IC = 100 mA, IB = 5 mA 900
VBE(on) Base-Emitter On Voltage 
VCE = 5 V, IC = 2 mA 580 660 700
mV
VCE = 5 V, IC = 10 mA 720
fT Current Gain Bandwidth Product
VCE = 5 V, IC = 10 mA, 
f = 100 MHz
300 MHz
Cob Output Capacitance VCB = 10 V, IE = 0, f = 1 MHz 3.5 6.0 pF
Cib Input Capacitance VEB = 0.5 V, IC = 0, f = 1 MHz 9 pF
NF
Noise 
Figure
BC546 / BC547 / BC548 VCE = 5 V, IC = 200 μA,
f = 1 kHz, RG = 2 kΩ
2 10
dB
BC549 / BC550 1.2 4.0
BC549 VCE = 5 V, IC = 200 μA,
RG = 2 kΩ, f = 30 to 15000 MHz
1.4 4.0
BC550 1.4 3.0
Classification A B C
hFE 110 ~ 220 200 ~ 450 420 ~ 800
A Datasheet do transistor BC547B
28
	Introdução
	Experimento 03 - Polarização de Transistores
	Objetivos
	Fundamentação Teórica
	O Experimento
	Material Utilizado
	Procedimentos
	Resultados
	Experimento 04 - Amplificação com TBJ
	Objetivos
	Fundamentação Teórica
	O Experimento
	Material Utilizado
	Procedimentos
	Resultados
	Conclusão
	Referências
	Datasheet do transistor BC547B