Curva Característica Do Transistor Bipolar de Junção

Sumrio

1. RESUMO .............................................................................................................................. 2

2. INTRODUO TERICA ................................................................................................... 2

3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 4

4. MATERIAS E MTODOS UTILIZADOS ............................................................................ 5

4.1. Materiais Utilizados: ....................................................................................................... 5

4.2. Mtodos Utilizados .......................................................................................................... 5

5. RESULTADOS E DISCURSSES ........................................................................................ 7

7. CONCLUSO ...................................................................................................................... 14

8. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 14

1. RESUMO

O experimento 7 Curva Caracterstica do Transistor Bipolar de Juno TBJ foi

realizado na disciplina de Eletrnica Analgica I.

Um TBJ um dispositivo com trs terminas, formado com dois tipos de materiais o do

tipo P e o do tipo N. Possuem duas junes (juno NP e juno PN) e formado por trs

regies: a regio de coletor, a regio de base e a regio de emissor. O transistor analisado e

estudado nesse relatrio o TBJ NPN BC548.

O relatrio aborda todos os pontos relacionados a um transistor. No qual, a introduo

explica de forma simples e intuitiva os conceitos, os tipos, as caractersticas, a anlise grfica,

a anlise de circuito, as aplicaes e as frmulas principais do dispositivo.

A primeira parte do experimento tinha por objetivo ensinar a mexer nos equipamentos

ajustveis para aprender a trabalhar com um TBJ. A plotagem e o esboo das curvas

caracterstica foram feitas, para diferentes valores de corrente de base, aps os ensaios no

laboratrio.

E por ltimo neste relatrio foi preciso explicar de forma simplria a plotagem e a anlise

das curvas caractersticas e a determinao do medido comparando-o com o calculado.

2. INTRODUO TERICA

O transistor bipolar de juno TBJ um dispositivo com trs regies semicondutoras

conectadas em trs terminais: o emissor(E), a base(B) e o coletor(B).

Figura 1 Simbologia do TBJ

A formao estrutural do transistor semelhante a do diodo, j que ambos possuem dois

tipos de materiais: material tipo P (com lacunas como portadores majoritrios) e material tipo

N (com eltrons como portadores majoritrios). J a formao fsica do transistor bem

distinta da do diodo. Enquanto os diodos possuem apenas uma juno PN os transistores

possuem duas junes(juno PN ou juno NP), podendo ser do tipo NPN ou do tipo PNP.

Ambos os tipos possuem trs regies: regio de emissor, regio de base e regio de coletor. As

figuras seguintes ilustram melhor a estrutura do transistor:

Figura 2 TBJ NPN

Figura 3 TBJ PNP

Quando analisamos a operao do transistor no modo ativo devemos verificar o fluxo da

corrente nas trs regies. Para facilitar o entendimento observe a Figura 4 que mostra um TBJ

NPN. Antes de tudo preciso saber que a regio de emissor altamente dopada, a regio de

base fina com baixa dopagem e a regio de coletor mais dopada que a regio de base.

Com isto em mente faamos a anlise da malha onde encontra-se a fonte Vbe. Nesta

malha circular duas correntes, uma corrente do emissor elevada (j que a regio de emissor

fortemente dopada) e uma corrente da base que ser pequena (j que a regio pouco

dopada). Os muitos eltrons da regio de emissor iro para a regio de base, como esta

fracamente dopada sobrar muitos eltrons que seguiro at a regio de coletor, permitindo

um fluxo BC que gerar uma corrente do coletor. Na anlise da malha que encontra-se a

tenso Vcb vemos uma corrente entrando no coletor(corrente do coletor) e outra entrando na

base(corrente da base) ambas resultado da alta dopagem da regio do emissor e da sobra de

eltrons livres no dispositivo.

Figura 4 Fluxo de corrente do TBJ NPN

Assim podemos formular que:

Ie = Ib + Ic

Ib = Ic/

= /( +1)

Ie: corrente do emissor Ib: corrente da base Ic: corrente do coletor

: ganho de corrente emissor comum : ganho de corrente base comum

A partir destas frmulas e utilizando mtodos de resolues como anlise por malha,

anlise por n e leis de Kirchhoff possvel resover qualquer circuito relacionado a

transistores e seus valores associados.

As aplicaes de um transistor so extensamente variadas j que estes dispositivos podem

ser utilizados tanto para amplificares de tenso e potncia como para projetos de circuitos

lgicos digitais e de memria (utilizando-os como chaves).

3. OBJETIVOS

Propiciar o entendimento do funcionamento e das propriedades do transistor bipolar de

juno, alm da realizao do levantamento da curva caracterstica.

4. MATERIAS E MTODOS UTILIZADOS

4.1. Materiais Utilizados:

01 resistor de 10k;

01 resistor de 100 k;

01 diodo 1N4148;

01 transistor BC548;

01 multmetro digital;

01 fonte de tenso C.C. ajustvel;

01 gerador de funes;

01 osciloscpio;

01 protoboard;

Cabos para conexo;

Pontas de prova para os instrumentos de medio;

Software Multisim.

4.2. Mtodos Utilizados

O procedimento experimental divido em duas partes.

4.2.1 Curva IcxVce do TBJ

O primeiro passo do experimento foi medir na escala de teste de semicondutores o

Vbe e o beta(hfe) do TBJ BC548, sendo Vbe = 0.606V e = 308.

Figura 5 TBJ BC548

Em seguida regulamos o gerador de funes como uma onda senoidal com 100Hz e

10Vp e a fonte de alimentao DC ajustvel em 0.5V.

Com tudo pronto montamos o circuito referente a Figura 6 conectando o multmetro e

as pontas de provas do osciloscpio nos lugares adequados. Depois tivemos que regular o

osciloscpio: conferindo as escalas (nas pontas de prova e no osciloscpio), modificando o

acoplamento de ambos os canais para DC, invertendo o canal 2 e colocando o osciloscpio

em modo XY.

Estando o circuito e os aparelhos finalizados comeamos os testes e as coletas de

dados. Reajustando a fonte DC observando a corrente no multmetro (corrente da base) em

5A, 10A, 15A, 25A e 30A salvamos e esboamos as curvas caractersticas do TBJ.

Figura 6 Circuito I

4.2.2 Determinao do do Transistor

Depois de salvo e simulado as curvas caractersticas escolhemos um Vce localizado na

regio ativa do transistor e traamos uma curva perpendicular ao eixo Vce para determinar o

ganho de corrente emissor comum ().

Pela fmula:

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

No final comparamos e analisamos resultados e grficos.

5. RESULTADOS E DISCURSSES

5.1. Curva VdxId do diodo atravs do Osciloscpio

Figura 7 Curva Caracterstica Ociloscpio(Ib = 5A)



OBS.: Primeiramente foi configurado no osciloscpio o eixo x como sendo em unidade de

corrente[A]. No ocorreu variaes numricas na escala grfica e o equvoco foi concertado

posteriormente.

Figura 12 Circuito Multisim com Osciloscpio

Figura 13 Curva Caracterstica Genrica Multisim(Ib ~ 3.8A)

OBS.: O multisim, em nenhum dos trs tipos de osciloscpio disponveis no software, modificou (na

escala verticalmente) a curva caracterstica. Ou seja, no importava o valor configurado para a

corrente de base no multmetro o grfico da curva caracterstica era sempre o mesmo. Assim a Figura

13 mais um esboo de como deve ser o formato da curva caracterstica.

Figura 14 Circuito Multisim com Analisador

Figura 15 Display do Analisador Multisim

Figura 16 Curvas Caracterstica Multisim

OBS.: Na Figura 16 o grfico possuem 6 curvas caractersticas pois o analisador do multisim no

conseguiria omitir Ib = 20A(curva no simulada no laboratrio), assim a curva caracterstica

amarela plotada representa este valor.

Figura 17 Curva Caracterstica Vce x Ic

Na figura 17 podemos observar um grfico da curva caracterstica do TBJ Vce x Ic.

Onde observamos a regio de saturao, a regio ativa, a regio de corte e regio de ruptura.

Quando o transistor funciona na regio de saturao este pode ser utilizado como uma

chave fechada, o qual a juno emissor-base e a juno coletor-base operam de forma direta.

O transistor funciona na regio de corte quando a juno emissor-base e a juno

coletor-base operam de forma reversa. O transistor nessa regio utilizado como uma chave

aberta.

A regio ativa, a rea til (Figura 17, na curva do transistor funciona quando a juno

emissor-base opera de forma direta e a juno coletor-base opera de forma reversa. Nessa

regio as aplicaes do transistor so para amplificar sinais. preciso observar que mesmo

quando a juno emissor-base est operando de forma direta e a juno coletor-base est

operando de forma reversa o transistor para de funcionar adequadamente quando ultrapassa a

curva de potncia mxima e passa para a regio de ruptura. Na regio de ruptura no existe

regras e padres de funcionamento do transistor.

As figuras 7, 8, 9, 10 e 11 so curvas caracterstica salvas na prtica, onde variando Ib

podemos obter curvas com inclinaes distintas. Indicando que ao aumentar a corrente de

coletor - Ib aumentamos a corrente de base Ic. Lembrando que Vce que separa a regio de

saturao e a regio ativa no se modifica.

A Figura 13 e a Figura 16 mostra a curva caracterstica plotada do transistor obtida

pelo software Multisim utilizando um osciloscpio e um analisador.

Na Figura 13 foi utilizado um osciloscpio para plotar a curva porm realizando as

simulaes observamos que a curva no se modifica, ou seja, no importava o valor configurado

no circuito para a corrente de base no multmetro o grfico da curva caracterstica sempre ser o

mesmo. Assim o grfico plotado na Figura 13 apenas um esboo da curva caracterstica.

Na Figura 16 utilizamos um analisador na opo transistor para gerar curvas caractersticas no

TBJ. O analisador foi programado para obter 6 curvas variando Ib de 5A a 30A e o Vce de 0V a

4 V, como demostrado na Figura 15. Esta simulao, da Figura 16, til para conseguir visualizar

todo o conceito grfico do TBJ, Figura 17, e observar semelhanas visuais entre a Figura 16, a Figura

17 e a Figura 18.

5.2. Determinao do do Transistor

Sendo:

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

Figura 18 Curvas Caracterstica Ociloscpio

OBS.: O grfico de curvas caracterstica do esboo foi refeito com a escala de 5V. J que o

anterior no satisfazia o clculo do .

O Ganho de corrente do emissor comum do TBJ NPN BC548 medido:

= 308

Considerando Ic = 5A; Ib = 4mV como referncia para o clculo, temos:

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

= (35mA 20mA) / (10A 5A)

Ib = 5A; Ic = 4mA e Ib = 10A; Ic = 7mA -> ~ 300

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

= (50mA 20mA) / (15A 5A)

Ib = 5A; Ic = 4mA e Ib = 15A; Ic = 10mA -> ~ 300

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

= (79mA 20mA) / (25A 5A)

Ib = 5A; Ic = 4mA e Ib = 25A; Ic = 15.8mA -> ~ 295

= (Ic Ic) / (Ib Ib)

= (93.5mA 20mA) / (30A 5A)

Ib = 5A; Ic = 4mA e Ib = 30A; Ic = 18.7mA -> ~ 294

Comparando o medido e os calculados podemos considerar os valores satisfatrios

o que indica que os erros e as aproximaes da prtica foram minimizados ao ponto que a

aproximao dos dados estudado chegou a 4,55% de erro confrontando medido e

calculado.

7. CONCLUSO

O experimento realizado possibilitou a verificao, visualizao e o entendimento da

curva caracterstica de um transistor BC548, alm do clculo de seu ganho . O estudo

aprofundado e a verificao de curvas caractersticas, propriedades e equaes envolvidas no

funcionamento de componentes eletrnicos so de suma importncia na real compreenso de

suas funcionalidades e aplicaes em engenharia.

Com o experimento pde-se perceber que mesmo sendo formado por uma estrutura bem

semelhante a de diodos de juno PN, o transistor apresenta um comportamento bem

caracterstico e diferente do de um diodo de juno comum, possuindo dentre vrias

propriedades importantes o ganho , que relaciona a corrente de coletor e de base.

De modo geral, os resultados obtidos foram satisfatrios. As curvas esboadas e os

valores calculados com base nas medies se assemelham aos valores obtidos tanto por

simulao em software quanto pelo visto em teoria.

8. BIBLIOGRAFIA

MICROELETRNICA, ed. 5 - SEDRA E SMITH - Pearson, 2012.

Documents

Curva Característica Do Transistor Bipolar de Junção