Relatório aula prática 04 Transistores BJT

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação
Gabriel Fernandes Rezende
FUNDAMENTOS DA ELETRÔNICA
Prática: Transistores de junção bipolar (BJT)
Belo Horizonte
2021
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação
Gabriel Fernandes Rezende
FUNDAMENTOS DA ELETRÔNICA
Prática:Transistores de junção bipolar (BJT)
Relatório realizado a partir da prática da
disciplina de Fund. da Eletrônica tema de
transistores de junção bipolar (BJT) pelo
professor Paulo José da Costa Cunha.
Belo Horizonte
2021
1
Sumário
Objetivo 3
Materiais e equipamentos necessários 3
Fundamentação teórica 3
O que são transistores ? 3
Simbologia 3
Qual a funcionalidade dos transistores ? 4
Como funcionam os transistores ? 4
Onde são usados os transistores ? 5
Tipos de transistor 5
Transistor BJT: 5
Transistor de efeito de campo: 5
Prática 5
Testes em transistores bipolares com o multímetro (simulação) 6
Testes em circuitos lógicos com transistores bipolares (simulação) 7
Questões 9
Referências Bibliográficas 11
2
Resistores
● Objetivo
Ao término da aula o aluno deverá ser capaz de:
1. Realizar medições de corrente e tensão utilizando um multímetro;
2. Verificar o estado de um transistor bipolar com o multímetro;
3. Identificar as regiões de corte e saturação de um transistor;
4. Consultar características de um transistor no datasheet;
5. Utilizar um simulador corretamente.
● Materiais e equipamentos necessários
1. Computador com simulador instalado;
2. 02 Multímetros
3. Fonte CC;
4. Conjunto de cabos de teste;
5. 1 led;
6. 1 transistor PNP e três transistores NPN;
7. 2 resistores de 1k, 3 resistores de 47k e 3 resistores de 10k.
● Fundamentação teórica
O que são transistores ?
Transistor é um dispositivo semicondutor, geralmente feito de silício ou germânio,
usado para amplificar ou atenuar a intensidade da corrente elétrica em circuitos
eletrônicos. Os transistores são como blocos fundamentais na construção de todos
os dispositivos eletrônicos modernos, sendo usados em chips de computadores e
smartphones, por exemplo.
Simbologia
Os símbolos abaixo são usados para representar os transistores em um circuito
elétrico.
3
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-corrente-eletrica.htm
Qual a funcionalidade dos transistores ?
Os transistores têm duas funções básicas: amplificar a corrente elétrica ou barrar a
sua passagem. Quando na função de amplificador, os transistores são alimentados
por uma baixa corrente elétrica de entrada, amplificando-a e, assim, produzindo
uma corrente elétrica de saída com maior intensidade.
Um exemplo de circuito que utiliza transistores nessa configuração são os
microfones. O som captado pelos microfones produz uma corrente elétrica de baixa
intensidade, em seguida, essa corrente passa através de um conjunto de
transistores, que produz um sinal elétrico bem mais intenso, capaz de acionar os
alto-falantes de uma caixa de som, por exemplo.
Os transistores também podem funcionar como interruptores, ligando ou desligando
a corrente elétrica em um circuito: da mesma forma como eles são capazes de
amplificar a corrente elétrica, eles também são capazes de atenuá-la, e esse
processo pode ocorrer em uma grande velocidade (os transistores atuais fazem isso
bilhões de vezes por segundo).
Essa função fez dos transistores os componentes básicos de todos os chips
eletrônicos, como aqueles presentes em nossos computadores. Todos esses chips
funcionam por meio de uma língua bastante simples, o código binário. Os
computadores são capazes de traduzir um extenso código formado pelos dígitos 0 e
1 em letras, palavras e imagens. Esses dígitos, 0 e 1, são chamados de bits e são
implementados pelos transistores: quando um transistor encontra-se ligado (alta
corrente), o computador lê o bit 0, quando ele se encontra desligado (baixa
corrente), o computador atribui-lhe o bit 1.
Como funcionam os transistores ?
Todos os transistores funcionam controlando a passagem de elétrons em seu
interior, no entanto, existem diferentes tipos de transistor, e cada um faz isso de uma
forma diferente. Os transistores modernos, como aqueles usados em processadores
de smartphones, são tão pequenos que são capazes de controlar o movimento de
cada elétron individualmente. Os chips modernos, de poucos centímetros quadrados
de área, podem conter de 5 a 30 bilhões de transistores.
Os transistores são feitos de materiais semicondutores. Para conduzir e amplificar o
sinal de uma corrente elétrica, os semicondutores são geralmente dopados com
materiais que podem oferecer-lhes cargas elétricas extras, facilitando a sua
condução de eletricidade.
A dopagem é um processo em que se substituem os átomos de silício por outros
átomos, como fósforo, boro, gálio e outros. Existem dois tipos de dopagem: a
dopagem tipo-n e tipo-p. Na dopagem tipo-n (carga negativa), adicionam-se átomos
à rede cristalina do Silício capazes de fornecer um excesso de elétrons; na
4
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/microfone.htm
https://brasilescola.uol.com.br/informatica/algebra-booleana.htm
dopagem tipo-p (carga positiva), adicionam-se átomos que causem uma carência de
elétrons.
Onde são usados os transistores ?
Os transistores podem atuar como amplificadores ou interruptores em circuitos
eletrônicos. Seu uso mais comum está nos processadores de computador, nos
quais são requeridos graças à sua capacidade de emular os bits por meio do
aumento ou queda de tensão, de forma rápida e precisa. Os transistores estão
presentes nos circuitos integrados, que compõem as portas lógicas utilizadas em
circuitos elétricos de diversas máquinas, eletrodomésticos, computadores, celulares
etc.
Tipos de transistor
Transistor BJT:
São constituídos por 3 regiões: a base, o coletor e o emissor. São dispositivos
controlados pela corrente. Uma pequena corrente que entra na região de base do
transistor provoca um fluxo de corrente muito maior do emissor para a região do
coletor.
Transistor de efeito de campo:
São constituídos por 3 regiões, uma porta, uma fonte e um dreno. Ao contrário dos
transistores bipolares, os FETs são dispositivos controlados por tensão. Uma tensão
colocada na porta controla o fluxo de corrente da fonte para o dreno do transistor.
Os transistores de efeito de campo tem impedância de entrada muito alta,
resistência a valores muito maiores. Esta impedância de entrada alta faz com que
eles tenham muito pouca corrente correndo através deles. Assim, esses tipos de
transistores buscam muito pouca corrente da fonte de alimentação de um circuito.
Isto é ideal porque não perturbam os elementos de potência do circuito original aos
quais estão ligados. Eles não irão sobrecarregar a fonte de alimentação. A
desvantagem dos FETs é que eles não fornecerão a mesma amplificação que
poderia ser obtida a partir de transistores bipolares.
● Prática
1. Ajustar o multímetro para medição de semicondutores;
2. Selecionar um transistor PNP e três transistores NPN;
3. Anotar o transistor PNP e os transistores NPN selecionados;
PNP:BC557 NPN:BC547
4. Realizar as medições das junções do transistor PNP e preencher o Quadro 3;
5
Quadro 3 – Medições nas junções do BJT (PNP)
Junção B-E Junção B-C Junção C-E
Direta Reversa Direta Reversa Reversa Reversa
0,7V OL 0,7V OL OL OL
5. Utilizando os dados do Quadro 3 analisar se o transistor encontra-se em perfeito
estado;
6. Realizar as medições das junções de em dos transistores NPN e preencher o
Quadro 4;
Quadro 4 – Medições nas junções do BJT (NPN)
Junção B-E Junção B-C Junção C-E
Direta Reversa Direta Reversa Reversa Reversa
0,71V OL 0,71V 0L OL OL
7. Utilizando os dados do Quadro 4 analisar se o transistor encontra-se em perfeito
estado;
8. Conferir rapidamente se os demais transistores NPN estão em bom estado.
● Testes em transistores bipolares com o multímetro
(simulação)
1. Ajustar o multímetro para medição de semicondutores;
2. Selecionar um transistorPNP e três transistores NPN;
3. Anotar o transistor PNP e os transistores NPN selecionados;
PNP:BC557 NPN:BC547
4. Realizar as medições das junções do transistor PNP e preencher o Quadro 5;
Quadro 5 – Medições nas junções do BJT (PNP)
Junção B-E Junção B-C Junção C-E
Direta Reversa Direta Reversa Reversa Reversa
0,7V OL 0,7V OL OL OL
5. Utilizando os dados do Quadro 5 comentar o teste realizado no transistor
6
Foi realizado o teste no transistor a fim de verificar as junções do transistor, onde
conseguimos ver se o mesmo está funcionando.
6. Realizar as medições das junções de em dos transistores NPN e preencher o
Quadro 6;
Quadro 6 – Medições nas junções do BJT (NPN)
Junção B-E Junção B-C Junção C-E
Direta Reversa Direta Reversa Reversa Reversa
0,71V OL 0,71V 0L OL OL
7. Utilizando os dados do Quadro 6 comentar o teste realizado no transistor;
Ao realizar o teste no transistor de junção bipolar podemos observar que o mesmo só
conduz nas junções B-E e B-C com valores próximos aos ideais.Conseguimos verificar
também que o transistor está em perfeito funcionamento pois conduziu nas junções que
deveriam conduzir.
● Testes em circuitos lógicos com transistores bipolares
(simulação)
1. Montar o circuito da Figura 5 abaixo no simulador;
7
2. Aplicar à entrada do circuito lógico os valores de 0V e 5V e preencher o quadro 7 a
seguir, comprovando a correta função lógica;
Quadro 7
VA Z (medido) Z ( lógico) Região
0V 5V 1 Corte
+5V 0,76V 0 Saturação
3. Este circuito realiza a função lógica: Inversor.
4. Montar agora no simulador o circuito mostrado na Figura 6 abaixo;
5. Variar os níveis de tensão nas entradas Va e Vb ( 0 V ou 5 V) e preencher a Quadro
8;
Quadro 8
VA VB Z (medido) Z (lógico) Z ( medido) Z (lógico)
0V 0V 4,61V 1 0,74V 0
0V +5V 4,61V 1 0,74V 0
+5V 0V 4,61V 1 0,74V 0
+5V +5V 0,1V 0 5V 1
8
6. Este circuito realiza a função lógica: Inversor e nand (NAND).
● Questões
1. Se o transistor T, do circuito lógico da Figura 5 estiver com a junção Coletor-Emissor
em curto, qual será o nível lógico da saída Z para qualquer valor de Va?
O valor da saída será de 0,69V para ambos os níveis lógicos de entrada.
2. Como seria a saída do circuito da Figura 5 se à entrada Va fosse aplicado um trem
de pulsos com amplitude de 5 V? Desenhar as formas de onda de entrada e saída
ou mostrar o resultado da simulação.
A saída ficaria variando em sinal pulsante de ondas quadradas entre 0 e +5V,
conforme a imagem do gráfico abaixo.
9
3. Pesquisar como seria um circuito inversor montado com transistor PNP. Apresentar o
circuito elétrico e a tabela verdade.
VA Z (medido) Z( lógico )
0V -5V 1
5V -0,76V 0
4. Qual a função lógica do circuito mostrado na Figura 9.Justifique sua resposta com
uma tabela que mostre os resultados da saída em função das entradas.
A função lógica mostrada no circuito é a NOR
VA VB Z ( medido) Z ( lógico)
0V +0V 5V 1
+5V 0V 0,3V 0
0V +5V 0,3V 0
+5V +5V 0,3V 0
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● Referências Bibliográficas
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transistor.htm
https://www.palpitedigital.com/transistor-tipos-como-funciona/
https://www.electronica-pt.com/componentes-eletronicos/transistor-tipos
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https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transistor.htm
https://www.palpitedigital.com/transistor-tipos-como-funciona/
https://www.electronica-pt.com/componentes-eletronicos/transistor-tipos