Relatorio5_curvas características do transistor TBJ

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Pra´tica 5: Curvas Caracterı´sticas do Transistor TBJ
20159049702 - Mariana de Sousa Moura - Turma 01 - 2018.2
Resumo—Desenvolvimento e ana´lise de um circuito formado
por um transistor de configurac¸a˜o emissor-comum, operando na
regia˜o ativa. Avaliac¸a˜o dos nı´veis de corrente e tensa˜o de saı´da
regulados por fontes de tensa˜o aplicadas ao terminais de entrada
(base-emissor) e saı´da (coletor-emissor).
I. OBJETIVOS
O objetivo principal desta pra´tica e´ levantar e trac¸ar as
curvas caracterı´sticas de um transistor de TBJ na configurac¸a˜o
emissor-comum mediante simulac¸a˜o e experimentac¸a˜o.
II. INTRODUC¸A˜O
Transistor e´ um dispositivo semicondutor formado por treˆs
camadas, podendo ser duas de material tipo n e uma tipo
p ou duas camadas tipo p e uma tipo n. Desse modo,
denomina-se cada junc¸a˜o por transistor npn e transistor pnp,
respectivamente. A Figura 1 mostra a notac¸a˜o e sı´mbolo para
os transitores npn e pnp. As letras maiu´sculas B, E e C
significam, respectivamente, base, emissor e coletor. A base
e´ responsa´vel pela ativac¸a˜o do transistor. Enquanto que o
emissor e´ o terminal negativo e o coletor, o terminal positivo.
A operac¸a˜o de ambos os tipos de junc¸a˜o sa˜o exatamente iguais.
Em operac¸a˜o, junc¸a˜o p-n e´ diretamente polarizada, enquanto
a outra e´ reversamente polarizada.
Fig. 1: Notac¸a˜o e sı´mbolo do transistor: (a) tipo npn; (b) tipo pnp.
Transistor Bipolar de Junc¸a˜o (TBJ) e´ um tipo de transistor
controlado por corrente ele´trica, ou seja, e´ possı´vel controlar
o nı´vel de carga entre dois terminais, coletor e emissor,
aplicando-se corrente ele´trica na base. O transistor permite treˆs
arranjos diferentes: base-comum, emissor-comum e coletor-
comum. O termo ”comum” refere-se qual dos terminais sera´
conectado ao terra e define a entrada e a saı´da no transistor.
Conectando-se o terra a base, o sinal de entrada estara´ entre
a base e o emissor, enquanto o sinal de saı´da esta´ entre o
coletor e o emissor. Conetando-se o terra ao emissor, o sinal
de entrada estara´ entre o emissor e a base e a saı´da tambe´m
entre o emissor e coletor. Ja´ para o coletor-comum, o sinal de
entrada estara´ entre o coletor e a base, e o sinal de saı´da, no
emissor.
As regio˜es de operac¸a˜o de um transistor sa˜o regia˜o ativa,
regia˜o de corte e saturac¸a˜o e regia˜o de ruptura. Na ativa,
uma junc¸a˜o p-n esta´ diretamente polarizada, enquanto outra
esta´ inversamente polarizada. Na regia˜o de corte, ambas esta˜o
polarizadas reversamente, sendo a corrente na saı´da, nula.
Na regia˜o de saturac¸a˜o ambas as junc¸o˜es esta˜o polarizadas
diretamente. Por fim, ha´ uma tensa˜o ma´xima aplicada ao
transistor sem que este sofra danos, para que este na˜o atinja
a regia˜o de ruptura.
III. MATERIAIS E ME´TODOS
• Protoboard;
• Transitor npn BC548;
• Fonte CC variando de 0 a 15 V;
• Resistores de 100 Ω e 100 kΩ;
• Cabos de conexa˜o;
• Multı´metro;
• Gerador de Sinais.
IV. SIMULAC¸O˜ES
O circuito de um transistor tbj npn da Figura 2, polarizado
com configurac¸a˜o de emissor-comum, formado por duas fontes
varia´veis e dois resistores, foi simulado em software Multisim,
ajustando-se os valores de Vcc e Vbb de forma que as correntes
e tenso˜es no circuito seja as espeficicadas.
Fig. 2: Transistor tbj em configurac¸a˜o emissor-comum.
O valor da tensa˜o Vbb deve ser ajustada de forma a corrente
da base Ibb varie entre os valores espeficicados (20uA, 40uA,
60uA, 80uA). Apo´s isso, ajusta-se o valor da tensa˜o Vcc de
modo que a tensa˜o entre o coletor e o emissor Vce seja um
dos valores dados (0,5 V, 1 V, 3 V, 5 V, 10 V e 15 V). O valor
da corrente do coletor Icc e´ medido atrave´s de um multimetro.
A Tabela I mostra os valores correspondentes a corrente do
coletor Icc encontrados a partir da simulac¸a˜o do circuito e
devidas modificac¸o˜es dos paraˆmetros Vbb e Vcc.
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Tabela I: Valores de Icc encontrados pela simulac¸a˜o ajustando-se
Vbb e Vcc.
Icc (mA)
Ibb (uA)
Vce (V) 20 40 60 80
0,5 V 2,07 4,34 6,49 8,56
1 V 2,25 4,74 7,13 9,36
3 V 2,93 6,25 9,44 11,00
5 V 3,61 7,76 11,80 15,70
10 V 5,35 11,60 17,70 27,70
15 V 7,03 15,30 23,40 37,70
Os respectivos valores da tensa˜o Vbb para controlar o valor
da corrente na base Ibb dentre os valores especificados esta˜o
dispostos na Tabela II.
Tabela II: Valores de Vbb para ajuste corrente da base Ibb.
Ibb (uA) 20 40 60 80
Vbb (V) 0,665 0,706 0,738 0,767
Os valores da tensa˜o Vcc usados para ajustar o valor da
tensa˜o de saı´da Vce para cada valor de corrente Ibb encontram-
se na Tabela III.
Tabela III: Valores de Vcc para ajuste da tensa˜o de saı´da Vce.
Vcc (V)
Ibb (mA)
Vce (V) 20 40 60 80
0,5 V 0,71 0,94 1,15 1,36
1 V 1,26 1,50 1,75 1,94
3 V 3,30 3,64 3,95 3,10
5 V 5,36 5,78 11,80 6,57
10 V 10,60 11,20 11,80 12,40
15 V 15,70 16,50 17,20 18,20
Percebeu-se durante a simulac¸a˜o, que o valor da tensa˜o Vbb
teve de ser ajustado antes e depois de ser alterado o valor de
Vcc para determinado valor de corrente da base Ibb, tornando-
se constante depois de um valor mı´nimo de tensa˜o. A valor do
ganho de corrente e´ dado por (1). Para cada valor de corrente
Icc, determinou-se o valor de β. Os valores encontram na
Tabela IV.
β =
Icc
Ibb
(1)
Tabela IV: Valores calculado para o ganho de corrente β.
Ibb = 20 uA
Ic (mA) 2,07 2,25 2,93 3,61 5,35 7,03
β 103,5 112,5 146,5 180,5 267,5 351,5
Ibb = 40 uA
Ic (mA) 4,34 4,74 6,25 7,76 11,6 15,3
β 108,5 118,5 156,3 194,0 290,0 382,5
Ibb = 60 uA
Ic (mA) 6,49 7,13 9,44 11,8 17,7 23,4
β 108,2 118,8 157,3 196,7 295,0 390,0
Ibb = 80 uA
Ic (mA) 8,56 9,36 11,00 15,70 23,70 37,70
β 107,0 117,0 137,5 196,3 296,3 471,3
V. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Os resultados encontrados em laborato´rio para o circuito
da Figura 2, ajustando-se os valores das fontes de tensa˜o
contı´nuas, Vbb e Vcc, de forma que a corrente Ibb e a tensa˜o
de saı´da Vce sejam conforme determinado sera˜o anotados na
Tabela V.
Tabela V: Valores de Icc encontrados em laborato´rio ajustando-se
Vbb e Vcc.
Icc (mA)
Ibb (uA)
Vce (V) 20 40 60 80
0,5 V
1 V
3 V
5 V
10 V
15 V
Os valores tensa˜o Vbb que ajustam a corrente da base Ibb
utilizados em laborato´rio sera˜o anotados na Tabela V.
Tabela VI: Valores experimentais de Vbb para ajuste corrente da
base Ibb.
Ibb (uA) 20 40 60 80
Vbb (V)
Na Tabela VII sera˜o anotados os valores da tensa˜o Vcc
usados para ajustar o valor da tensa˜o de saı´da Vce para cada
valor de corrente Ibb .
Tabela VII: Valores experimentais de Vcc para ajuste da tensa˜o de
saı´da Vce.
Vcc (V)
Ibb (mA)
Vce (V) 20 40 60 80
0,5 V
1 V
3 V
5 V
10 V
15 V
VI. QUESTO˜ES
1- Trac¸ar a curva de saı´da Ic = f(Vce) de um TBJ:
experimental e simulada.
Curva de saı´da para os valores de corrente Ic em func¸a˜o de
Vce encontrados pela simulac¸a˜o.
Fig. 3: Curva de saı´da Ic = f(Vce) de um TBJ simulada.
3
Curva de saı´da para os valores de corrente Ic em func¸a˜o de
Vce encontrados experimentalmente.
Fig. 4: Curva de saı´da Ic = f(Vce) de um TBJ experimental.
2- Determine o ganho de corrente (β = IcIbb ) para cada
ponto das curvas trac¸adas em 1.
Conforme ja´ apresentados na Tabela IV, os valores do ganho
de corrente β para cada ponto das curvas sa˜o:
Ibb = 20 uA
Ic (mA) 2,07 2,25 2,93 3,61 5,35 7,03
β 103,5 112,5 146,5 180,5 267,5 351,5
Ibb = 40 uA
Ic (mA) 4,34 4,74 6,25 7,76 11,6 15,3
β 108,5 118,5 156,3 194,0 290,0 382,5
Ibb = 60 uA
Ic (mA) 6,49 7,13 9,44 11,8 17,7 23,4
β 108,2 118,8 157,3 196,7 295,0 390,0
Ibb = 80 uA
Ic (mA) 8,56 9,36 11,00 15,70 23,70 37,70
β 107,0 117,0 137,5 196,3 296,3 471,3
3- Consultando a folha de dados do TBJ adotado
durante a pra´tica, comente a respeito das principais
caracterı´sticas de operac¸a˜o, bem como as limitac¸o˜es de
operac¸a˜o.
Os valores ma´ximos de tensa˜o e correntes permitidos sa˜o
VCEmax = VCEO =30 V e ICmax = 100 mA. A poteˆncia
de dissipac¸a˜o ma´xima do coletor PCmax = PD = 625 mW. A
valor ma´ximo de poteˆncia deve ser reduzido de 5 mW a cada
1 °C de aumento de temperatura acima de 25 °C. HFE varia
de 110 a 800 para uma corrente IC = 2,0 mA e tensa˜o VCE
= 5,0 V e e´ igual a 300 para IC = 100 mA na mesma tensa˜o.
No estado ”desligado”, a corrente de corte do coletor e´ ICES
= 15 nA. Em estado ”ligado”, a tensa˜o de saturac¸a˜o VCEsat
= 6,0 V.
15nA ≤ IC ≤ 100mA
0, 6V ≤ VCE ≤ 30V
VCEIC ≤ 625mW
4- Pesquise a respeito: transistores de carboneto de
silı´cio e suas aplicac¸o˜es.
Transistores feitos a partir de carboneto de silı´cio trabalham
na escala de alta poteˆncia. Apresentam maior densidade de
poteˆncia, menor tempo de resposta e podem trabalhar em tem-
peraturas superiores a 150 °C. Esses dipositivos podem operar
a frequeˆncias mais altas. Controem-se trasistores MOSFET,
JFET, TBJ de alta poteˆncia a partir de SiC. Um MOSFET
de SiC e´ capaz de operar normalmente com temperatura de
operac¸a˜o de 200ºC. Este dispositivo podem ser usados em
inversores solares.
VII. DISCUSSO˜ES E CONCLUSA˜O
REFEREˆNCIAS
[1] BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletroˆnicos
e Teoria dos Circuitos; Sa˜o Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013.