Aula 9 Transistores

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EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  9	
   EEL/CTC/UFSC	
  
	
   1/8	
  
	
  
Introdução	
  Teórica	
  aula	
  9:	
  	
  
Transistores	
  	
  
Definição	
  de	
  Transistores	
  de	
  Junção	
  Bipolar	
  Os	
  Transistores	
  de	
  Junção	
  Bipolar	
  (TJB)	
  são	
  dispositivos	
  não-­‐lineares	
  de	
  3	
  terminais	
  construídos	
  com	
  base	
  em	
  duas	
  junções	
  PN:	
  
	
   	
  Os	
  TJBs	
  podem	
  ser	
  de	
  2	
  tipos	
  (NPN	
  ou	
  PNP):	
  	
  
	
  	
  	
  
	
  Tal	
  como	
  os	
  diodos,	
  os	
  transistores	
  são	
  fabricados	
  com	
  materiais	
  semiconductores,	
  normalmente	
  o	
  silício.	
  Emissor	
  e	
  coletor	
  não	
  devem	
  ser	
  trocados	
  entre	
  si.	
  	
  	
  	
  
Aplicação	
  das	
  Leis	
  de	
  Kirchhoff	
  nos	
  TJBs	
  Os	
  sentidos	
  indicados	
  para	
  as	
  tensões	
  e	
  correntes	
  nos	
  TJBs	
  são	
  os	
  sentidos	
  convencionais	
  (ou	
  sentidos	
  positivos).	
  	
  	
  
Transistor	
  do	
  tipo	
  NPN	
  
Transistor	
  do	
  tipo	
  PNP	
  
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  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  9	
   EEL/CTC/UFSC	
  
	
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Aplicação	
  das	
  Leis	
  de	
  Kirchhoff	
  nos	
  TJBs	
  
	
  Polarização	
  direta:	
  “diodo”	
  em	
  condução	
  (VD=VON).	
  Polarização	
  inversa:	
  “diodo”	
  cortado	
  (VD	
  <	
  VON).	
  	
  
Características	
  na	
  Zona	
  Ativa	
  Esquema	
  equivalente	
  de	
  um	
  transistor	
  na	
  zona	
  ativa:	
  
	
  Todas	
  estas	
  equações	
  são	
  validas	
  apenas	
  na	
  zona	
  ativa.	
  
Portas lógicas
Aplicação 
típica
Portas lógicas
Amplificadores
Direta
Inversa
Inversa
Polarização 
da junção BC
Direta
Direta
Inversa
Polarização 
da junção BE
Saturação
Zona Ativa
Corte
Modo de 
operação 
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  Básica	
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Equações	
  	
  
	
  	
  A	
  curva	
  característica	
  VCE-­‐IC	
  do	
  TJB:	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
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   4/8	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
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  Básica	
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  Aula	
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Roteiro	
  laboratório	
  aula	
  9:	
  
Transistores	
  	
  
Objetivos	
  
• Introduzir	
  conceitos	
  básicos	
  sobre	
  transistores	
  (transistor	
  bipolar	
  de	
  junção)	
  
• Aprender	
  a	
  montar	
  circuitos	
  com	
  transistores	
  
• Observar	
  o	
  funcionamento	
  do	
  transistor	
  como	
  chave	
  
Lista	
  de	
  material	
  
• Osciloscópio,	
  gerador	
  de	
  sinais	
  e	
  multímetro	
  
• Resistores	
  de	
  diversos	
  valores	
  
• Transistores	
  BC546	
  ou	
  equivalente	
  
Roteiro	
  da	
  experiência	
  1) Considere	
  o	
  circuito	
  abaixo,	
  onde	
  VCC	
  =	
  5V	
  e	
  RC	
  =	
  1kΩ.	
  
	
  a) Identifique	
  no	
  circuito	
  acima	
  os	
  3	
  terminais	
  do	
  transistor:	
  base	
  (B),	
  emissor	
  (E),	
  coletor	
  (C).	
  Rotule	
  também	
  as	
  tensões	
  VBE	
  (base-­‐emissor)	
  e	
  VCE	
  (coletor-­‐emissor),	
  assim	
  como	
  as	
  tensões	
  𝑉!! 	
  (queda	
  de	
  tensão	
  no	
  resistor	
  RB)	
  e	
  𝑉!! 	
  (queda	
  de	
  tensão	
  no	
  resistor	
  RC).	
  b) Monte	
  o	
  circuito,	
  usando	
  RB	
  =	
  10kΩ.	
  c) Varie	
  o	
  resistor	
  RB	
  (utilizando	
  também	
  os	
  valores	
  de	
  470kΩ	
  e	
  1MΩ	
  )	
  e	
  preencha	
  a	
  tabela	
  1.	
  (Obs:	
   tome	
  cuidado	
  para	
  não	
  confundir	
  𝑉!! 	
  com	
  VBE,	
  ou	
  𝑉!! 	
  com	
  VCE.)	
  Considere	
   também	
  o	
  caso	
  (última	
   linha	
  da	
  tabela)	
  em	
  que	
  o	
   terminal	
  A	
  de	
  RB	
  é	
  desconectado	
  da	
   fonte	
  e	
   ligado	
  diretamente	
  ao	
  terra	
  (VBE	
  =	
  0).	
  d) Baseado	
  nos	
  resultados	
  acima,	
  identifique	
  na	
  tabela	
  1	
  as	
  situações	
  nas	
  quais	
  o	
  transistor	
  está	
  cortado,	
  saturado	
  ou	
  na	
  região	
  ativa.	
  e) Estime	
  o	
  valor	
  de	
  β	
  (ganho	
  de	
  corrente).	
  (Dica:	
  lembre	
  que,	
  na	
  região	
  ativa,	
  𝐼! ≈ 𝛽𝐼! .)	
  	
  2) Considere	
  o	
  circuito	
  abaixo,	
  onde	
  RC	
  =	
  220Ω,	
  RB	
  =	
  10kΩ	
  e	
  VCC	
  =	
  5V.	
  a) Monte	
   o	
   circuito.	
   A	
   tensão	
   produzida	
   pelo	
   gerador	
   de	
   sinais	
   (VG1)	
   deve	
   ser	
   uma	
   onda	
  quadrada	
  com	
  Vmin	
  =	
  -­‐5V	
  e	
  Vmax	
  =	
  5V	
  e	
  frequência	
  de	
  10Hz.	
  	
  
RB
VCC
T1
RC
A	
  
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  Eletricidade	
  Básica	
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  Aula	
  9	
   EEL/CTC/UFSC	
  
	
   6/8	
  
	
  b) Explique	
  por	
  que	
  os	
  LEDs	
  piscam.	
  Para	
  construir	
  sua	
  explicação,	
  siga	
  os	
  passos	
  a	
  seguir:	
  i) Considere	
  um	
  dos	
  semiciclos	
  da	
  tensão	
  no	
  gerador	
  de	
  sinais;	
  ii) Determine	
  se	
  o	
  transistor	
  T1	
  está	
  cortado	
  ou	
  saturado;	
  iii) Substitua	
  T1	
  por	
  um	
  modelo	
  equivalente;	
  iv) Determine	
  se	
  o	
  transistor	
  T2	
  está	
  cortado	
  ou	
  saturado;	
  v) Substitua	
  T2	
  por	
  um	
  modelo	
  equivalente;	
  vi) Repita	
  para	
  o	
  outro	
  semiciclo	
  de	
  tensão.	
  (Dica:	
  para	
  analisar	
  o	
  que	
  acontece	
  com	
  o	
  primeiro	
  LED,	
  é	
  suficiente	
  considerar	
  o	
  segundo	
  RB	
   como	
   um	
   circuito	
   aberto;	
   esta	
   aproximação	
   é	
   válida	
   pois	
   RB	
   possui	
   um	
   valor	
  relativamente	
  alto,	
  e	
  portanto	
  a	
  corrente	
  que	
  o	
  atravessa	
  é	
  muito	
  pequena	
  comparada	
  com	
  a	
  corrente	
  mínima	
  de	
  funcionamento	
  do	
  LED.)	
  
	
   	
  
RB
T2
LE
D
2
RC
LE
D
1
+
VG1
VCC
RB
T1
RC
EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  9	
   EEL/CTC/UFSC	
  
	
   7/8	
  
	
  Aluno(a):	
  ______________________________________________________.	
   Turma:	
  ______________________	
  Matrícula:	
  _______________________	
  Data:	
  _____/_____/__________	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Nota:	
  ________________________	
  
 
Tabela 1 
	
  
Questão 1.e) 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
   	
  
Questão 2.b) 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
	
  
	
   IB	
  =	
  𝑉!!/RB	
   VBE	
   IC	
  =	
  𝑉!!/RC	
   VCE	
   Região	
  RB	
  =	
  10kΩ	
   	
   	
   	
   	
   	
  RB	
  =	
  470kΩ	
   	
   	
   	
   	
   	
  RB	
  =	
  1MΩ	
   	
   	
   	
   	
   	
  VBE	
  =	
  0V	
   0A	
   	
   	
   	
   	
  
EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  9	
   EEL/CTC/UFSC	
  
	
   8/8	
  
Questão	
  de	
  preparação	
   Discorra	
  sobre	
  a	
  história	
  do	
  transistor	
  e	
  a	
  importância	
  dessa	
  descoberta	
  na	
  engenharia.