O Transstor Bipolar - Ficha de Trabalho 2

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O Transístor Bipolar – Ficha de Trabalho (2)

Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando Disciplina de Electricidade eElectrónica Módulo 7 - Transístores (11º Ano) Ficha de Trabalho Nº 2: “O Transístor Bipolar(cont.)” TRANSÍSTORES BIPOLARES (II) 4. A Ligação em EC Há 3 formas úteis de ligar umtransístor: . Emissor Comum (EC) . Colector Comum (CC) . Base Comum (BC) A primeira é a

mais utilizada. Vamos estudá-la O

nome da montagem vem do facto de a massa de cada fonte de alimentação estar ligada aoemissor, como se pode ver pela figura acima. Funcionamento: Na malha esquerda, chamadade malha de base, a fonte VBB polariza directamente o díodo emissor, sendo RB umaresistência limitadora de corrente. Variando o valor de VBB e/ou RB conseguimos controlar acorrente de base que, por sua vez, como veremos adiante, controla a corrente de colector.Isto é, uma pequena corrente (de base) controla uma grande corrente (de colector). Na malhadireita, ou malha de colector, a fonte VCC polariza inversamente o díodo colector através deRC. Essa polarização deve ser inversa, isto é, o colector deve ser positivo, para poderrecolher a maioria dos electrões livres injectados na base pelo emissor. Notação Índicesdobrados indicam fontes de tensão. Ex: VBB, VCC, VEE, ... Por outro lado, índices nãodobrados têm o significado que podemos deduzir dos seguintes exemplos: VCE = VC - VEVCB = VC - VB VBE = VB - VE 5. Curva Característica de Entrada É um gráfico que explicao funcionamento da montagem EC, do lado da malha de entrada. Assim, dá-nos a curva de IBem função de VBE. Mas isso não será como um díodo? Na realidade, como podemos ver pela

figura, assim é: Matematicamente, aplicando a lei

das malhas à malha de entrada, temos: VBB - VBE IB = ------------------- RB Exemplo 1.

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Calcule a corrente de base na figuradada. Qual é a tensão na resistência de base? E a corrente de colector, se ßDC=200?Solução: A tensão da fonte da base, de 2 V, polariza directamente o díodo emissor através deuma resistência limitadora de corrente de 100 kohm. como o díodo emissor tem uma queda detensão de 0,7 V, a tensão na resistência de base é: VB = VBB - VBE = 2V - 0,7V = 1,3 V Acorrente através da resistência de base será então: VBB - VBE 1,3V IB = ------------------------ =---------- = 13 µA RB 100kohm Com um ganho de corrente de 200, a corrente de colector será:IC = ßDC . IB = 200 . 13 = 2,6 mA 6. Curva Característica de Saída

Temos de fazer agora o estudo damalha de colector (direita). Aqui a coisa é mais complicada pois a malha de saída depende daentrada. Assim, para cada polarização que fizermos na entrada, vamos ter uma curva nasaída. Normalmente, esta característica de saída que estamos a estudar, não é uma curva,mas sim uma família de curvas, cada uma respeitando a uma determinada polarização daentrada. Como não podemos representar todas as situações, naquelas que não estãorepresentadas, teremos de fazer interpolações/aproximações. Vejamos pois um exemplo.Suponha-se que variámos VBB para que IB desse 10µA. Então poderíamos depois ir variandoVCC e ir medidndo os valores de IC e VCE correspondentes, obtendo-se a curva

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representada: Quando

VCE é zero, o díodo colector ainda não está polarizado inversamente, pelo que a corrente decolector é zero, como já dissémos atrás. Quando VCE cresce, IC cresce logo rapidamentetambém, até 1mA, o que corresponde à situação “normal” de o díodo colector estarpolarizado inversamente e recolher todos os electrões injectados pelo emissor na base. Onúmero de electrões livres injectados depende só da corrente de base, razão pela qual,mesmo aumentado VCE a corrente de colector se mantém. A uma tensão elevada, no nossocaso cerca de 40V, dá-se a ruptura e o transístor deixa de trabalhar como deve,queimando-se, pelo que é de evitar. Tensão e Potência de Colector Define-se VCE = VCC -IC . RC aplicando a lei das malhas Quanto à potência do transístor ela é quase toda dissipadana malha de saída pelo que se costuma utilizar PD = VCE . IC como potência do emissor Zonas de funcionamento Como vimos no ponto anterior, o transístor pode trabalhar em trêszonas: Zona Activa - é a zona central, em que VCE pode estar entre 1 e 40V. É a zona maisimportante e que representa o funcionamento normal do transístor. Zona de Ruptura - é azona da direita e o transístor nunca deve trabalhar nela pois corre o risco de destruição Zonade Saturação - é a zona da esquerda em que VCE está entre zero e poucas décimas de volt.Nesta zona o díodo de colector tem uma tensão insuficiente para recolher todos os electrõeslivres injectados pelo emissor na base. Zona de corte - ver à frente Mais Curvas Comodissemos atrás a característica de saída é normalmente representada por uma família decurvas, cada uma correspondente a uma determinada corrente de base. É o que podemos verna figura seguinte como exemplo:

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Zona de Corte - é azona correspondente à curva inferior do gráfico anterior. Nela a corrente de base é zero,havendo apenas uma pequena corrente (inversa) de colector, da ordem dos nA. Ostransístores funcionam na zona activa se os queremos como amplificadores. No caso decircuitos digitais funcionarão na zona de corte e saturação (0 e 1 lógicos) Exemplos: 1. Otransístor da figura seguinte tem um ßDC = 300. Calcule IB, IC, VCE e PD.

Solução: VBB - VBE 10 - 0,7 IB =----------------- = ------------ = 9,3 µA RB 1 . 106 IC = ßDC . IB = 300 . 9,3 µA = 2,79 mA VCE =VCC - IC . RC = 10 V - (2,79.10-3 . 2.103) = 4,42 V PD = VCE.IC = 4,42 . 2,79.10-3 = 12,3mW 2. A figura seguinte mostra um circuito de transístor desenhado no EWB. Calcule o ganhode corrente do 2N4424

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Solução: Primeirocalculamos a corrente de base 10 - 0,7 IB = -------------- = 28,2 . 10-6 A = 28,2 µA 330.103Depois temos de calcular IC. Como o voltímetro indica uma tensão de colector-emissor de5,45 V, podemos tirar a tensão na resistência de colector: V = 10 - 5,45 = 4,55 V Como acorrente de colector é igual à que atravessa essa resistência, basta aplicar a lei de ohm: 4,55IC = --------- = 9,68 mA 470 Finalmente calculamos o ganho de corrente: 9,68.10-3 ßDC =--------------- = 343 28,2.10-6 Questões: 1. Ao aumentar a tensão da fonte de polarização decolector aumentará: a) A corrente de base b) A corrente de colector c) A corrente de emissord) Nenhuma das anteriores 2. O facto de haver só umas quantas lacunas na zona de basesignifica que a base a) Está ligeiramente dopada b) Está fortemente dopada c) Não estádopada d) Nenhuma das anteriores 3. Num transístor npn polarizado normalmente, oselectrões do emissor têm energia suficiente para passar a barreira de potencial da a) Uniãobase-emissor b) União base-colector c) União colector-base d) A trajectória de recombinação4. Qual é o aspecto mais importante da corrente de colector? a) Mede-se em miliampéres b) Éigual à corrente de base dividida pelo ganho de corrente c) É pequena d) É aproximadamenteigual à corrente de emissor 5. Se o ganho de corrente é de 200 e a corrente de colector é de100 mA, a corrente de base é igual a a) 0,5 mA b) 2 mA c) 2 A d) 20 A 6. A tensãobase-emissor é normalmente a) Menor que a tensão da fonte de polarização da base b) Igualà tensão da fonte de polarização da base c) Maior que a tensão da fonte de polarização dabase d) Nada se pode afirmar 7. A tensão colector-emissor normalmente é: a) Menor que atensão da fonte de polarização do colector b) Igual à tensão da fonte de polarização docolector c) Maior que a tensão da fonte de polarização do colector d) Nada se pode afirmar 8.A potência dissipada por um transístor é aproximadamente igual à corrente de colectormultiplicada por: a) A tensão base-emissor b) A tensão colector-emissor c) A tensão da fonteda base d) 0,7 V 9. A pequena corrente de colector que está presente quando a corrente debase é zero, provém da corrente de fugas a) Do díodo de emissor b) Do díodo do colector c)Do díodo de base d) Do transístor 10. Se a corrente de base é de 100 mA e o ganho decorrente é de 30, a corrente de colector vale: a) 300 mA b) 3 A c) 3,33 A d) 10 A 11. Na zonaactiva, a corrente de colector não é afectada significativamente por: a) A fonte de tensão depolarização da base b) A corrente de base c) O ganho de corrente d) A resistência de colector12. Se a resistência de base está em aberto, que valor tem a corrente de colector? a) 0 b) 1mA c) 2 mA d) 10 mA Problemas: 1. Considere o circuito da figura:

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a) Qual o valor da corrente de base?b) Se o ganho de corrente diminuir de 200 para 100 na figura anterior, quanto valerá então acorrente de base? c) Se a resistência de 330 kohm tiver uma tolerância de 5%, qual é o valormáximo da corrente de base? 2. Um circuito de um transístor, semelhante ao do problemaanterior, tem uma fonte de polarização de colector de 20 V, uma resistência de colector de 1,5kohm e uma corrente de colector de 5 mA. Calcule o valor da tensão de colector-emissor. 3.Se num transístor a corrente de colector é de 100 mA e a tensão colector-emissor é 3,5 V, quepotência dissipa esse transístor nessa situação?

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