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Relatorio sobre circuitos eletronicos
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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO
Faculdades de Engenharia de Resende
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica
RELATÓRIO DE ELETRÔNICA I
VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR
COM A TEMPERATURA. TRANSISTOR COMO CHAVE E FONTE DE
CORRENTE.
BIANCA AZEVEDO SALGADO 14270053
LUIZ FERNANDO RIBAS MONTEIRO 13270022
LUIZ GUILHERME RODRIGUES 14270088
RESENDE
2015
BIANCA AZEVEDO SALGADO 14270053
LUIZ FERNANDO RIBAS MONTEIRO 13270022
LUIZ GUILHERME RODRIGUES 14270088
EXPERIÊNCIA 06
VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR
COM A TEMPERATURA. TRANSISTOR COMO CHAVE E FONTE DE
CORRENTE.
Relatório apresentado à Associação Educacional Dom
Bosco, Faculdade de Engenharia de Resende, como
elemento de avaliação parcial da disciplina Eletrônica I,
no 3° ano do curso de Engenharia Elétrica/Eletrônica.
Orientador (a): Professora Bruna Tavares.
RESENDE
05 de Agosto de 2015
RESUMO
. Com o passar dos anos, a indústria dos dispositivos semicondutores foi crescendo e
desenvolvendo componentes e circuitos cada vez mais complexos, a base de diodos. Em
1948, na Bell Telefone, um grupo de pesquisadores, liderados por Shockley, apresentou um
dispositivo formado por três camadas de material semicondutor com tipos alternados, ou seja,
um dispositivo com duas junções. O dispositivo recebeu o nome de transistor. Neste relatório
falaremos sobre a influência da temperatura nos parâmetros do transistor. Poderia se pensar
que o problema de temperatura é facilmente contornável, bastando retirar o aparelho que
contenha semicondutores da região que se tem uma temperatura diferente da sua temperatura
de operação. Porém não é tão fácil quanto parece, pois podemos usar como exemplo a Nasa
ao enviar um robô para o espaço como ela controlaria a temperatura sobre o mesmo haja vista
que a temperatura da terra e do espaço são diferentes, ou seja, todos os parâmetros devem ser
testados ainda na fase de projeto para que não haja problemas quando o produto já estiver
sendo utilizado na atividade fim.
Palavras chaves: semicondutores, diodos, transistorres
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO......................................................................................................................4
2. OBJETIVOS GERAIS............................................................................................................4
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..........................................................................................4
3.1. PARÂMETROS DOS TRANSISTORES........................................................................4
4. MATERIAIS UTILIZADOS..................................................................................................5
5. METODOLOGIA RESULTADOS........................................................................................6
5.1. VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO
TRANSISTOR COM A TEMPERATURA............................................................................6
5.2. TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO CHAVE.......................................................9
5.3. TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE........................................................10
6. CONCLUSÃO......................................................................................................................12
REFERÊNCIAS........................................................................................................................12
4
1. INTRODUÇÃO
Com o passar dos anos, a indústria dos dispositivos semicondutores foi crescendo e
desenvolvendo componentes e circuitos cada vez mais complexos, a base de diodos. Em
1948, na Bell Telefone, um grupo de pesquisadores, liderados por Shockley, apresentou um
dispositivo formado por três camadas de material semicondutor com tipos alternados, ou seja,
um dispositivo com duas junções. O dispositivo recebeu o nome de transistor. O impacto do
transistor, na eletrônica, foi grande, já que a sua capacidade de amplificar sinais elétricos
permitiu que em pouco tempo este dispositivo, muito menor e consumindo muito menos
energia, substituísse as válvulas na maioria das aplicações eletrônicas. O transistor contribuiu
para todas as invenções relacionadas, como os circuitos integrados, componentes opto -
eletrônicos e microprocessadores. Praticamente todos os equipamentos eletrônicos projetados
hoje em dia usam componentes semicondutores.
Neste relatório falaremos sobre a influência da temperatura nos parâmetros β, Vbe e Ico
do transistor e também sobre sua utilização como chave ou fonte de corrente.
2. OBJETIVOS GERAIS
Verificação da variação dos parâmetros VBE e hFE do transistor com a
temperatura;
Mostrar a utilização, principio de funcionamentos, e mostrar alguns fatos dos
transistores funcionando como chave e como fonte de corrente;
Analisar a potência dissipada nos transistores funcionando como chave e como
fonte de corrente.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1. PARÂMETROS DOS TRANSISTORES
Poderia se pensar que o problema de temperatura é facilmente contornável, bastando
retirar o aparelho que contenha semicondutores da região que se tem uma temperatura
diferente da sua temperatura de operação. É viável fazer isto, por exemplo, em uma
siderúrgica. Um aparelho de medição de temperatura eletrônico pode ficar a dezenas de
5
metros de distância de um alto-forno que opera a altas temperaturas somente recebendo os
sinais de um sensor, sem que a alta temperatura do alto-forno o afete. Mas há situações que
isto se torna inviável. A NASA não tem como mandar um robô para Marte, onde a
temperatura é mais baixa que na Terra, e deixar os semicondutores que fazem parte de seu
circuito eletrônico aqui na terra. Outro exemplo são robôs que são usados em perfuração
submarina: a temperatura a quilômetros de distância da superfície é muito baixa. Nestes dois
casos citados acima, a variação de temperatura deve ser levada em conta nos cálculos do
projeto para que os dispositivos que contenham semicondutores funcionem normalmente. Os
dois exemplos citados acima são casos extremos, mas a influência da temperatura no
comportamento dos semicondutores afeta o dia-a-dia das pessoas. Aparelhos eletrônicos
operam de forma tal que a mudança de milésimos de volts em um de seus milhares de
transistores muda completamente o funcionamento do mesmo. Desta forma, um celular
produzido para funcionar em um país nórdico como a Finlândia não funcionará em países
tropicais como o Brasil. Entre estes países observa-se uma variação de temperatura média
30°C o que ocasionaria uma variação de tensão de 60mV, uma variação de tensão desta
magnitude comprometeria gravemente o funcionamento do aparelho. Este fato faz com que as
empresas não apenas adaptem seus aparelhos ao clima em que o mesmo será utilizado, como
também no caso de aparelhos de alta precisão produzam estes aparelhos na região em que o
mesmo será utilizado.
Para que esses problemas citados acima não venham acontecer em um projeto, deve-se
estudar o comportamento do componente em diversas faixas de temperatura e observar como
o mesmo se comporta definindo uma melhor região de operação.
A estabilidade de um sistema e a medida da sensibilidade de um circuito a variação
dos seus parâmetros. Em qualquer amplificador que empregue o transistor, a corrente de
coletor é sensível a cada um dos seguintes parâmetros:
- β aumenta com o aumento da temperatura.
- VBE diminui cerca de 7,5mV por grau Celsius (°C) de aumento de temperatura.
- ICO (Corrente de saturação reserva): Dobra de valor para cada 10 °C de aumento de
temperatura.
4. MATERIAIS UTILIZADOS
Cabos banana jacaré;
01 Protoboard;
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01 Multímetro;
01 Fonte de alimentação;
Resistor de 1KΩ;
Resistor de 470KΩ;
Resistor de 10KΩ;
Resistor de 220 Ω;
Resistor de 10 Ω;
01 LED,
Transistor BC548.
5. METODOLOGIA RESULTADOS
A experiência no laboratório foi dividida em Etapas:
5.1. VERIFICAÇÃO DA VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS VBE E hFE DO TRANSISTOR
COM A TEMPERATURA.
Esta etapa teve como objetivo de fazer uma observação qualitativa do efeito da
temperatura sobre alguns parâmetros do transistor quando este está exposto a variações de
temperatura.
Foi montado o circuito da figura 1 no protoboard.
Mediu-se e foram anotados os valores de VCE, VBE e VR1 na tabela 1.
Regulou-se a fonte de alimentação para 10 V de saída e a corrente limitada em 1,2 A.
Figura 1 - Circuito de Polarização Fixa.
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Alimentou-se a resistência de 10 Ω com 10 V. Aviso: Não seguramos diretamente
sobre a resistência, pois o efeito joule causado, pode provocar queimaduras se exposto a
qualquer parte do corpo humano.
Colocou-se uma das extremidades da resistência em volta do transistor sobre
verificação (a resistência tem o núcleo vazado e esse procedimento simula um forno).
Fizemos circular o ar do interior da resistência na direção do transistor e para isso,
sopramos um pequeno fluxo de ar pela outra extremidade da resistência.
Mediu-se novamente os valores de VCE, VBE e VR1 e anotou-se na tabela 1.
Tabela 1 - Valores de Medição dos Parâmetros dos Transistores
ParâmetrosValores com temperatura
ambiente (25°C)Valores com o transistor
aquecidoVCE 6,27 V 5,45 VVBE 0,7 V 0,683VVRI 11,32V 11,30V
Com os valores indicados na tabela 1, foi possível calcular o hFE em temperatura
ambiente e aquecido.
Primeiro foi calculado a corrente de Coletor IC, utilizando a seguinte equação de
malha:
I C=V cc−V CE
R2
Equação 1 - Corrente de coletor.
Com a equação 1, foi possível calcular a corrente de coletor:
IC na temperatura ambiente:
I C=V cc−V CE
R2
=12−6,271000
=5,73mA .
IC com o transistor aquecido:
I C=V cc−V CE
R2
=12−5,451000
=6,55mA .
Depois foi calculado a corrente de base IB, utilizando a seguinte equação de malha:
I B=V cc−V BE
R1
Equação 2 - Corrente de Base.
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Com a equação 2, foi possível calcular a corrente de base:
IB na temperatura ambiente:
I B=V cc−V BE
R1
=12−0,7470 KΩ
=24,04 µA .
IB com o transistor aquecido:
I B=V cc−V BE
R1
=12−0,683470 KΩ
=24,08 µA .
Sabendo que o hFE ou β é a razão entre a corrente de coletor e corrente de base. Assim:
hFE=β=I C
I B
Equação 3 - hFE.
Com a equação 3, foi possível calcular o hFE:
hFE na temperatura ambiente:
hFE=β=I C
I B
= 5,73mA24,04 µA
≅ 238,35.
hFE com o transistor aquecido:
hFE=β=I C
I B
= 6,55mA24,08 µA
≅ 272,01.
Comparando os valores calculados de hFE na temperatura ambiente e com o transistor
aquecido pode-se notar que conforme a teoria o valor de hFE aumentou com o aumento de
temperatura. Isto é:
Δ hFE=hFEf−hFEi
Equação 4 - Variação do hFE.
Dessa forma, a variação foi:
Δ hFE=hFEf−hFEi
=272,01−238,35=33,66.
Utilizando a relação da variação do VBE foi possível estimar a temperatura que o
transistor foi exposto.
9
Como VBE diminui 7,5mV por grau Celsius de aumento de temperatura tem-se a
seguinte relação:
7,5 mV ⟹1 °C
ΔV BE⟹ Δ° C
Equação 5 - Variação da Temperatura.
Utilizando a equação 5:
7,5 mV ⟹1 °C
(0,7V −0,683V )⟹ Δ° C
Δ° C=17 mV ° C7,5 mV
=2,27 ° C
Logo, a temperatura estimada que o transistor foi submetido é: 25+2,27 = 27,27 °C.
Analisando os resultados encontrados pode-se concluir que apesar destes teste serem
feitos com baixa precisão e serem qualitativos, eles estão de acordo com as informações
teóricas presente no roteiro.
5.2. TRANSISTOR FUNCIONANDO COMO CHAVE
Com a placa CEB-02 instalada, mudou-se o posicionamento das chaves de modo que
somente a chave CH4 fique na posição fechada (ON) conforme Figura 2b e todas as demais
chaves fiquem na posição aberta. Nestas condições tem-se o circuito equivalente ao da Figura
2a.
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Fechou-se e abriu-se sucessivamente a chave CH1. O LED acendeu e apagou devido a
polarização do “diodo” base-emissor, através de R1 e a chave Ch1, que leva o transistor para
corte e saturação, provocando o chaveamento eletrônico do coletor. Mediu e anotou-se na
tabela 2 os valores de VCE para as duas condições de CH1.
Tabela 2 - VCE para as condições de chave.
Chave aberta Chave fechadaVCE = 10,55V (corte) VCE = 38,1 mV (saturação)
VLED= -370,8 mV VLED= 2,032V
Com o uso da equação 6 calculou-se a corrente de coletor e a potencia no transistor
para as duas situações de CH1.
I C=12−(V CE+V LED)
R2
Equação 6 - Corrente IC.
Os resultados são encontrados na tabela 3.
Tabela 3 - Corrente de coletor e potência dissipada no transistor.
Chave aberta Chave fechadaIc med = 0A Ic med = 11,05 mV
Pd = 0W Pd = 0W
5.3. TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE
O circuito do transistor na configuração fonte de corrente está esquematizado na figura
3.
Figura 2 - (a) Circuito com transistor como chave. (b) Posição das chaves na placa CEB-02.
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Sugeriu-se a
montagem em protoboard deste circuito, para melhor análise e compreensão desta
configuração.
Mediu-se a tensão VCE do circuito:
VCE = 4,53V
Mediu-se a corrente do coletor do transistor:
IC = 19,32mV
14. Calculou-se a potência dissipada pelo transistor do circuito e comparou-se com a
potência dissipada pelo transistor do circuito da Figura 2.
P = VCE x IC
P = 4,53 x 19,32m
P = 87,52mW
Pode-se notar que a potência dissipada pelo transistor na configuração como chave é
nula, pois, ele atua na região de corte e saturação. E por definição o transistor quando opera
nestas regiões não dissipa potência.
A dissipação de potência na junção base-emissor é muito pequena em relação a
dissipação na junção coletor-base. Por esta razão, considera-se como potência dissipada no
transistor apenas a potência de coletor. Quando utilizados como chave, com uma corrente ou
tensão que garanta a plena condução dissipam pouca potência, pois a queda de tensão entre
seus terminais é pequena. Ainda assim, para correntes muito altas, pode ser necessário o uso
de um dissipador para garantir o bom funcionamento do componente.
Com a experiência pode-se notar que para especificar o transistor a ser utilizado em
um projeto primeiro tem que definir bem qual a função do transistor no projeto, para assim
saber qual região de atuação do componente. A partir destas informações deve-se saber quais
são os parâmetros mais importantes a serem considerados em cada aplicação. Assim como foi
visto neste relatório para as aplicações de chave e fonte de corrente.
O transistor funcionando como chave é o modo mais simples de utilização deste
dispositivo semicondutor, comparado com todas as outras aplicações. Neste modo ele opera
Figura 3 - Circuito com transistor como fonte de corrente.
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nas regiões de Corte e Saturação. Quando cortado, o transistor funciona como um contato
aberto entre os terminais de coletor e emissor, quando saturado funciona como um contato
fechado. Para garantir que o transistor funcione corretamente como chave para qualquer βDC
(hFE), deve se usar uma saturação forte, isto e, o circuito deve estar projetado para que a
corrente de base seja de pelo menos 10% da corrente de coletor. O transistor como fonte de
corrente e outra forma básica de uso deste componente. Neste modo de operação, a resistência
de base é omitida e ao terminal de base e conectada diretamente uma fonte de tensão. Para
ajustar a corrente de coletor e colocada uma resistência no emissor. Esta resistência amarra o
emissor a base com a queda de tensão VBE fixa, fixando o valor da corrente através da carga
colocada entre o terminal de coletor e a fonte de alimentação.
6. CONCLUSÃO
Ao final desses procedimentos conseguimos absorver diversas informações de grande
importância para o planejamento de um projeto no qual seja usado transistores, pois com os
experimentos conseguimos visualizar a influência da temperatura sobre os principais
parâmetros do transistor como seu β, Vbe , Ico(Corrente de saturação reversa). Logo podemos
concluir que para um bom funcionamento do componente a fase de projeto é essencial, pois é
nela que planejaremos sob quais condições o componente irá operar.
REFERÊNCIAS
BOYLESTAD e NASHELSKY, Robert L. e Louis. Dispositivos Eletrônicos e teoria
dos circuitos, 8 ed. São Paulo: Pearson, 2004.