relatório transistores

8/16/2019 Relatório Transistores

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DEMINAS GERAIS

CAMPUS III - LEOPOLDINAENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

MARIA EDUARDA BASTOS NATÃ FRANCO SOARES DE BEM

TRANSISTORES

Leopoldina2015


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MARIA EDUARDA BASTOS NATÃ FRANCO SOARES DE BEM

TRANSISTORES

Trabalho apresentado ao Curso Engenharia de Controle eAutomação do CEFET/MG – Centro Federal deEducação Tecnológica de Minas Gerais, para a disciplinaLaboratório de Eletrônica.

Prof. Ricardo Rosemback

Leopoldina2015


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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5

2. OBJETIVO ........................................................................................................................... 5

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................................. 64. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................... 13

5. METODOLOGIA................................................................................................................ 14

6. RESULTADOS EXPERIMENTAIS ........................................................................................ 20

7. ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................................................. 26

8. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 27

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 27


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TABELA DE FIGURAS

Figure 1 - Placa de circuito impresso ..............................................Error! Bookmark not defined.

Figure 2 - Ferro de solda .................................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 3 - Estação de retrabalho .....................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 4 - Processo de dessoldagem ...............................................Error! Bookmark not defined.

Figure 5 - Soldagem .........................................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 6 - Retificador meia onda simulado (à esquerda) e real (à direita) .... Error! Bookmark notdefined.

Figure 7 - Resultados do retificador de onda completa simulado (à esquerda) e real (à direita).........................................................................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 8 - Retificador com derivação central simulado (à esquerda) e real (à direita) ..........Error!Bookmark not defined.

Figure 9 - Retificador meia onda com capacitor de 33 µF simulado (à esquerda) e real (à direita).........................................................................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 10 - Retificador meia onda com capacitor de 100 µF simulado (à esquerda) e real (àdireita) .............................................................................................Error! Bookmark not defined. Figure 11 - Resultados do retificador de onda completa com capacitor de 33 µF simulado (àesquerda) e real (à direita) ...............................................................Error! Bookmark not defined. Figure 12 - Resultados do retificador de onda completa com capacitor de 100 µF simulado (àesquerda) e real (à direita) ...............................................................Error! Bookmark not defined. Figure 13- Retificador com derivação central com capacitor de 33 µF simulado (à esquerda) ereal (à direita) ..................................................................................Error! Bookmark not defined. Figure 14- Retificador com derivação central com capacitor de 100 µF simulado (à esquerda) ereal (à direita) ..................................................................................Error! Bookmark not defined.

Figure 15- Resultados do retificador de onda completa com capacitor de 100 µF e diodo Zenersimulado (à esquerda) e real (à direita) ...........................................Error! Bookmark not defined. Figure 16 - Circuito ceifador (primeira configuração) .....................Error! Bookmark not defined.

Figure 17 - Circuito ceifador (segunda configuração) .....................Error! Bookmark not defined.


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INTRODUÇÃO

Atualmente, o transistor é um componente eletrônico amplamente utilizado em

circuitos de potência. Inventado no fim de 1947 pelos laboratórios da Beel Telephone,

seus desenvolvedores buscavam um dispositivo equivalente às válvulas eletrônicas até

então existentes. Na época em que fora lançado haviam fatores que impediam sua

propagação, o alto preço do germânio somado ao complexo procedimento de fabricação.

Ao longo do tempo surgiu interesse de algumas empresas mais conhecidas como Texas e

Phillips em desenvolver a produção dos transistores, as quais investiram inicialmente no

formato ponto de contato aos poucos abandonados, dando lugar ao transistor bipolar de

junção (TBJ) e o transistor de efeito de campo (FET).

Nesta prática, estudaremos sobre os transistores bipolares de junção que consiste

em duas junções pn construídas de modo especial e conectadas em série e em oposição.

O BJT é constituído basicamente de três camadas de materiais semicondutores, formando

as junções NPN ou PNP. A corrente é conduzida, quer por elétrons, quer por lacunas, e

daí a designação bipolar.O BJT, frequentemente referido simplesmente como “o transístor”, é largamente

utilizado tanto em circuitos discretos como integrados, analógicos ou digitais.

Compreendendo bem as características do dispositivo, podem ser projetados circuitos

com transístores cujo desempenho é notavelmente previsível e bastante insensível às

variações dos parâmetros dos transístores.

Estudaremos também o amplificador transistorizado, que com o passar do tempo

substituíram as válvulas devido às vantagens de menos consumo de energia, maiordurabilidade, menos preço e menor custo.

OBJETIVO

Conhecer os transistores bipolares de junção, bem como seu funcionamento e suas

principais aplicações.


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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. Transistores Bipolares de Junção

Os dispositivos semicondutores de três terminais são mais utilizados que os de

dois terminais, os diodos, porque podem ser usados em várias aplicações, desde a

amplificação de sinais até o projeto de circuitos digitais de memória.

O princípio básico de operação é o uso de uma tensão entre os dois terminais

para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal. A tensão de controle também

pode ser usada para fazer com que a corrente no terceiro terminal varie de zero até um

valor significativo, comportando-se como uma chave.

Há 2 tipos principais de dispositivos de 3 terminais: o transistor bipolar de junção

(TBJ) e o transistor de efeito de campo (FET). O transistor bipolar, geralmente chamado

apenas transistor consiste em duas junções pn construídas de modo especial e conectadas

em série e em oposição.

O transistor de bipolar de junção (TBJ) constitui-se de 3 regiões semicondutoras:o emissor (E), a base (B) e o coletor (C), cada um ligado a um terminal metálico para

acesso externo. No transistor npn a base é do tipo p e as outras regiões são do tipo n. No

transistor pnp, a base é do tipo n e as outras regiões são do tipo p.

Figura 01- Transistores NPN e PNP


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O transistor consiste em duas junções pn, a junção emissor-base (JEB) e a junção

coletor-base (JCB). Dependendo da condição de polarização de cada junção, são obtidos

diferentes modos de operação para o transistor.

JEB JCB MODODireta Reversa Ativo

Direta Direta Saturação

Reversa Reversa Corte

Tabela 01 – Condições de polarização das junções do transistor

O modo ativo é aquele em que o transistor é usado para funcionar como

amplificador. Em aplicações de comutação utilizam-se os modos de corte e saturação.

Transistor npn

A figura abaixo ilustra o funcionamento do transístor npn no modo ativo.

Figura 02- Transistor npn modo ativo

As correntes de deriva devidas aos portadores minoritários gerados

termicamente são pequenas e desprezadas na análise. A polarização direta da junção

emissor-base fará com que uma corrente circule pela junção composta de 2

componentes: elétrons injetados no emissor e lacunas injetadas na base. A

componente de elétrons é muito maior que a de lacunas, isto é obtido usando-se um

emissor fortemente dopado e uma base levemente dopada e bem estreita. O fato da


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base ser muito estreita faz com que os elétrons injetados na base se difundam (corrente

de difusão) em direção ao coletor. No caminho, alguns elétrons que estão se

difundindo através da região da base se recombinam com as lacunas (portadores

majoritários na base), mas como ela é muito estreita e fracamente dopada, a

porcentagem de elétrons perdidos por recombinação é muito pequena.

Basicamente, a tensão de polarização direta VEB causa uma corrente de coletor

iC exponencialmente dependente. Esta corrente é independente do valor da tensão de

coletor desde que a junção coletor-base esteja contrapolarizada, i.e., VCB ≥ 0. Assim,

em modo ativo, o terminal do coletor comporta-se como uma fonte de corrente

controlada ideal em que o valor da corrente é determinado por VBE. A corrente de

base iB é um fator 1/β da corrente de coletor e a corrente de emissor é igual à soma

das correntes de coletor e de base. Uma vez que i B é muito menor do que iC (i.e., β >>

1), iE ≅ iC. Mais precisamente, a corrente de coletor é uma fracção α da corrente de

emissor, com α menor, mas aproximadamente igual à unidade.

Transistor pnp

A figura abaixo ilustra o funcionamento do transístor pnp no modo ativo.

Figura 03- Transistor pnp modo ativo

Ao contrário do transístor npn, a corrente no transístor pnp é principalmente

devida a lacunas injetadas pelo emissor na base em resultado da tensão de polarização

direta VEB. Uma vez que a componente da corrente do emissor correspondente aos

elétrons injetados pela base no emissor é muito pequena, em virtude de a base ser muito


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pouco dopada, a corrente de emissor é essencialmente uma corrente de lacunas. Os

elétrons injetados pela base no emissor constituem a componente dominante, i B1, da

corrente de base. Algumas das lacunas injetadas na base recombinam-se com os

portadores maioritários da base (elétrons), perdendo-se assim. Estes elétrons têm de ser

substituídos pelo circuito exterior, originando a segunda componente da corrente de base,

iB2. As lacunas que conseguem atingir a fronteira da região de depleção da junção coletor-

base são aceleradas pelo campo elétrico aí existente e penetram no coletor, constituindo

a corrente de coletor. Conclui-se facilmente desta descrição que as relações corrente-

tensão do transístor pnp são idênticas às do transístor npn, invertendo-se os terminais de

VEB.

Operando nas regiões de corte e saturação um transistor assume o comportamentode uma chave, ou seja, interruptor aberto ou fechado. Em eletrônica digital essas duas

situações do dispositivo a que se assemelha equivalem respectivamente a valores lógicos

do tipo 0 e 1 (falso ou verdadeiro).

Na zona de corte o transistor equivale a um interruptor aberto quando no coletor

a corrente será nula. Logo a tensão entre coletor e emissor, equivale a tensão contínua

aplicada sobre ele (VCE = VCC). Nesse caso IB ≅ 0.

Na zona de saturação o transistor corresponde a um interruptor fechado. Dessa

forma a tensão entre coletor e emissor será praticamente nula (da ordem de 0,2 V para

transistores de silício) e a corrente no coletor atinge seu valor máximo limitada apenas

pela resistência associada ao mesmo. IC = VCC / R C. Temos ainda que a corrente no coletor

deve ser infinitamente menor que a da base e a tensão entre base e emissor VBE será de

0,7 V para transistores de silício.


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Figura 04- Comportamento do TBJ nas zonas de corte e saturação

Existe um valor limite de tensão especificado, acima do qual o transistor sofre

algum dano ou avaria. Tal valor máximo nunca poderá ser portanto ultrapassado quando

da operação nessa zona.

Figura 05- Regiões de funcionamento de um transistor


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3.2. TBJ como chave

As principais aplicações de transistores seriam como amplificadores de corrente

ou tensão e como controle ON-OFF (chaves do tipo liga-desliga). A única maneira naqual o transistor é capaz de funcionar seria quando encontra-se polarizado.

Como todo componente eletrônico a tensão aplicada a eles não pode sofrer

variações bruscas, dessa forma temos que definir a região em que irão operar sob corrente

contínua, isso está relacionado diretamente à aplicação em que se deseja introduzi-los.

Figura 06- TBJ operando na região de corte

Figura 07- TBJ operando na região de saturação


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Observamos que na região de corte VBB = 0, o que implica VCE = VCC.

No estado de saturação, com a polarização direta da junção JEB e corrente na base

grande o suficiente para promover uma corrente máxima no transistor, essa corrente será

definida pela expressão:

() = −

Na base a corrente mínima que garante a operação do componente nesse estado

deverá ser expressa por:

() =()

3.3. Amplificadores transistorizados

O amplificador mais comum atualmente é o eletrônico, geralmente usado em

transmissores e receptores de rádio e televisão, equipamentos estéreo de alta fidelidade,

microcomputadores e outros equipamentos eletrônicos digitais. Seus principais

componentes são dispositivos ativos, como transistores e válvulas.

Com a invenção dos transistores, as válvulas foram substituídas aos poucos por

amplificadores transistorizados, devido às vantagens de menor consumo de energia,

menor custo, menor tamanho e maior durabilidade.

Os amplificadores transistorizados não necessitam de transformadores de saída

para casar as impedâncias dos alto-falantes. Hoje estes amplificadores podem ser

construídos com transistores bipolares, MOSFETs ou circuitos integrados.


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Figura 08- Amplificador transistorizado

O circuito de entrada de um amplificador transistorizado deve ser alimentado com

a corrente de saída de um pré-amplificador. Neste caso, cada transistor é considerado

como um amplificador de corrente ou potência, operando a um nível de corrente ou de

potência, mais elevado que o nível do estágio anterior e menos elevado do que o do

estágio seguinte.

MATERIAIS UTILIZADOS

Os principais materiais utilizados para a execução deste experimento foram:

Fonte CC ajustável;

Osciloscópio;

Matriz de contatos;

Multímetro Digital;

1 transistor BC548C;

1 transistor TIP31A,

Fios;

1 resistor de 2,2k Ω; 1 resistor de 220k Ω;


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1 resistor de 3,3k Ω;


1 resistor de 470k Ω;

1 resistor de 10k Ω; 1 resistor de 33k Ω;

1 resistor de 46,2Ω;


1 motor;

1 optoacoplador;

METODOLOGIA

I) Primeiramente, mediu-se o hFE dos transistores BC548C, BC548B e

BD137com o uso do multímetro. Os resultados obtidos encontram-se na

tabela 02.

Em seguida, montou-se o circuito de polarização fixa, onde, VCC=12V, R B=220k Ω,

R C=2,2k Ω e o transistor era do tipo BC548C. Com o uso do multímetro, encontrou-

se as tensões entre base e coletor, entre emissor e base e entre emissor e coletor.Os resultados obtidos encontram-se na tabela 03.

Posteriormente, substituiu-se o transistor BC548C por um TIP31A no circuito da

figura 09 e mediu-se, com o uso de um multímetro, as tensões entre base e coletor,

entre emissor e base e entre emissor e coletor. Os resultados obtidos encontram-se

na tabela 04.

Depois, montou-se o circuito de polarização estável do emissor, onde VCC=12V,

R B=470k Ω, R C=3,3k Ω, R E=1,5k Ω e o transistor era do tipo BC548C. Com o uso

do multímetro, encontrou-se as tensões entre base e coletor, entre emissor e base e

entre emissor e coletor. Os resultados obtidos encontram-se na tabela 05.

Posteriormente, substituiu-se o transistor BC548C por um TIP31A no circuito da

figura 10 e mediu-se, com o uso de um multímetro, as tensões entre base e coletor,


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na tabela 06.

Em seguida, montou-se o circuito de polarização por divisor de tensão, onde

VCC=12V, R 1=33k Ω, R 2=3,3k Ω, R C=10k Ω, R E=1,5k Ω e o transistor era do tipo

BC548C. Com o uso do multímetro, encontrou-se as tensões entre base e coletor,


na tabela 07.

Após as medições, simulou-se os mesmos circuitos no software multisim afim de obter

melhor análise dos resultados.

II) Consultou-se o datasheet para encontrar a resistência da bobina do relé na

entrada que era de 394Ω. Usando essa informação, calculou-se que

R B=6,8K Ω e R E=46,2Ω. Montou-se o circuito da figura 12, utilizando o

transistor como uma chave que ligava e desligava um motor conectado em

5V através de um relé.

Figura 12- Circuito para acionamento de um motor através de um relé


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Em seguida, adicionou-se ao circuito da figura 12 um optoacoplador em sua alimentação

e fez-se as alterações necessárias para que houvesse a isolação óptica no circuito, como

mostra a figura 13, onde R 1=270Ω.

Figura 13- Circuito para acionamento de um motor com isolação elétrica

Posteriormente, simulou-se os mesmos circuitos no software multisim afim de obter

melhor análise dos resultados.

III) Simulou-se o circuito da figura 14 no software multisim.


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Figura 14- Amplificador transistorizado

Inseriu-se um resistor de 10k Ω em série com a fonte V2 na simulação, para

se determinar o valor da impedância de entrada através da queda de tensão

nessa resistência, como mostra a figura 15.

Figura 14- Amplificador transistorizado com acréscimo do resistor R4


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Em seguida, simulou-se o circuito aplicando sinais de diferentes

frequências e amplitudes, como mostram as figuras abaixo, para evidenciar

a resposta dinâmica na frequência e os efeitos de saturação.

Figura 15- Amplificador transistorizado – primeiro sinal de entrada


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Figura 16- Amplificador transistorizado – segundo sinal de entrada

Figura 17- Amplificador transistorizado – terceiro sinal de entrada


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Por último, acrescentou-se na simulação um resistor no emissor, fora do

capacitor C2 afim de se observar os efeitos da distorção do sinal, no ganho

do amplificador e na impedância de entrada.

Figura 18- Amplificador transistorizado com acréscimo do resistor R5

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

A Table 1 mostra as principais informações que podem ser retiradas do datasheet

(folha de dados, em português) do componente 1N4148, que é um diodo comum.

Table 1 - Principais informações sobre o diodo 1N4148

1N4148

Corrente (regime permanente) 200 mA

Tensão reversa 75 V

Tempo de recuperação reversa 4 ns


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Potência máxima dissipada 500 mW

Quanto ao componente 1N4747, que é um diodo do tipo Zener, suas principais

informações estão condensadas na Table 2.

Table 2 - Principais dados referentes ao diodo 1N4747

1N4747

Corrente reguladora máxima 45 mA

Tensão Zener nominal 20 V

Potência máxima dissipada 1W

Já na Table 3, estão reunidos os dados mais importantes referentes ao diodo 1N4936.

Table 3 - Principais informações referentes ao diodo 1N4936

1N4936

Corrente (regime permanente) 1 A

Tensão reversa 400 V

Tempo de recuperação reversa 200 ns

Potência máxima dissipada 500 mW

1.1 VALORES REAIS

Na .


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Figura 1 - Circuito para acionamento do motor

Figura 2 - Circuito com optoacoplador

1.2 VALORES SIMULADOS

A primeira configuração de transistor é mostrada na Figura 3, contando com dois

resistores, um na base e o outro no coletor do transistor.


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Figura 3 -Transistor configuração 1

Os valores de tensão medidos no transistor são mostrados na Figura 4. A primeira

medida é da tensão entre base e coletor, a segunda entre emissor e base e a terceira, entre

emissor e coletor.

Figura 4 - Valores simulados de tensão Vbc, Veb e Vec, respectivamente.

A segunda configuração de transistor implementada é mostrada na Figura 5.

Diferentemente da primeira cofiguração, esta possui um terceiro resistor conectado no

emissor do transistor.


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Figura 5 - Configuração 2 de transistor

As medições realizadas nesta configuração são mostradas nos multímetros virtuais da

Figura 6. A primeira caixa traz o valor da queda de tesnão entre a base e o coletor,

enquanto a segunda mostra a queda de tensão entre emissor e base e a terceira, entre

emissor e coletor.

Figura 6 - Tensões do transistor Vbc, Veb e Vec, respectivamente.

. A última configuração implementada foi a divisor de tensão, com representação

gráfica mostrada na Figura 7


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Figura 7 - Configuração 3 do transistor

As tensões medidas no circuito simulado de divisor de tensão são apresentadas na

Figura 8. São apresentadas, assim, as tensões entre base e coletor, emissor e base e

emissor e coletor, respectivamente.

Figura 8 - Tensões medidas no circuito simulado Vbc, Veb e Vec, respectivamente.

Já na Figura 9 tem-se o esquemático simulado do circuito transistorizado para o

acionamento de um motor através de um relé para isolação.


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Figura 9 - Circuito simulado para acionamento, através de relé, de um motor.

Na Figura 10, difere-se da Figura 9 a isolação óptica proporcionada pelo

optoacoplador na alimentação do circuito.

Figura 10 - Acionamento de um motor com isolação elétrica

ANÁLISE DOS RESULTADOS

As respostas real e simulada se mostraram muito próximas entre si, em todas as

três configurações. A configuração de divisor de tensão apresenta algumas vantagensem relação às outras duas configurações, como apresentar ganho mais estável. Cada


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configuração, no entanto, apresenta um nicho de aplicação diferente, algumas

configurações, mesmo menos estáveis, são mais simples, todavia.

Quanto à prática de acionamento de um relé

CONCLUSÃO

Em um mundo envolto em componentes eletrônicos, é quase inevitável se deparar

com o processo de soldagem ou dessoldagem. Dominar tais técnicas é de extrema

importância quando se tratando de trabalhos na área eletro-eltrônica. Apesar de existirem,

atualmente, aparelhos que realizam tais processos automaticamente, muitas vezes estes

se mostram caros e injustificáveis para realizar a retirada ou soldagem de apensas alguns

componentes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros

1. DAVID E., Johnson, HILBURN L., John, JOHNSON R., Johnny. Fundamentos

de análise de circuitos elétricos. Editora PRENTICE-HALL DO BRASIL LTD,

4° edição. Rio de Janeiro, 1994.

Periódicos

Páginas da Internet

2. Transistores.

Acessado em: http://www.portaleletricista.com.br/transistor-funcionamento-e-

aplicacoes

3. Transistores de junção bipolar.

Acessado em: https://web.fe.up.pt/~fff/Homepage/Ficheiros/E1_Cap4.pdf


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4. Aplicação.

Acessado em: http://www.portaleletricista.com.br/transistor-funcionamento-e-aplicacoes/

5. http://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.p

df6. http://escolaindustrial.com.br/escolaindustrial.com.br/Apostilas/M-1104a-1100-

Aluno-Por.pdf

Figura 1: http://www.radioamadores.net/imagens/tr_4.gif

Figura 2: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAAV-oAB-1.jpg

Figura 3: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAfUpwAH-2.jpg

Figura 4: http://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2014/04/transistor-de-

silicio.jpg

Figura 5: http://www.portaleletricista.com.br/wp-

content/uploads/2014/04/como-funciona-o-transistor.jpg

Figura 6: http://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2014/04/Regiao-

de-Corte.jpg

Figura 7: http://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2014/04/Regiao-

de-Saturacao.jpg

Figura 8: http://laercio.vialink.com.br/wp-content/uploads/2014/08/A03_0125.jpg
http://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdfhttp://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdfhttp://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdfhttp://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdfhttp://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdfhttp://www.sr.ifes.edu.br/~secchin/Eletronicabasica/retificadores_monofasicos.pdf

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