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I
,E XP E RI EN~GIA,~
TRANSISTOR COMO CHAVE
Objetivos:
- Verificar, experimentalmente, o funcionamento de um transistor como chave.
Teoria: Conforme a polarização, um transistor pode ~perar em três regiões distintas, a de corte, a ativa e a de saturação. Na região ativa, o transistor é utilizado, com a devida polarizª ção. como amplificador. Nas regiões de corte e saturaç ,'i'_ é uti lizado como chave, ou seja, serve apenas para comutação, condy zindo ou não. Nesta situação, o transitor é utilizado, princi palmente, no ca~po da eletrônica digital, sendo célula básica de uma série de dispositivos, normalmente agrupados dentro de circuitos integrados. Na figura 48.1, temos a curva da corrente de coletor em função da corrente de base, mostrando o cort~, a saturação e a região ativa.
SATURAÇÃO-
Figura 48.1 - Característica Ic = f(IB)' Notam::>sque, se trabalharmos com uma corrente de base m~ nor ou igual a zero, o transistor operará na região de corte, ou seja, a corrente de coletor será nula. Se trabalharmos com uma I, i f t
corrente de base entre zero e um valor limite (IBsat), operará
v-ª.
) o.u.,1 '-i seja .s~~g-ª.
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·f<'.,,·:~·~;-;'~ ':~
,:';;
,
10 (pio.r c~~o. possível de 6 para garantia da saturação.) ,;
o.nde flsat
Vcc - VBE 1Bsat
~ 6sat
RB
Vcc - VCEsat 1c
VE - VBE 1Bsat
Rc
RB
1Bsat
Vcc,
,,;: '~''''''''''~') __ o i
Figura 48.3 - Transistor o~erando' com'o ch·a·ve·.
3 - Cálculo. de RB:
2 - Cálculo. de 1Bsat:
se VE
temo.s:
1 - Cálculo. deRc:
Para'b transisto.r "operar' na' ·situaçào.ê1é'Co.rte, ou'-seja') co.mo. chave aberta 'é necessário. que o. potencial VE seja merto.r que VBE o.u nulo.. Nesta situação, não circulará co.rr~n~e de. c~i~ to.r, sendo. Vs igual a Vcc • Para o. transisto.r o.perar na situação. de satur~ção., seja, co.mo. chave fechada é necessário. que o. po.tencial VE maio.r que VBE, .dependendo. do. dimensio.namento. de RB. Ne:sta ção., a co.rrente de co.leto.r será máxima possível, co.nfo.rme o. lo.r de Rc, sendo. Vs igual a VCEsat (no. máxima O,3V).,
Dimensio.nando. Rc e RB para a saturação. do. transi~to~,
Para exemplificar, vamo.s dimensicinar RB e Rc 'pâ.t>á'"'qdêl
no. circuito. da ~igura 48.4, estando. a chave S na po.siçãô,~l' "s'if4:<1!
re o. transisto.r, acendendo. o. led (diado emissor de luz) e ria""';'pO'sjt.
ção. 2 co.rté o. transisto.r, mantendo. o. led apagado.. ",-" .";~
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cara~ repr~ figura
I81)1A!
Vcc VCE (V) f(VCEJ.
----~~--ATlVA
o CORTE
IC(mA! VCC RC SATURAÇÃO
\ak~'i
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Estas mesmas co.ndições po.dem·ser o.bservadas na terística Ic = f(VCE) do. transisto.r, o.nde também po.demo.s sentara reta de carga de um circuito. de polarização.. A 48.2 mo.stra essa característ~ca, bem co.mo. a reta de carga.
Figura 48.2 - característica Ic
A reta de carga é o.btida a partir da equação. da malha d;e saída do. circúi to. de polarização., no.'caso. para fins de chave-ª. mento., utillzaremo.s o. circuito. de co.rrente de base co.nstante. E~
:.,!;.:;;:,.~:,:.,.,.';"""':'" " .::-.;. .-::.'..-' .,:,o:: .. :'~.-. ~,": ';~:' .<·:~,>::~7~:'~:'>{;; _·.~·''~;'::;;:~>;~'.:~~f</." .:...~..:',.: ....~~;::\ ,
.~H:3:vil;.. o.u se Ja~.c~!!I<~~&~~~d~Q,1e$:Qr, ..co.n.forme
.\ ~. (Ic = 6IB). !1I.,1_.ffijfj~4re;fJh~~r~ a~i~à-, de IBsàt, ·o.perará na regiãd"'~e""sat'tr6';;;;'if"ké:rà: circulará pelo. Co.letor uma co.rrente limite (Icsat), impo.sta de aco.rdo. co.m a ,PQ larização..
crevendo. a equação. da malha temo.s·:
: Vcc = Rc1c + VCE
VCE = Vcc - Rc1c
do:
po.nto. da1cVCEtemo.s:^ 1cVCE= temo.s: ==Vcc reta)= 0,Vcc'(12^ 0,(22 po.nto. da reta)
Para fins de amplificação., o. po.nto. de trabalho. será lQ calizado. na região. ativa. Em o.peração. co.mo. chave, o. po.nto. será lo.calizado. na região. de co.rte o.u na região. de saturação. ,(área~ hachuradas da característica 1c = f(VCE) da figura 48.2). O circuito. da figura 48.3 mo.stra a co.nfiguração. básica de um transisto.r, o.perando. co.mo. uma chave.
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..... ~:>.-:';~j1.~ditt1l..~~~Ü2:~:.~:.:,.,.,t...<·.A.l.: ••..•~:.;-.
;...:..'~6"'] S'
- Levantar a curva de resposta de um ampli;ficador', .~':-;,'~.~~;. d~ '~'>
AMPLIFICADOR DEP'EOUENOS $II'I'f'
Objetivos:
pequenos sinais.
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Figura 48.6 Teoria: ~;.;~~-:'~:t~
~'- Dimensione Rc e RB para o circuito da figura 48.7, de tal forma' a saturar o transistor na mudança de nível, conforme a característica da tensão de entrada.
SI S2Led 1
1 1
2 2
1 2
2
CI C2.
VE( ~)^ -=-Vee
CE + Vs ~
o sinal de entrada (VE> é aplicado na base do transi~
tor através do capacitor de acoplamento (GI>' Como este sinal e
isepto de nível DC, filtrado por Cl, não irá alterar ,a ..P9~~ri zação do transistor, mas fará com que haja uma variação :_'o!:
rente de base em torno do ponto de operaçãó, tendo e~,<.. ..a~~'~Vâ,'~~~...
Utilizando-se um transistor polarizado devidamte,~5"":_ }i',',:: '>",::,--:-.4.T denominado amplificad(tI".:~!3Srb".ifi~ saída, um sinal com, as mesmas carac '.;'. ~:2' ;/, .~} "':;'1. j" '.1!T
terísticasdo sinal aplicado à sua entrada, porém '.- ; :'.' ,amplificaQb,.', ~ ",!;' •.~l1 ~::';;/1 r. ~(:~,ou
seja, • com ganho em amplitude.•••• Para (^) . a apl,icação do'.-.~.).', •. i~ sinal .• :"'') del,:.::;<! (^) :~ttj";:;: "en trada e como consequencia a obtençao do mesmo na sa1da, 'u~ili zam-se capacitores de acoplamento, que além disso, elilnina.~,;~.ni vel DC,possibilitando que seja amplificada somente a và~d'a.ç:ão de envoltória. Para melhor estabilidade uliza-se o'circu* de polarização com divisor de tensão na base', que. conforme.,~ ~'~to'," fixa o ponto de operação do transistor. <t amplificador dé"pe~u& nos sinais é visto na figura 49.1'.' ,". '
Figura 49.1 - Amplificador de pequenos sinais.
demos constituir um circuito ~ cuito deve apresentar na sua
~,' r I 1
(^1)!
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I
Dados do projetc;>:, 0,7V Ic '" 10 mA Ilsat = 10
Dados do TR.: VBE
VCEsat = 0,3V
IOV
t (msl
RC
VE(V) 51-----1--, I I
I ' L-..-l I
Ouadro 48.
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Figura 48.
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VCE(V)
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II I II II VII
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teImA)
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tipo de polarização, na malha de saída encont~aD o resistor RE. ~ a escolha do ponto de op~ré má localização acarreta em ,di:
A reta de carga passa pelos pontos, Içc
Icc = ---Vcc Rc+RE
pois, nesse além de Rc, (Q> é importante, pois, sua
Figura 49.3 - Localização do ponto de trabalhó na, ca Ic z f(VCEJ.
"._"-"''-,.''"' .....
Para fins de dimeIÍsionám'ent'c>'da poláriúi'e;;ã6';'",'déveIi
utilizar a caracté:dstica do' tran'sistorlc = f(VCE) i t:r:ãçâr~),<b' reta de carga €i localizar' o ponto de trabalho, dei'tàl,'fdrma':qúê o sinal de entrada não 'atinja as regiões de'cortei:ou'de':',"sa1MrJi ção, evitando distorções' no sinal de saída., ,,',:',,:;':' i>.j<"t"~,,, A figura 49.3 mostra a caracter,ística tc = :1:(VCÊ)1~>U éi6) a reta de carga e sinais' de entrada e saíd'a. '"'',t~i.tf" :Xi;,;,. /, >-:~ '< D~j~%.3:$··i
pddeJ!tos'escr,ever:,',,',,', Av'; -Vs' VE
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Vs
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VRB2~ (^) O II II r
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Vc :(:I I
Figura 4~.2 - Formas de onda do amplificad$r de pequenos sinais.
ção tor, por sua acordo com o ganhofl, pois analogamente, uma variação d~:nsão ..•, ~ ,~Q,~es~o~,d;,~_.,.v 'j"' -,"'~ 1f)~'.;:."..'I-~ .' ••••• _".l ~~ <eQle~~r~ .i ~~ j . c:.7;ia'! fazendo aparecer na saída um sinal com as mesmas características
do sinal Ç1e entrada, porém amplificado e defasado de ISO'!,;, po:iS',
a variação positiva do sinal de entrada representa um aumento da corrente \ de coletor e, consequentemente,' um decréscimo, da tensão de saída. O capacitor (CE) em paralelo com o resistor (RE), serve para neutralizar a queda de sinal no resistor de emissor, pois, para fins de tensão contínua de polarização (VRE) se caI rega com esse valor e se comporta como um curto-circuito para o sinal de entrada, fazendo com que toda variação seja aplicada entre base e emissor. A figura 49.2 mostra as formas de onda nos principais Pontos do circuito, supondo que o sinal de entrada seja uma tensão, alternada 'senoidal.
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Ic =J3lI~'1 + /)2IB2.
lCI
16=161' T~VCEI. ~.:, ,',.
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- (^) VBE."-.....~. I,O" "'~.,. (^) ~. ~i'""" : '. VBE2 IE::: IE
IB 2 = IE 1 ,: IB 1 + Ic 1 = IB + Ic 1
lc 1 = /)11B•.1'e Ic 2.=,/)2:lB,2;'-
Ic a /)IIB + /)2(IB + /)IIB)
Podemos ~screver: lc substi~uindo Ic, temos:
A partir do circuito da figura, podemos escrever:
substituindo:
;' -: .;'.{t'.:.~/l lc = lc 1 + lc 2
como:
onde:
Figura 50.1 - conexão de (^) t.' Darlington. ';!.-C'.;
eON ExÃd"DARlI NSTON
Teoria:.
Objetivos:
- Verificar, experimentâ.ltnente, o: gânh~~'em-'cOÍ'rent~~~;;+~'e uma conexão Darl ington. ..::. :-
!., • :I":"(,,!:;,:',';;~ 1~ftct~!#~ Em determinadasC'apl.icações;,. o.'.:ganho eín'!co;rr-e~:tef~.. ~~d:~ por um único transistor'~pode! .se.r insuficien:te.,!"pa'I"aH~'iit30à.,rC-1~ mos o problema utilizam~ a conexão Darlington, que na ligação de dois:.;,transis:to·res, .conforme.;ino~\tr&!,aldi::ifgnr~. .. ?';;:~';:",::~ ,:.,~:.~._.il~:;".C: :.!tt..~
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4 - COrnos dados 'do quadro 49.2; são. Anote Q 'resu1tado no ,.mesmo;.quadr'o:, .. S - Compare ti ganho obtido na questão anterior com o o~ tido na questão 1, para a mesma frequência. Explique o porquê da diferença.
mono1og·.i,'"
3
qo~~~ão fornec.i,das
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DisP:>si~
terIlii.nalá'·' ,
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8 40-
O, 5 I 110-
Pcmáx I hfe
(W)
E "
c
ICnáx (A)
(pois embora VcEmáx2=45V,
B
NPN
NPN I 30
11 11
Pcmáx = 8W
VCEmáx
PolarizaçãoI VCEc\náx, (V)
Icmáx =. IA,
Ilateri.a1 Experi.aenta1: Fonte variável Transistores: BC548 e BD135 (ou equivalentes) Resistores: 100n e 4,7KQ
Para fins de segurança, no cálculo, do li,; 'da Darlington, utilizamos os valores mínimos dàs faix~s pelo fabricante.
BD
BC
Figura 50.2 - Transistores BC548 e BD135 forman9°
Darlington. A partir das limitações dos transistores, 'as da conexão Darlirigtbn:
Transistor
, O ganho em corrente do dispo'sitivQ será:'"
,;:
r
t,
í j :.~I.
,
'~"'.'
f'::.',
""','.
uma conexão e um outro de mi
z~ :~.?1" <: ~".
:-.-,'
):f,':;,
11111Z.IB'
(pois, Icmáx2» Ic lmáx)
(não pode ultrapassar VCEmáxl + VBE2)
·:"i'.·
Icmáx
VCE"máx
VCE VCE
VCEmáx
Icmáx
Ic = 111 IB + 112,I.B
Pcmáx z Pcmáx2 = VCE2 • IC
IB ' =~+^ (111112 +IcII^ obtemos:^ 111112)IB=
11
112++^ =~=^61112111
o conjuntoi··,formando a conexão Darlington, pode ser CO!! siderado como um único tr-ansistor, possuindo os seguintes parª metros: VBE = VBEI + VB&
evidenciando IB, temos
A partir desses parâmetros, podemos 'escrever as limitª çoes da conexão:
ou
dos.
Para exêmplificar, vamos constituir Darlington com.~ um transistor de baixa potência dia potência, conforme a figura 50.2.
Concluímos, a partir dessas limitações, que o transi~ tor TI pode ser de potência inferior a do transistor T2. Na prática, encontramos a conexão Darlington, já pronta, dentro de um encapsulamento idêntico ao de um transistor de PQ tência.
Portanto, ao conectarmos dois transistores dest'a forma, o ganho em corz:~nte, d~do por: '11= 111+ '112+ 11162,resulta, con forme mostra a relação, em um valor aproximadamente igual ao prQ duto 'dos ganhos em correntes parciais' dos transistores envolvi
