EXPERIENCIA 2 POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES E TRANSISTOR COMO CHAVE

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ENGENHARIA MECÂNICA
EXPERIÊNCIA: POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES E TRANSISTOR COMO CHAVE
Polarização do Transistor;
Transistor como chave;
Utilização no Proteus;
São Paulo
1. Introdução
	Os circuitos com transistores polarizados emissor comum são utilizados para amplificar sinais de tensão pequenos, tais como os sinais de rádios fracos captados por uma antena. Eles também são utilizados em uma configuração especial de circuito analógico conhecido como fonte de corrente, onde uma única entrada compartilhada é utilizada para controlar uma série de transistores idênticos, cada uma dessas correntes de saída será aproximadamente igual às outras, mesmo que estes transistores estejam controlando cargas de saída distintas.
	O emissor comum é um tipo de estágio de um amplificador eletrônico baseado em um transistor bipolar em série com um elemento de carga tal como um resistor. O termo "emissor comum" se refere ao fato de que o terminal do emissor do transitor (indicado por um símbolo de flecha) é conectado a uma ligação "comum", tipicamente a referência de 0 volt ou ao terra. O terminal do coletor é conectado à carga da saída, e o terminal da base atua como a entrada de sinal. Esta configuração pode ser dividida em 3 tipos: Polarização fixada, resistor de emissor e Independente de beta ou divisor de tensão.
	A experiência é em relação a parte 1 sobre a analise de medições com diferentes valores de polarização para chegar em um ponto de operação e em relação a parte 2 sobre como Identificar, através do LED, se o transistor, que é utilizado como chave, irá fechar ou abrir o circuito. Se o LED acender, significa que o circuito está fechado, logo, o transistor está polarizado corretamente, caso contrario, o circuito estaria aberto e o LED não acenderia.
	
	1.1. Objetivo
	O experimento feito tem como objetivo, verificar a polarização do transistor em função de vários valores de RB, calcular os ganhos β e α para os valores obtidos das correntes IB, IC e IE, verificar o funcionamento do transistor no corte e saturação que funciona como chave, medindo tensões em vários pontos e fazer a simulação dos circuitos das atividades do experimento no Proteus. Em seguida serão analisado os resultados obtidos na simulação e comparados com a teoria. Por fim, as conclusões obtidas com o experimento.
	2. Fundamentos teóricos 
	2.1. PARTE 1: Polarização de transistores 
	O princípio do transistor é poder controlar a corrente, é montado numa estrutura de cristais semicondutores, formando um cristal NPN ou PNP (figura 1):
	É um dispositivo semicondutor de três terminais, sendo um usado como entrada, outro como saída e o terceiro comum à entrada e à saída. 
	Sua função principal é amplificar corrente, ou seja, a corrente de saída é igual à de entrada multiplicada por uma constante, chamada de ganho.
	E: Emissor – É o terminal que injeta os elétrons.
	C: Coletor – É o terminal responsável em drenar os elétrons vindos do emissor.
	B: Base – É o terminal que controla o fluxo de elétrons entre coletor e emissor.
	O funcionamento do transistor na região ativa é conseguido por meio de uma polarização adequada. 
	Polarizar o transistor é estabelecer o ponto de operação (também chamado ponto quiescente Q), por meio de resistores em seus terminais de modo a se conseguir os valores (VCEQ, ICQ e IBQ) desejados. 
 2.2. PARTE 2: Transistor como chave	
	Um transistor operando na região de saturação e de corte funciona como uma chave (figura 1), ou seja, como elemento de controle on-off, conduzindo ou não corrente elétrica.
	O circuito de polarização utilizado nessa aplicação é o de base constante com duas fontes de alimentação, e a fonte de polarização da base é o sinal de entrada que controla o transistor, cortando-o (chave aberta) ou saturando-o (chave fechada).
	Para que o transistor opere na região de corte ou como chave aberta é necessário:
	- A tensão de entrada deve ser menor que Vbe. Nessa situação, todas as correntes são aproximadamente nulas, ou seja, a corrente pelo coletor é considerada nula ( iC = 0A) e a tensão de saída é máxima (VCEcorte =VCC).
	Para que o transistor opere na região de saturação ou como chave fechada é preciso:
	- A tensão de entrada deve ser maior que Vbe. Nessa situação, a corrente de coletor é máxima ( iCsat ), dentro do limite imposto pela polarização do transistor e a tensão de saída é mínima (VCEsat =0V).
	2.3. Proteus
	O Proteus é um software para simulação de microprocessadores, captura esquemática, e placa de circuito impresso. 
	O Proteus Design Suite combina captura esquemática, simulação SPICE de circuitos, e desenho para fazer um projeto completo de sistema de eletrônica. Acrescente a isso a capacidade de simular micro-controladores populares e de executar o seu firmware atual, e você tem um pacote que pode reduzir drasticamente o tempo de desenvolvimento, quando comparado com um processo de desenho tradicional com auxílio de um pacote integrado com interface de usuário comum e a ajuda totalmente sensível ao contexto para fazer um processo de aprendizado rápido e fácil.
	3. Material Experimental e resultados da experiência 
	3.1. PARTE 1: Polarização de transistores
	Este ensaio apresentará o método mais simples de obtenção do ponto de operação de um transistor polarização da base por corrente constante. Neste ensaio utilizaremos a polarização teórica.
	
	1) Componentes 
	- RC = 1kΩ; 
	- RB (de acordo com a tabela abaixo); 
	- BC 548C. 
	2. Monte o circuito abaixo: 
	
	 3. Ajuste a fonte VCC = 12V. 
	
	 4. Preencha a tabela abaixo em função dos valores de RB: 
	RB (Ώ)
	1M
	800K
	600K
	400K
	200K
	100K
	80K
	60K
	40K
	20K
	10K
	VRB (V)
	11,3
	11,3
	11,3
	11,3
	11,3
	11,2
	11,2
	11,2
	11,2
	11,2
	11,2
	VBE (V)
	0,7
	0,71
	0,71
	0,73
	0,75
	0,75
	0,75
	0,76
	0,77
	0,79
	0,84
	VRC (V)
	3,14
	3,82
	4,89
	6,82
	11,4
	11,5
	11,5
	11,6
	11,6
	11,6
	11,6
	VCE (V)
	8,86
	8,18
	7,11
	5,18
	0,64
	0,46
	0,45
	0,44
	0,43
	0,41
	0,40
	IB (µA)
	-11,4
	-14,2
	-18,9
	-28,3
	-56,4
	-113
	-141
	-187
	-281
	-561
	MAX
	IC (mA)
	-3,14
	-3,82
	-4,89
	-6,82
	-11,4
	-11,5
	-11,5
	-11,6
	-11,6
	-11,6
	-11,6
	IE (mA)
	-3,15
	-3,84
	-4,91
	-6,85
	-11,4
	-11,6
	-11,7
	-11,7
	-11,9
	-12,1
	-12,7
	B
	0,275
	0,269
	0,258
	0,240
	0,202
	0,101
	0,081
	0,062
	0,041
	0,020
	MIN
	α
	0,996
	0,994
	0,995
	0,995
	1
	0,991
	0,982
	0,991
	0,974
	0,974
	0,913
	
5. Acrescentar verificação: Levantar a curva do BC548 ( VCE x IC ) 
 	- Ponto 1 ( RB = 1M ), Ponto 2 ( R B = 400K ) e Ponto 3 ( R B = 10K ).
	3.2. PARTE 2: Polarização de transistores
	1) Componentes 
	- RB = 10kΩ, RC = 1kΩ; 
	- D1: LED VERMELHO 5mm; 
	- Q1: BC-548. 
	2. Monte o circuito abaixo: 
	
	3. Funcionamento do transistor em corte: 
	Se S1 está desligada (ABERTA) pede-se os valores teóricos das tensões abaixo, sabendo-se que VBB = 5V e VCC = 12V: 
	VRB =……….V VBE =………...V VRC =………...V 
	VD1 =………...V VCE =………..V 
	Ajuste VBB para 5V e VCC para 12V. Mantendo S1 desligada meça NO PROTEUS: 
	VRB = 0,00 V	 V VBE = 0,50 V 	VRC = 0,00 V 
	VD1 = 0,21 V 		VCE = 11,8 V 
	4. Funcionamento do transistor em saturação 
	Se S1 está ligada (FECHADA) pede-se os valores teóricos das tensões abaixo, sabendo-se que VBB= 5V e VCC = 12V: 
	VRB =……….V VBE =………...V VRC =………...V 
	VD1 =………...V VCE =………..V 
	Ligue S1 e faça as medições NO PROTEUS: 
	VRB = 4,27 V	 V VBE = 0,73 V 	VRC = 9,67 V 
	VD1 = 2,23 V 		VCE = 0,09 V 
	
	5. Acrescentar: Explicar a diferença entre S1 aberta e S1 aberta mas circuito da base ligado na referência. Por que dá valores diferentes?
? ÁUDIO
	6. Comentários e explicações dos resultados
?
	7. Cite uma aplicação para este circuito
?
	
	4. Questionários e respostas:
	4.1. Questionário – PARTE 1:
	1. Por que o título depolarização da base por corrente constante? 
Resposta:	Foi denominado em virtude da ligação efetuada de um resistor (RB) conectado em série a base de um transistor (denominado Q1), juntamente a uma fonte de alimentação, afim de permitir a circulação da corrente da base do transistor pelo próprio resistor, conseguindo assim valores desejados de corrente e tensão para alimentarmos o transistor propriamente dito.
	2. Se VCC = 15V, VBEQ = 0,6V, VCEQ = 10V, ICQ = 10mA quais os valores de RB, RC em função do β médio? 
?
	3. Na questão 2 se você fosse montar o circuito físico quais os valores comerciais mais próximos de RB e RC escolheria? 
?
	4. Qual o valor teórico de RB para dobrar a corrente de base na saturação do transistor? 
Resposta:	Para chegarmos a um valor teórico que resulte no dobro da corrente de base na saturação do transistor, devemos somente reduzir proporcionalmente o valor da resistência pela metade a fim de satisfazermos essa condição imposta.
	
	4.2. Questionário – PARTE 2:
	1. Se a chave S1 fechada e IB = 440A qual o valor de VBE? 
	Resposta: 	IB = ( VBB – VBE ) / RB
			VBE = ( 5 – 440x10-3 ) / 10x103
			VBE = 0,456x10-3 V
	2. Se a chave S1 aberta e IC = 12mA o que está acontecendo no circuito? 
	Resposta:	Transistor quebrado ( em aberto)
	3. Se a chave S1 fechada e VCE = 12V o que está acontecendo no circuito? 
	Resposta:	Transistor quebrado ( em aberto)
	4. Se VBEsat = 0,7V e VCEsat = 0,3V quais os valores de IB e IC? 
	Resposta:	IC = β x IB IB = ( VBB – VBE ) / RB
			IC = = 20 x (0,43x10-3)	 IB = ( 5 – 0,7 ) / 10x103
			IC = 8,6 mA			 IB = 0,43 mA
	5. Qual o valor teórico de RB para dobrar a corrente de base na saturação do transistor? 
5. Conclusões 
Com a experiência sobre polarização de transistores, conclui-se que estes tipo de configurações onde o emissor é comum ao terra ou negativo da fonte , há uma variedade de possibilidades de configurações de polarização, isto é de acordo da utilização ou aplicação em que for usada, pois é principalmente utilizada para amplificação de pequenos sinais ou sinais de baixa tensão. Também são utilizados em circuitos analógicos como fonte de corrente.
Em relação a parte sobre transistor como chave, É importante verificar que a base do transistor esteja fechada no circuito para que funcione como a chave fechada e conduza corrente, necessária para acender o LED. Se a base do transistor, não estiver polarizada, ou seja, não estiver conectada, o LED não acenderá. Por fim, entendemos que o transistor pode atuar como uma chave, para ‘ligar’ ou ‘desligar’ o circuito.
	
6. Bibliografia
- IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: FUNDAMENTAL THEORY AND APPLICATIONS, VOL. 46, NO. 1, JANUARY 1999.
- ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS – BOYLESTAD NASHELSKY OITAVA EDIÇÃO.
- NOTAS DE AULA DO PROFESSOR MARCOS HUNOLD E APOSTILAS.