Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

ELETRÔNICA BÁSICA E INSTRUMENTAÇÃO (PRÁTICA)

Experimento 4 – Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

ITAJUBÁ

2019

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

ELETRÔNICA BÁSICA E INSTRUMENTAÇÃO (PRÁTICA)

Experimento 4 – Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para a obtenção de nota na disciplina de Eletrônica Básica e Instrumentação (Prática), no curso de Engenharia de Produção, na Universidade Federal de Itajubá.
Professora:
Turma: 02

ITAJUBÁ

2019

1 INTRODUÇÃO

O quarto experimento realizado no laboratório de Eletrônica Aplicada 1 (LEA1), teve como foco o estudo do Transistor Bipolar de Junção, ou TBJ e dessa forma conseguir chegar em algumas conclusões, como realizar a medição do parâmetro β, a relação entre a corrente da base e a corrente do emissor e também analisar um circuito amplificador de maneira geral.

        

2 REFERENCIAL TEÓRICO

        Os transistores bipolares de junção, também conhecidos como TBJ’s, são dispositivos que contam com três terminais, onde um sinal com uma baixa potência é aplicada entre dois terminais e assim eles possuem basicamente a função de amplificar esses sinal e / ou de controlar a corrente.

Esses transistores podem ser de dois tipos, conforme acontecem suas uniões, sendo PNP ou NPN, e a simbologia adotada por alguns deles se encontra na figura 1.

[pic 1]

Figura 1 – Representação de transistores NPN e PNP

        Como foi possível analisar, existem algumas notações importantes na representação dos transistores, e eles são:

• B: Base;

• C: Coletor;

• E: Emissor

Onde a base é o terminal responsável por controlar a passagem da corrente, e dessa forma, quando ela se encontra energizada, acontece a passagem da corrente do coletor para o emissor.

Já o coletor é uma das extremidades do transistor, e ele é o responsável por receber a corrente a ser controlada. A relação que existe entre o coletor e a base é dada por meio de um parâmetro β, e ele se altera dependendo do modelo do transistor. Assim, é possível observar a relação da equação 1:

Ic = β * IB           (Equação 1)

O emissor é a outra extremidade do transistor, e é por lá que a corrente que já foi controlada saí.

A junção que acontece entre a base e o emissor faz o comportamento de um diodo, e assim apresenta uma queda de tensão, que geralmente é de 0,7 V (Diodo de Sílicio).

O transistor bipolar de junção é bastante sensível à variação de temperatura e isso afeta diretamente principalmente o parâmetro β que foi citado acima.

3 EXPERIMENTO

        O quarto experimento realizado no laboratório de eletrônica foi dividido basicamente em três partes, sendo que a primeira foi para se determinar o valor do β do transistor utilizado, a segunda parte foi a respeito da determinação da relação entre as correntes IB e IC e por fim, a terceira parte foi a da montagem do circuito amplificador utilizando o TBJ, já que essa é uma montagem bastante comum. Abaixo serão apresentados os materiais e métodos de cada uma das partes citadas.

3,1 Materiais e Métodos

        Na primeira parte do experimento foram utilizados um transistor BC547 e um multímetro. Com isso, o transistor foi encaixado no multímetro, seguindo as indicações para as lacunas do coletor, da base e do emissor. O multímetro foi colocado na escala especial destinada para os testes de transistores que é o hFE, na posição NPN. Assim o valor encontrado foi de 305 para o β. Após isso, para se comprovar como a temperatura é um fator que influencia as características do transistor, se pressionou a parte de cima do transistor e assim foi possível observar uma alteração no valor do β, que se alterou para 325.

        Já a segunda parte do experimento foi necessária a utilização de um tansistor BC5487, um resistor de 300 kΩ e um de 470 kΩ, um protoboard, uma fonte de tensão contínua regulada em 15 V e um multímetro. Com esses componentes e instrumentos, foi montado o circuito que está descrito na figura 2.

[pic 2]

Figura 2 – Circuito montado na segunda parte do experimento

        Esse circuito serviu de base para serem realizadas diversas medições e calculados vários valores. Primeiramente foi calculado através da Lei de Kirchhoff das Tensões, onde a tensão no coletor é igual a tensão no resistor da base mais a tensão no resistor do emissor (VCC = VRB + VBE), a corrente na base (IB), que foi de 47µA.

        Em seguida foi medida a tensão no resistor da base (VRB), e o valor encontrado foi de 14V. Com base na Lei de Ohm e com o auxílio do valor de tensão medido anteriormente foi possível calcular a corrente na base (IB), que foi de 46,6µA. 

        Após isso, foi medido o valor da tensão entre o coletor e o emissor (VCE), que foi de 7,3V e calculado através da Lei de Kirchhoff das Tensões
(VCC = VRC + VCE)  o valor da corrente no coletor (IC), que foi de 16mA.

        Finalmente, a tensão sobre o resistor do coletor foi medida (VRC), encontrando-se o valor de 7,1V e por meio da Lei de Ohm juntamente com o calor de tensão encontrado anteriormente foi possível calcular a corrente no coletor (IC), em que o valor foi de 15mA.  

Os valores podem ser encontrados de forma esquemática na tabela 1.

Tabela 1 – Valores Medidos e Valores Calculados na segunda parte do experimento

Valores Medidos	VRB	14V
VCE	7,3V
VRC	7,1V
Valores Calculados	IB	47µA
IB	46,6µA
IC	16mA
IC	15mA

Já na terceira – e última – parte do experimento foi possível utilizar o transistor em sua montagem mais comum, que é como um amplificador na montagem de polarização divisor de tensão. Para essa etapa foram necessários: um transistor BC547, um resistor de 10 kΩ, um de 100 kΩ, um de 3,6 kΩ, um de 2,2 kΩ e um de 680 Ω. Dois capacitores de 4,7 µF, um protoboard, uma fonte de tensão contínua regulada em 15V, um gerador de sinais e um osciloscópio.

Tendo esses instrumentos e componentes em mãos, montou-se o circuito que está apresentado na figura 3.

[pic 3]

Figura 3 – Circuito montado na terceira parte do experimento

        Com esse circuito montado, foi gerada uma tensão de entrada senoidal de 200mV de pico a pico e com frequência de 1kHz. Após isso, a fonte de alimentação e o sinal de entrada foram conectados ao circuito. Utilizando o modo DUAL do osciloscópio foi analisado o sinal de entrada e de saída, a ponta de prova do canal CH1 do osciloscópio foi ligada no ponto Vin e a do canal CH2 no ponto Vout. A partir disso foi possível anotar os seguintes dados:

CH1: V/div: 50mV/div

        Time/div: 0,5ms

CH2: V/div: 0,5 V/div

        Time/div: 0,5ms

        

4 RESULTADOS E CONCLUSÕES

        O principal objetivo desse experimento foi observar na prática à teoria exposta na sala de aula referente aos transistores bipolares de junção e amplificadores operacionais. Durante o desenvolvimento do experimento 4 houve uma dificuldade dos membros em montar o circuito exemplificado, o que acarretou em algumas medidas erradas, porém quando observado o possível erro nos valores o experimento foi refeito, assim, encontrando valores coerentes com os dados disponíveis para realização do mesmo.

        O transistor BC547 quando medido seu parâmetro β (ganho) no início do experimento com uma certa variação de temperatura (calor dos dedos), como esperado ouve um aumento nesse parâmetro, com isso conseguimos observar a sensibilidade à variação de temperatura a partir da medição do seu ganho.

        Após realizar as medições na prática e contas matemáticas com valores práticos, como pode ser observado na tabela 1, sendo assim, concluímos que os valores tiveram alguma variação do teórico para o prático pois as medições não foram realizadas em ambiente com atmosfera controlada, equipamentos minuciosamente calibrados e outros possíveis fatores que podem interferir, porém, mesmo com essas adversidades pode observar que os valores estavam bem próximos e consequentemente estavam coerentes com os esperados para tal experimento.

        Por fim para questão de comprovar o êxito do experimento em mais uma vertente, calculamos o ganho (β) utilizando os valores medidos de IB e IC, que deve estar próximo de 305, para isso voltamos a utilizar a equação 1:

Ic = β * IB

Isolando o β temos:

β = Ic / IB

        Substituindo os valores para IC e IB de 46,6µA e 15mA respectivamente, obtemos o valor de:

β≈321

        Então, com esse valor de ganho e levando em conta os fatores do laboratório concluímos que os valores obtidos estão coerentes com a teoria dada em sala de aula.

        Na última parte do experimento, já com os dados em mãos, utilizando o osciloscópio, foi possível observar a seguinte forma de onda (figura 4), que nos possibilitou analisar perfeitamente à amplificação da onda.

[pic 4]

Figura 4 – Onda observada no osciloscópio na última parte do experimento

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