ELT313_Lab5r

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UNIFEI - IEE/DON Kazuo Nakasshima & Egon Luiz Muller 1
ELT313 – LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
LABORATÓRIO NO 5: TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO - BJT 
 
Objetivos: 
? Testar o transistor com multímetro digital. 
? Utilizar o transistor como controlador con-
tínuo e chaveado e como amplificador. 
? Levantar a curva característica e a reta 
de carga. 
? Analisar os circuitos de polarização 
 
 
5.1 - TESTE DE TRANSISTOR BIPOLAR 
? Testar as junções dos transistores NPN e 
PNP. 
 
Emissor Coletor
Base
N NP
2N3904
E B C
 
 
2N3904 (NPN) direto reverso 
emissor B-E 
coletor B-C 
C-E 
hFE ** 
 
 
Emissor Coletor
Base
N PP
2N3906
E B C
 
 
2N3906 (PNP) direto reverso 
emissor B-E 
coletor B-C 
C-E 
hFE ** 
 
5.2 - MODO DE OPERAÇÃO CONTÍNUO 
 O circuito apresentado na Figura 2 é utili-
zado para controlar a potência na carga 
constituída pelo resistor Rc e pelo diodo e-
missor de luz LED. O LED foi utilizado para 
podermos visualizar o controle da potência. 
VCC
VD
VCVB
Vi
GND/GF
GND/OSC
+15V
2N3904
LED
CH2
CH1
Rc
1k
Rb
100k
 
Figura 2- Amplificador transistorizado. 
? Montar o circuito apresentado na Figura 2 
em um Proto Board. 
? Ajustar o gerador de funções GF para ge-
rar onda quadrada em 1kHz, OFF SET 
ajustável e amplitude ZERO (ou quase). 
Desta forma estaremos utilizando o gera-
dor de funções como uma fonte de ten-
são contínua ajustável. 
? Ligar o osciloscópio conforme indicado 
na Figura 2 e com os ajustes conforme 
indicado no oscilograma da Figura 3. 
? Ligar a fonte Vcc (pre-ajustado em 15V). 
? Variar o OFF SET do gerador de funções 
de forma que Vi (CH1) varie entre -5V e 
+10V. 
Observe que a luz emitida pelo LED au-
menta quando aumentamos Vi. 
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? Ajuste Vi para um valor abaixo de zero 
(entre 0 e -5V). O transistor está na regi-
ão de CORTE e o LED estará totalmente 
apagado. A tensão no coletor do transis-
tor é 13V devido à queda de tensão de 
2V provocada pelo LED. 
? Ajuste Vi para +10V. Observe que a ten-
são no transistor é aproximadamente ze-
ro. O transistor está saturado e o LED es-
tará com emissão máxima. Provavelmen-
te esta condição foi atingida com Vi me-
nor que +10V. 
OBS. Se o transistor não entrar na região de 
saturação, instalar outro resistor de 100kΩ 
em paralelo à Rb. Considere este novo valor 
de RB=50kΩ. 
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.2mSEC/DIV
0V
CH1
0V
CH2
 
Figura 3- Oscilograma Modo Contínuo. 
Vi=-2V e Vc=+13V. 
? Medir a tensão nos resistores para calcu-
lar o valor da corrente: 
IC=VRc/RC 
IB=VRb/RB 
? Calcular o ganho de corrente deste tran-
sistor hFE = IC / IB 
? Ajuste Vi até que a tensão no transistor 
fique em 6,5V (VC=6,5V). O LED estará 
brilhando com intensidade menor. 
? Calcular e completar a Tabela 1. 
 
 
 Tabela 1 
Medido corte sat 
VCE 6,5 [V] 
VD 
VC 
Vi 
VB 
 
VRB 
VRC 
VLED 
 
 Calculado 
IC 
IB 
 
PCC 
PQ 
PLED 
PR 
PO 
G=Po/Pi 
η=Po/Pcc 
 
5.3- MODO DE OPERAÇÃO CHAVEADO 
 Uma outra forma de controlar a potência 
na carga é operar o transistor como CHAVE. 
 Quando a chave estiver aberta (transistor 
em corte ou off) a potência na carga será ze-
ro e quando a chave estiver fechada (transis-
tor saturado ou on) a potência na carga será 
a máxima (ou de pico). 
 O controle da potência é feito mudando a 
relação entre o tempo ON e o tempo OFF. A 
relação entre o tempo ON e o período 
T=ON+OFF é denominado ciclo de trabalho 
ou Duty Cycle . d=TON/T 
 Esta técnica de controle é conhecida co-
mo “Modulação em Largura de Pulso” ou 
PWM (Pulse Width Modulation). 
? Aumente a amplitude da tensão do Gera-
dor de Funções gradativamente até que o 
transistor entre em corte e saturação. 
Observando VC através de CH2 do osci-
loscópio, a onda quadrada terá o mínimo a-
proximadamente em zero (ou Vce-sat) e má-
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ximo em aproximadamente 13V (ou VCC-
VLED). 
A potência no LED praticamente não alte-
rou, porém, a potência dissipada no transis-
tor caiu drasticamente, de 42,25[mW] para 
1,28[mW] médio, 2,56[mW] durante 50% do 
tempo. 
 
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.2mSEC/DIV 
0V 
 
CH1 
CH2 
0V 
 
Figura 4- Oscilograma Modo Chaveado d=0,5 
Durante a saturação, a potência dissipada 
na carga é aproximadamente 192mW. Como 
esta potência é dissipada em apenas 50% 
do tempo (d=0.5), a potência média na carga 
será aproximadamente 95mW. Ligeiramente 
menor que a potência fornecida pela fonte 
Vcc (Pcc=96mW) 
 O cálculo da potência para forma de onda 
pulsada é mais complicado. No resistor a po-
tência é proporcional ao quadrado do valor 
eficaz da corrente, enquanto que na fonte 
contínua Vcc e no LED (se considerarmos 
queda de tensão constante) a potência é 
proporcional ao valor médio da corrente. 
)(
2
)(
*)(
*)(
avC
RMSC
IVccVccP
IRcRcP
=
=
 
Para medir corretamente o valor eficaz de 
tensão ou corrente não senoidal necessita-
remos de um multímetro True RMS. 
22
acdcRMS VVV += 
 
Controle no modo chaveado 
 Alterando o ciclo de trabalho, alteramos a 
potência média dissipada pela carga. 
)(*)( picoPdavP = 
Os valores de potência podem ser calcu-
lados com os resultados encontrados na 
condição SATURADO e em função do ciclo 
de trabalho. 
? Ajuste o DUTY do gerador de funções. 
Consulte o manual de operações do ge-
rador de funções. Ajuste o ciclo de traba-
lho para 0.2 (baixa potência) e depois pa-
ra 0.8 (alta potência). 
 
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.2mSEC/DIV
0V 
0V 
 
Figura 5- Oscilograma Modo Chaveado d=0,2 
 
Tabela 2- Controle Chaveado PWM 
Valores Médios (Av) 
d 0,2 0,5 0,8 
Ic (av) 
Ib (av) 
mA 
µA 
PCC (av) 
P(Rc) (av) 
P(LED)(av) 
PO(av) 
PQ(av) 
Pi(av) 
η 
 
 
 
 
mW 
 
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5.4 - AMPLIFICADOR 
 Outra grande aplicação do transistor é 
como amplificador. 
Um amplificador linear aumenta a ampli-
tude de tensão e corrente sem provocar dis-
torção. 
 Para que o transistor opere como amplifi-
cador é necessário que o mesmo opere na 
“região ativa”, ou seja, em um ponto entre o 
“corte” e a “saturação”. Isto significa que o 
transistor deve ser “polarizado” antes que o 
sinal a ser amplificado seja aplicado no tran-
sistor. 
? Mude a forma de onda do gerador de 
funções para SENO e ajuste o OFF SET 
até que a tensão no coletor seja aproxi-
madamente Vc=6,5V. Ajuste a amplitude 
em 5vpp e verifique que a tensão de saí-
da, Vc, é uma senoidal maior e com fase 
invertida. 
? Para obter maior amplificação, instale um 
resistor de 10[kΩ] em paralelo a Rb e di-
minua o OFF SET e AMPLITUDE de Vi. 
? Desloque o “ponto de operação quiescen-
te” do transistor atuando no OFF SET do 
gerador de funções. 
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.5mSEC/DIV
0V
SENO 1kHz 5Vpp 6Vdc
0V
 
Figura 6 - Amplificador 
Observe que o sinal de saída ficará dis-
torcido se o transistor não for polarizado a-
dequadamente, ou seja, se ficar polarizado 
próximo do corte e próximo da saturação. 
 
CH1: V/DIV CH2: V/DIV H: SEC/DIV
0V
SENO 1kHz 5Vpp 2.5Vdc
0V
corte
 
CH1: V/DIV CH2: V/DIV H:SEC/DIV 
0V
SENO 1kHz 5Vpp 10Vdc 
0V
saturação
 
Figura 7- Amplificador. a) Próximo do corte 
b) Próximo da saturação 
? Responda: Em qual faixa de VCE o transis-
tor opera como amplificador? 
 
 
 
 
? Responda: Em qual ponto de operação 
quiescente VCEQ este amplificador permite 
a máxima amplitude sem ceifamento? 
 
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5.5 - RETA DE CARGA 
 Um circuito transistorizado deve ser anali-
sado pelo lado da potência (circuito do cole-
tor) e pelo lado da polarização (circuito da 
base). 
 Analisando o circuito do coletor observa-
mos um circuito Thevenin. Na saída deste 
circuito Thevenin está o transistor (VCE) con-
duzindo uma corrente (IC). 
VTh=Vcc 
 Rth=Rc. 
A reta de carga é definida pela tensão e 
resistência Thevenin, VTh e RTh. 
No circuito apresentado na Figura 8 po-
demos equacionar: 
Vcc=Vce + Rc.Ic ou 
Ic= (Vcc –Vce) / Rc 
que é a equação de uma reta cuja inclinação 
é definida pela resistência Rc. 
 Dois pontos desta reta são: Vce=Vcc para 
Ic=0 e Ic=Vcc/Rc para Vce=0, ou (15V, 0mA) 
e (0V, 15mA) 
 
VCC
VBB VB
VC
RC
1k
RB
100k
15V
mA IC
 
Figura 8 - Circuito 
 Ajustando a corrente de polarização, cor-
rente na Base do transistor, o ponto de ope-
ração do transistor (Vce, Ic) deslocará sobre 
a reta de carga, desde o corte até a satura-
ção. A Figura 9 apresenta o gráfico da reta 
de carga e o gráfico do balanço de potência. 
Sobrepondo a curva característica do 
transistor, a curva Ic vs. Vce, e a reta de car-
ga conseguimos determinar o comportamen-
to do circuito e o “ponto de operação” do 
transistor. 
 
 
5 10 15V
5m
10m
15mA 
Ic 
Vce 
 
5 10 15V
100m
200m
300 
mW 
Pcc 
Po 
Pd 
Vce 
Figura 9 - Reta de carga e Balanço de potên-
cia 
 
Medições 
Observe no circuito da Figura 8 que ne-
cessitamos de duas fontes positivas inde-
pendentes. Podemos utilizar o gerador de 
funções com ajuste de nível CC (off set) co-
mo VBB ou utilizar um potenciômetro com 
mostra o circuito da Figura 10. 
Para evitar a utilização do multímetro na 
escala amperimétrica mediremos apenas o 
potencial em 4 pontos do circuito, todos em 
relação à LINHA de TERRA. Os demais va-
lores (correntes, potência e ganho) serão 
calculados. 
 
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Figura 10 – Circuito alternativo 
? Ajuste Vbb entre -10 e +10V. 
? Medir VB e VC e calcular os demais valo-
res. Preencha a tabela 3. 
OBS. Se o transistor não entrar na região de 
saturação, instalar outro resistor de 100kΩ 
em paralelo à Rb. Considerar este novo va-
lor Rb=50kΩ no cálculo de IB. 
 
Tabela 3 - Reta de Carga RB= 
VBB VB VC VCE IC IB hFE 
-10 
-8 
-7 
-6 
-4 
-2 
-1 
 
 0,2 
 1 
 2 
 4 
 6 
 8 
 10 
 12 
 14 
 
 
? Qual a máxima tensão reversa na junção 
do emissor? 
BVBE 
? Desenhar a reta de carga no gráfico da 
Figura 11 e a curva hFE x IC no gráfico da 
Figura 12. 
 
Figura 11- Reta de carga 
 
 
Figura 12- hFE x IC 
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5.6 - CURVA CARACTERÍSTICA - IC x VCE 
 Para obter a curva do coletor é necessário 
manter a corrente na Base (IB) constante, 
variar a tensão entre Coletor e Emissor (VCE) 
e medir a corrente no coletor (IC), como 
mostra a Figura 13. Observe que 
necessitamos de duas fontes de alimentação 
CC positiva ajustável. Podemos utilizar o 
gerador de funções com ajuste de OFF SET 
como VBB. 
VCC
VBB VB
VC
RC
1k
RB
100k
15V
mA IC
Figura 13 – Circuito para obtenção das cur-
vas do coletor. 
 
 
Figura 14 – Curva característica do coletor – 
Rc fixo e Vcc variável. 
Para manter Ib constante, imune à varia-
ção de VBE, que pode variar entre 0,6 e 0,8V, 
recomendamos trabalhar com maior valor de 
VBB possível. Uma corrente de 100uA produ-
zida por uma fonte de 10,7V associada a 
uma resistência de 100 kΩ é mais estável do 
que 100uA produzida por uma fonte de 1,7V 
e resistência de 10kΩ. 
 Na ausência de uma fonte DC ajustável, 
recomendamos o circuito apresentado na 
Figura 15. 
VCC
VB
VC
RC1
1k
RB
150k
300k
750k
15V
IC
RC2
10k
VBB=VCC
 
Figura 15 – Circuito alternativo para obtenção 
das curvas do coletor. 
 
Figura 16 – Curva característica do coletor – 
Vcc fixo e Rc variável. Reta de carga ajustá-
vel. 
Na ausência de um segundo multímetro, 
utilizado com amperímetro, meça a tensão 
no resistor Rc e calcule o valor da corrente 
IC = V(RC) / RC 
IB = V(RB) / RB 
? Ajustar IB atuando no Off Set do gerador 
de funções que deve estar com amplitude 
zerada (ou mínima). Medir a tensão em 
RB. 
? Ajustar VCE atuando em VCC. 
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? Medir ou calcular IC. 
? Preencher a Tabela 4. 
OBS. Concentrar as medições no cotovelo 
da curva e espaçar as medições na região 
de operação (IC constante). 
 Tabela 4 
IB 20uA 50uA 100uA
VCE IC IC IC 
0 0 0 0 
0,1 
0,2 
0,3 
0,4 
0,5 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
[V] [mA] 
 
? Desenhar a curva Ic= f(Vce) num gráfico 
15x15cm. 
 
Figura 17 – Curva característica do coletor. 
 
Usando osciloscópio 
 
 Podemos observar a curva característica 
de um transistor através do osciloscópio o-
perando no modo X-Y como mostra a Figura 
18. 
 
BR = 300k
GND/GF Isolado
CH1
CH2(-)
GND
OSC
1k
 
 
Figura 18- Circuito para observação da curva 
IC x VCE através do osciloscópio. 
 
? Isolar o GND do gerador de funções 
 
? Ajuste o gerador de sinais para uma onda 
triangular com 10 VPP e nível DC de 5 V 
(use o offset DC do gerador de sinais) e 
conecte o osciloscópio como indicado. 
 
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5.7 CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO 
OBJETIVOS 
 O objetivo desta aula é verificar a estabili-
dade do ponto de operação de vários circui-
tos de polarização do transistor bipolar. 
 A estabilidade do ponto de operação pode 
ser verificada variando-se a temperatura do 
transistor ou trocando o transistor. Neste 
ensaio verificaremos a estabilidade do circui-
to comparando o resultado de medição de 
outras equipes. 
 Os circuitos foram projetados para que 
apresentassem o ponto de operação mais 
próximo um do outro. 
CCQCE VkV ≅)( 
)(
)1()(
EC
CC
QC RR
V
kI +−≅ 
10 << k 
CÁLCULOS PRELIMINARES 
? Calcular o ponto de operação do transis-
tor de cada circuito considerando 
hFE=100 e 300 e indicar o circuito mais 
estável. 
Tabela 5 
 hFE=100 hFE=300 
circuito VCE IC VCE IC 
1 
2 
3 
4 
5 
 
ENSAIO 
 Neste ensaio evitaremos, sempre que 
possível, a utilização da escala 
amperimétrica do multímetro. As correntes 
serão calculadas através da diferença de 
potencial em uma resistência. 
? Medir VCC, VC, VE e VB e calcular os 
demais valores. 
1- POLARIZAÇÃO FIXA DA BASE 
 
VCC
VB
VC
RC
1kRB
300k
15V
200
 
Circuito 1- Polarização fixa. 
 
VCC VC VE VB 
 
 
VCE ICIB hFE 
 
 
VCE=VC-VE 
IC=(VCC-VC)/RC 
IB=(VCC-VB)/RB 
hFE=IC/IB 
 
IC-SAT=15/1k2=12.5mA 
 
 
BB BE
FEC
B
V -VI = h 
R
= 
 
 
 Este circuito de polarização é o mais sim-
ples de todos, porém o menos estável. Ob-
serve a grande variação do ponto de opera-
ção. 
 
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2 - POLARIZAÇÃO COM REALIMENTAÇÃO DE 
TENSÃO DO EMISSOR 
 
VCC
15V
VB
VC
RC
1k
RB
300k
RE
200
VE
 
Circuito 2 - Polarização estável do emissor. 
 
VCC VC VE VB 
 
 
VCE IC IB hFE 
 
 
VCE=VC-VE 
IC=(VCC-VC)/RC 
IB=(VCC-VB)/RB 
hFE=IC/IB 
 
B
E
BECC
C R R
FE
V -VI = 
h +
 
 
 Este circuito é mais estável que o anterior. 
Quanto maior for a resistência RE melhor se-
rá a estabilidade do ponto de operação. 
 
A melhoria da estabilidade do ponto de 
operação não foi expressiva devido ao baixo 
valor de RE. Faça uma análise para RE=1kΩ. 
 
3- POLARIZAÇÃO COM REALIMENTAÇÃO DE 
TENSÃO DO COLETOR. 
 
VCC
15V
VB
VC
RC
1k
RB
150k
RE
200
VE
 
Circuito 3- Polarização com realimentação de 
tensão. 
 
VCC VC VE VB 
 
 
VCE IC IB hFE 
 
 
VCE=VC-VE 
IC=(VCC-VC)/RC - IB 
IB=(VC-VB)/RB 
hFE=IC/IB 
 
B
C E
BECC
C R (R R )
FE
V -VI = 
h + +
 
 
Este circuito apresenta boa estabilidade 
do ponto de operação devido à realimenta-
ção negativa proporcionada pela resistência 
Rb entre o coletor e a base do transistor. 
 
Num amplificador esta realimentação ne-
gativa deverá ser bloqueada para corrente 
alternada através de um desacoplamento. 
 
 
 
 
 
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4- POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO E 
REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DO EMISSOR 
 
VCC
15V
VB
VC
RC
1k
RB1
10k
RE
200
VE
RB2
2k
 
Circuito 4- Polarização por divisor de tensão. 
 
VCC VC VE VB 
 
 
VCE IC IB hFE 
 
 
VCE=VC-VE 
IC=(VCC-VC)/RC 
IB=((VCC -VB)/RB1)-(VB/RB2) *** 
hFE=IC/IB 
 
 
IC(Q)= 
 
 
***Este resultado é muito impreciso. Uma 
imprecisão de 5% nos resistores RB1 e RB2 
provocará um erro de aproximadamente 
30µA na avaliação de IB, cujo valor deve es-
tar entre 50 e 150µA. Ou seja, um erro de 
5% na resistência poderá provocar um erro 
de 50% na estimativa de IB. Nos circuitos an-
teriores a imprecisão de 5% nestes resisto-
res provoca um erro de 5% na avaliação de 
IB. 
 
Estamos na situação onde devemos utili-
zar o multímetro na escala amperimétrica. 
 
5- CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DO EMISSOR 
 
VCC
VB
VC
RC
1k
RB
10k
15V
RE
2k
15V
VEE
VE
 
Circuito 5- Polarização do Emissor 
 
VCC VC VE VB 
 
 
VCE IC IB hFE 
 
 
VCE=VC-VE 
IC=(VCC-VC)/RC 
IB= -VB/RB 
IE=IC+IB 
hFE=IC/IB 
 
IC_sat= 30V/(1k+2k)= 10mA 
 
 
IC(Q)= 
 
 
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6 - CIRCUITO EQUIVALENTE 
 
 Os circuitos 1, 2, 4 e 5 apresentam o mes-
mo circuito equivalente. 
VCC
VB
VC
RC
RB
RE
VE
VBB
Circuito Equivalente. 
 
 
B
E
BB BE
C R R
FE
V -VI = 
h +
 
 
 
 
 No circuito 1, VBB=VCC, 
RE=0 
RC=1,2k 
 
 No circuito 2, VBB=VCC, 
RE=200 
RC=1k. 
 
 No circuto 4, VBB=(RB2/(RB1+RB2))VCC 
 RB=RB1//RB2 
 RE=200 
RC=1k 
 
 No circuto 5, VCC=30V 
VBB= -VEE 
 RE=2k 
RC=1k 
 
 A estabilidade do ponto de operação é in-
versamente proporcional à relação entre os 
resistores RB e RE, ou seja, quanto menor a 
relação RB /RE maior a estabilidade. 
 No circuito 4, para diminuir a resistência 
RB foi necessário diminuir VBB através do di-
visor resistivo RB1 e RB2. 
 No circuito 5 a resistência RE foi aumen-
tada mas para isso foi necessário adicionar 
uma fonte VEE. Quanto maior RE maior será 
VEE. 
 O circuito 4 com VCC=30V, RB1= RB2=20k 
e RE=2k tem desempenho semelhante ao 
circuito 5. 
 
 
? Anotar os resultados das demais banca-
das. 
? Verificar os resultados e comparar com 
os da Tabela 1. 
 
Tabela 7 
circuito 1 2 3 4 5 
B1 VCE 
 IC 
B2 VCE 
 IC 
B3 VCE 
 IC 
B4 VCE 
 IC 
B5 VCE 
 IC 
B6 VCE 
 IC 
 
 
? Responda: qual circuito apresenta melhor 
estabilidade do ponto de operação? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá, MG,fevereiro de 2005