Relatorio_05_Transistor_TBJ_Como_AmpOp_Equipe_DLS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CEARÁ
CAMPUS SOBRAL
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TBJ Operando como Amplificador de Sinais
RELATÓRIO Nº 5
 
Alunos:
DAVID PONTES DAMASCENO – 404727
LUCAS DE PAIVA BARBOZA – 404958
SHELDON LOPES PINTO – 431416
Disciplina: Eletrônica Analógica
Turma: T03
 
Sobral-CE, Julho de 2021
SUMÁRIO
1.	OBJETIVOS	2
2.	DESENVOLVIMENTO TEÓRICO	2
3.	PROCEDIMENTO	5
3.1	Lista de material utilizado	5
3.2	Resultados adquiridos	5
4.	QUESTIONÁRIO	8
5.	CONCLUSÕES	12
6.	BIBLIOGRAFIA	13
1. OBJETIVOS
Este relatório tem o objetivo de projetar e analisar o funcionamento de um TBJ, tipo NPN como amplificador de sinais mediante simulação e experimentação.
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
O Transistor Bipolar de Junção ou TBJ, é um dispositivo que foi desenvolvido por volta da década de 50, e deste então se popularizou por ter um baixo custo de produção, e por apresentar inúmeras possibilidades de uso, pois pode operar como amplificador, retificador, interruptor, além atuar em circuitos osciladores e misturadores. É considerado uma das mais significantes invenções na história dos eletrônicos, sendo ele por exemplo, o responsável direto pela revolução dos 
computadores, e de equipamentos eletrônicos tal como conhecemos atualmente, este dispositivo vem sendo usado na maioria dos sistemas de controle, e são largamente utilizados nas mais diversas áreas da eletrônica, a figura 1 mostra a representação de um TBJ.
Figura 01 – Representação do TBJ
Fonte: Mundo da Elétrica
O Transistor pode operar em 3 regiões diferentes: Ativa, corte ou saturação, para que cada região seja devidamente ativada, deve-se polarizar o transistor corretamente, pode-se fazer isso analisando e escolhendo que corrente e tensão que será aplicada ao circuito com os transistores. E para o transistor ter a sua operação como amplificador, o mesmo deve estar operando na região ativa, de modo que a junção emissor-base deve estar diretamente polarizada, enquanto que a junção Coletor-Base de modo reverso. Na figura 1, a “C”, “B” e “E”, representam respectivamente, coletor, base e emissor. 
Desta forma: para o NPN: O Emissor deve ter um potencial maior na base em relação ao emissor, e o potencial de “C” deve ser maior que “B”, e para o PNP deve haver um potencial maior no emissor em relação à base, de modo que a junção coletor-base deve estar polarizada de maneira reversa, e também, a tensão em “B” deve ser maior que em “C”. Esta polarização geralmente ocorre de acordo com a configuração dos componentes elétricos ligados ao transistor, como os resistores e capacitores, o planejamento de tais componentes é uma das partes de se projetar um circuito deste tipo, logo depois de considerar as condições iniciais de projeto, fazendo assim que o circuito opere dentro dos limites estabelecidos e dentro de uma faixa segura de valores.
O TBJ pode operar com amplificador se ele estiver na área ativa, para isso, a junção Emissor-Base, deve estar polarizada diretamente e a junção coletor base, deve estar polarizada inversamente, de acordo com as configurações NPN e PNP. A região ativa apresenta uma característica de ter altos ganhos de corrente que é a relação de corrente de coletor sobre a corrente da base representada pelo beta ou Hfe. 
Estando o TBJ na configuração de Emissor comum, podem-se obter Segundo Boylestad, Nashelsky, 2013, os seguintes tipos de polarização: polarização fixa, polarização estabilizada por emissor, polarização por realimentação de tensão e polarização por divisor de tensão. Destas, o divisor de tensão é a configuração pela qual o circuito apresenta uma maior estabilidade e grau de liberdade de projeto, logo pode ser considerada uma das mais importantes configurações, a estabilidade encontrada na saída deve-se ao resistor encontrado no emissor, a figura 02 representa a curva característica de um TBJ com Emissor comum, e mostra a área em que o diodo atua como amplificador, que corresponde a região ativa, descrita na figura.
Figura 02 - Curva Característica de Saída da Configuração Emissor-Comum
Fonte: Prof. Dra. Giovana Tripoloni - Curso Técnico em Eletroeletrônica
Operando em modo ativo, pode-se perceber que existirá uma variação na corrente de coletor de acordo com a variação de tensão proveniente do emissor-base, fazendo que o mesmo atue como uma fonte de corrente controlada por tensão.
Neste relatório será apresentado o planejamento e análise de um TBJ do tipo NPN como um amplificador por meio de uma simulação no software Multisim, onde, o circuito será analisado em duas etapas, primeiramente será feito a análise CC, onde será determinado o ponto de polarização da região ativa e logo depois, será feito a análise CA, onde será determinado o ganho de tensão. Na análise cc os capacitores de comportam como um circuito aberto, o que reduz bastante o circuito a ser analisado, onde deve-se projetar o circuito para o ponto de polarização ideal. e na análise ca os capacitores se comportam como curto circuitos e as fontes de tensão contínuas devem ser desconsideradas, bem como substituir o transistor pelo seu modelo equivalente.
Com estas etapas concluídas, pode-se obter os valores de resistências, e capacitâncias dos devidos dispositivos, bem como a disposição de cada um deles no circuito para que o mesmo apresente uma boa operação, e atue como planejado.
3. PROCEDIMENTO
3.1 Lista de material utilizado
· Simulador Multisim 14.2
· Transistor TBJ BC548BP
· Resistores
· Fontes de tensões CC e CA
· Multímetro
· Gerador de Função
3.2 Resultados adquiridos
Primeiro, foram especificados os 4 resistores comerciais (R1, R2, RC e Re), através da polarização CC, e posteriormente inseridos na simulação abaixo.
Figura 03 – Simulação de circuito com transistor TBJ como AmpOp
2
1
1
Fonte: Autores
Em seguida, foram medidas as tensões pico a pico nos pontos 1, 2 e R3 com o osciloscópio.
Figura 04 – Forma de onda no ponto 1
Fonte: Autores
Acima obteve-se uma tensão de onda senoidal pico a pico do ponto 1 de 30mV, através do tempo.
Figura 05 – Forma de onda no ponto 2
Fonte: Autores
Acima obteve-se uma tensão de onda senoidal pico a pico do ponto 2 de 4 V, através do tempo.
Figura 06 – Forma de onda no R3
Fonte: Autores
Acima obteve-se uma tensão de onda senoidal pico a pico do ponto R3 de 260mV, através do tempo.
Tabela 1 – Resultados: teórico, simulado e experimental.
	Valores de tensão (pico a pico teórico, simulado e experimental) [V]
	
	Teórico
	Simulado
	Exp.
	Ponto 1
	30m
	30m
	-
	Ponto 2
	4
	4
	-
	Resistor R3
	260m
	260m
	-
	Parâmetros do modelo de pequenos sinais
	
	Teórico
	Simulado
	Exp.
	Av (ganho de tensão)
	1,817V/100mV = 18,17
	1,817V/100mV = 18,17
	-
	Ai (ganho de corrente)
	181,742uA/90,111uA = 2,01
	181,742uA/90,111uA 
= 2,01
	-
	Zi (impedância de entrada)
	100mV/90,1uA = 1109 Ω
	100mV/90,1uA 
= 1109 Ω
	-
	Zo (impedância de saída)
	1,817V/181,742uA 
≈ 10000 Ω
	1,817V/181,742uA 
≈ 10000 Ω
	-
Fonte: Autores
4. QUESTIONÁRIO
a) Apresente a análise matemática do circuito da Figura 2 com o cálculo do ponto de
polarização (análise CC) em Vce = 8V. Compare os resultados calculados com os simulados.
Figura 07 – Análise matemática do circuito.
Fonte: Autores
Polarizar um transistor é calcular o ponto de funcionamento do mesmo. É calcular as tensões e correntes que serão aplicadas ao componente para que ele funcione adequadamente. Para polarizar um transistor, primeiro devemos saber para que ele será utilizado. Existem 3 regiões de funcionamento para o transistor: a Região de Corte, Região Linear e a Região de Saturação.
Para os cálculos de polarização as seguintes fórmulas são úteis:
Ie = Ib + Ic (fórmula 1)
Ic = HFE . Ib (fórmula 2)
Onde HFE é conhecido como ganho DC do transistor.
Os resultados sumulados bateram perfeitamente com os resultados simulados, logo podemos concluir que a simulação seguiu todos os passos de forma correta do experimento 
b) Apresente as formas de onda nos pontos 1 e 2 (Figura 2), e comente os resultados.
Nota 4: a Figura 3 no Apêndice pode serutilizada como exemplo ilustrativo.
Os resultados dos formatos de ondas nos pontos 1 e 2 podem ser vistos nas figuras 2 e 3, respectivamente. Os resultados foram os esperados pois o formato de onda no ponto 1 obteve-se uma tensão de onda senoidal pico a pico do ponto 1 de 30mV, e no ponto 2 obteve-se uma tensão de onda senoidal pico a pico do ponto 2 de 4 V, através do tempo.
c) Explique o procedimento experimental para se obter os parâmetros do modelo AC.
A análise CA consiste em determinarmos as impedâncias e os ganhos do amplificador. Para isso curto-circuitamos todos os capacitores e fontes de alimentação CC pois, para CA, a reatância capacitiva e a impedância da fonte CC são baixíssimas. Na análise CA, devemos calcular os valores dos ganhos, de tensão (AV), de corrente (AI ) e de potência (AP) e das impedâncias de entrada (Zi) e de saída (Zo). Por definição temos:
𝐴𝑉= 𝑉𝑂
𝑉𝑖
𝐴𝐼= 𝐼𝑜
𝐼𝑖
𝑍𝑖= 𝑉𝑖
𝐼𝑖
𝑍𝑜= 𝑉𝑜𝐼𝑜
Nessa igualdade, IE é a corrente de polarização do transistor, obtida na análise CC. Substituindo o transistor do circuito equivalente CA pelo de pequenos sinais apresentado na figura 2(c) teremos ganho em tensão (AV). O ganho em tensão indica o quanto o sinal de entrada foi amplificado na saída.
Nessa igualdade, 
Vo = - RC||RL . IC
 Vi = (β+1) . re . Ib
IC = β.Ib
Considerando β = β+1 e cancelando os termos iguais temos: 
Considerando re = , sendo Vt=25mV. Ganho em corrente (AI). O ganho em corrente indica o quanto a corrente CA de entrada foi amplificada na saída. 
AI = β
Impedância de entrada (Zi): Podemos dizer que Zi é a impedância vista pelo gerador de sinal, na entrada do amplificador dado por: Zi = Rb || (+1) R’E 
Impedância de saída (Zo): Podemos dizer que Zo é a impedância vista pela carga, na saída do amplificador. 
Neste caso, Zo = RC
d) Apresente o equacionamento em forma literal referente aos parâmetros do modelo de
pequenos sinais (análise CA) para o circuito proposto na Figura 2. Faça uso deste
equacionamento e obtenha os parâmetros do modelo de pequenos sinais teórico e simulado.
O equacionamento em forma literal referente aos parâmetros está presente na tabela 1 com os valores de ganho de tensão (Av), ganho de corrente (Ai) , impedância de entrada (Zi) e impedância de saída (Zo)
e) Comente e compare detalhadamente os resultados obtidos por meio da análise teórica,
simulação e experimento para o modelo de pequenos sinais, conforme a Tabela 1.
Os valores calculados e simulados obtidos tiveram bastante proximidade. Os resultados medidos tiveram resultados aproximados do simulado, já que durante a prática foi aplicada uma tensão Vi=142 V(de Pico a Pico). Dessa maneira, os resultados ficaram dentro do esperado e o amplificador se comportou de acordo com o esperado pela teoria.
5. CONCLUSÕES
Este relatório, portanto, teve êxito no quesito de simulação, pois, o circuito simulado teve um comportamento bem similar ao teórico, de modo que já era de se esperar dado a natureza da simulação por software que não contém problemas eventuais de montagens reais de circuitos, como perdas, por um dispositivo danificado, ou erros de leituras por meio de aparelhos com bastante uso. Contudo com esta simulação foi possível, se observar o comportamento de um TBJ quando este opera na sua região ativa, bem como os parâmetros certos para se projetar um circuito do tipo amplificador de sinais com emissor comum, logo, a prática teve seu objetivo real concretizado, que é provar por meio de um experimento prático o que foi visto em teoria, assim o conteúdo ministrado pelos docentes, foram absorvidos de uma maneira mais concreta pelos discentes.
Assim, pôde ser visto de modo prático o funcionamento deste dispositivo tão importante para o uso de aparelhos elétricos. Por conta da descoberta deste dispositivo, foi possível a revolução dos computadores, devido a sua miniaturização, que levou a tecnologia a ser o que é hoje, e por meio da conclusão desta prática, pode-se imaginar as inúmeras aplicações que este pequeno dispositivo possibilitou, de modo, que foi provado ao longo da construção deste relatório, a importância de tal dispositivo, de modo que se construiu uma noção mais real, do que se pode realizar com o mesmo, pois uma vez que se sabe projetá-lo, outros dispositivos futuros podem ser inventados, de acordo com a necessidade que se surgir.
O aprendizado por meio de aulas práticas tem um teor de aprendizado técnico essencial para a formação dos alunos como futuros engenheiros, estas práticas são de suma importância para a construção de um pensamento e de noções práticas que serão úteis em um local de atuação em que se tenha a necessidade de utilizar estes componentes e conhecimentos que os mesmos demandam, tais como projetos de circuitos entre outros, fazendo assim com que o preparo seja dado de maneira mais completa.
6. BIBLIOGRAFIA
[1] BOYLESTAD, R. L; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teorias de Circuitos. 8ª Edição. Prentice Hall, 2004. 
[2] KOROGUI, Rubens Hideo. Dispositivos Eletrônicos Experimento 4: Amplificador emissor comum.
[3] MENEGHETTI, Luiz Henrique. Pré-amplificador para microfone condensador. 2017. 91 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2017.
[4] CASTRO, Valquíria Lima Bessa de. Miniaturização de um amplificador de baixo ruído em micro-ondas. 2017. 1 recurso online (83 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331934>. Acesso em: 24 de julho de 2021.
[5] Tangerino, Giovanni Tripoloni. Curso Técnico em Eletrônica analógica. Transistores BJT: configurações básicas curvas características. Eletrônica Analógica II, Aula 04. Disponível em : < https://docplayer.com.br/64882407-Curso-tecnico-em-eletroeletronica-eletronica-analogica-ii.html>. Acesso em: 24 de julho de 2021.
[6] Mattede, Henrique. Mundo da Elétrica. O que é e para que serve um transistor?. Disponível em : < https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-e-para-que-serve-um-transistor/>. Acesso em: 24 de julho de 2021.
[7] L. A. P. Santos, F. A. Cavalcanti, D. S. Monte, G. G. Araujo, A. N. Alves, G. S. Nobrega, M. A. P. Santos, Techniques for measuring some characteristics of ionizing radiation beams using bipolar junction transistor as a detector, ANIMMA 2013 Proceedings, IEEE Press, Marseille (2013).
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