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1 INTRODUÇÃO
O Transístor Bipolar de Junção, TJB (BJT), é um dispositivo Semicondutor, composto por três Regiões de Semicondutores dopados (Base, Colector e Emissor), separadas por duas Junções p-n. A Junção p-n entre a Base e o Emissor tem uma Tensão de Barreira (V (^) 0) de 0, V, que é um parâmetro importante do TJB (BJT). Contrariamente ao Transístor de Efeito de Campo, TEC (FET), no qual a Corrente é produzida apenas por um único tipo de Portador de Cargas (Electrões ou Lacunas), no TJB (BJT) a Corrente é produzida por ambos os tipos de Portadores de Cargas (Electrões e Lacunas), daí a origem do nome Bipolar.
Figura 1 - Transístor de Junção Bipolar Existem dois Tipos de TsJB (BJTs): npn e pnp. O Tipo npn consiste em duas Regiões n separadas por uma Região p. O Tipo pnp consiste em duas Regiões p separadas por uma Região n. As Figuras 2 e 3 representam os seus respectivos símbolos esquemáticos. A explicação seguinte refere-se ao TJB (BJT) npn, que é utilizado nesta Demonstração.
Figura 2 - Símbolo esquemático de um TJB, npn
Figura 3 - Símbolo esquemático de um TJB, pnp O transístor consiste em duas junções pn , a junção emissor-base (JEB) e a junção coletor-base (JCB, habitualmente designadas simplesmente junção de emissor e junção de coletor. Dependendo da condição de polarização (direta ou inversa) de cada uma das junções, obtêm-se diferentens modos de funcionamento do transístor (SEDRA, 2000), como se mostra na Tabela 1. Tabela – Modos de funcionamento dependendo da condição de polarização Modo de funcionamento Polarização JEB Polarização JCB
Corte Inversa Inversa
Ativo Direta Inversa
Saturação Direta Direta
O modo ativo é aquele em que o transístor é usado para funcionar como amplificador. Em aplicações de comutação utilizam-se os modos de corte e de saturação. A figura 4 ilustra esses três modos de funcionamento.
Figura 4 - Curvas Características I (^) C-V (^) CE de um TJB npn
1.1 CÁLCULO DAS CORRENTES
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 (SEDRA, 2000).
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 de a 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.
A maioria dos elétrons que se difundem alcançará a região de depleção coletor-base. Pelo fato do coletor ser mais positivo que a base, esses elétrons serão arremessados através da região de depleção para o coletor, constituindo a corrente de coletor (SEDRA, 2000), conforme a equação abaixo:
Em que I S é a corrente de saturação, VBE é a tensão base-emissor e VT é a tensão térmica. (Sedra, 2000).
Observe que o valor de i C independe de v CB. A corrente de saturação IS é inversamente proporcional à largura da base e diretamente proporcional à área de JEB, dobrando a cada 5º C de aumento de temperatura.
A corrente de base pode ser representada por uma parcela de iC tal que
3 MATERIAIS
- Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. Na Tabela 2, estão listados os materiais utilizados nos experimentos.
- Protoboard - ICEL Manaus - MSB-400
- Multímetro – Minipa – ET-2507ª
- Osciloscópio – Tektronix – TDS – 2002B
- Fonte Politerm DC Power supply HY3003 D-3
- Fonte Estabilizada FSCC-3005D
- Gerador de Função BK-Precision 4017B
- Cabo banana – jacaré
- Cabo banana – banana
- Cabo de osciloscópio
- Cabo BNS- banana
- Amplificador Operacional VA721CN
- Resistor 10kΩ
- Resistor 4.7kΩ
- Resistor 47kΩ
Resistor 3.9kΩ 0 0 0 1
Resistor 39kΩ 0 0 0 2
4 MÉTODOS
4.1 EXPERIMENTO 1
Primeiramente, utilizando o protoboard monta-se o circuito ilustrado pela figura abaixo. Em seguida, energiza-o com fonte de bancada com uma tensão de 10 V. Com auxílio do multimetro obtem-se as tensões no coletor, no emissor, na base, no coletor-emissor, no coletor-base e na base-emissor com a chave fechada e posteriormente aberta.
Figura 6 – Transistor emissor comum
4.2 EXPERIMENTO 2
No segundo experimento deve-se montar o circuito ilustarado pela Figura 4.2, no protoboard energizá-lo através da fonte com uma tensão de 10V. Sendo assim, com o multimetro, obtem-se as tensões no coletor, no emissor, na base, no coletor-emissor, no coletor-base e na base-emissor com a chave fechada e posteriormente aberta.
Figura 7 – Transistor emissor comum 4.3 EXPERIMENTO 3 Primeiramente monta-se o circuito da Figura 4.3 no protoboard e o energiza com uma tensão de 5V através da fonte de tensão. Em seguida obtem-se a tensão no coletor, no emissor, na base, no coletor-emissor, no coletor-base e na base-emissor. Obter a corrente de polarização, de base, de coletor e de emissor.
Figura 8 – Circuito operando com transistor
Tensão de Base (VB) 1,0254 0,
Tensão Coletor-Emissor (VCE) 0,3200 9,
Tensão Coletor-Base (VCB) -0,7000 9,
Tensão Base-Emissor (VBE) 1,0300 0.
Como se pode notar a através dos valores da Tabela 3 que indica que a tensão de base é maior a tensão no coletor, o circuito está na região de saturação. A Figura 9 representa a simulação para as tensões.
Figura 9 - Circuito chaveado com transistor
5.2 EXPERIMENTO 2
As tabelas a seguir mostram os valores encontrados através das medições feitas pelo multímetro, e os valores obtidos através da simulação quando a chave está aberta e quando está fechada.
Tabela 5 – Resultados das tensões no segundo experimento pelo multímetro Tensões com a chave fechada
Tensões com a chave aberta
Tensão de Coletor (VC) 0,016 0,
Tensão de Emissor (VE) 0 0
Tensão de Base (VB) 2,012 - 0,
Tensão Coletor-Emissor (VCE) 0,016 0,
Tensão Coletor-Base (VCB) -1,993 - 0,
Tensão Base-Emissor (VBE) 2,012 -0,
Tabela 6- Resultados das tensões no segundo experimento simulado pelo programa Proteus Tensões com a Chave Fechada
Tensões com a chave aberta
Tensão de Coletor (VC) 0,2534 8,
Tensão de Emissor (VE) 0,0000 0,
Tensão de Base (VB) 1,0220 0,
Tensão Coletor-Emissor (VCE) 0,2500 8,
Tensão Coletor-Base (VCB) -0,7700 7,
Tensão Base-Emissor (VBE) 1,0200 0.
Assim, como o Experimento 1 o circuito está na região de saturação porque a tensão de base é maior que a tensão do coletor. A Figura 10 representa a simulação e os valores teóricos para as tensões
Corrente de emissor 3,47 m[A]
Tabela 8 – Valores de tensões e correntes simuladas pelo Proteus do experimento 3 Valores obtidos pelo programa Proteus
Tensão de Coletor (VC) 1,9658[V]
Tensão de Emissor (VE) 0,6650[V]
Tensão de Base (VB) 1,3690[V]
Tensão Coletor-Emissor (VCE) 1,3000[V]
Tensão Coletor-Base (VCB) 0,6000[V]
Tensão Base-Emissor (VBE) 0,7000[V]
Corrente de polarização 0,5200m[A]
Corrente de base 0,0100m[A]
Corrente de coletor 3,0300m[A]
Corrente de emissor 3,0400m[A]
Analisando as tensões do terceiro circuito, observa-se que o circuito está no modo ativo, pois VC > VB > VE.
A Figura 11 representa a simulação e os valores teóricos para as tensões
Figura 11- Circuito com transistor
6 CONCLUSÃO
Através dos circuitos montados observamos as características e funcionamento do transistor como regulador de tensão e chave. No experimento 1, o transistor operou em sua região de saturação, no experimento 2 funcionou em corte, e no experimento 3 operou em modoativo. Os valores obtidos na simulação foram próximos dos medidos em laboratório, fazendo com que o experimento fosse coerente. A diferença entre os valores práticos e teóricos deve- se à imprecisão dos instrumentos e erro humano de medição.
