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1. Resultados Experimentais.
A primeira etapa do experimento consistiu na coleta de dados para o
levantamento da curva característica do transistor bipolar de junção.
Utilizamos o transistor BC547 e montamos o circuito a seguir:
Fig.1.1 – Circuito para determinação da curva característica de saída do
transistor.
Inserimos na entrada do circuito uma forma de onda senoidal de 10V de
pico e frequência de 100Hz a qual foi retificada pelo diodo D1 para
utilizarmos somente o semi-ciclo positivo dessa onda. A fonte de tensão
VB foi regulada de modo a obtermos correntes de base Ib entre 20μA e
100μA. Para cada uma dessas correntes de base determinamos a corrente no
coletor sabendo que a tensão no coletor estava aplicada sobre uma
resistência de 100Ω. Assim, esta obedece a seguinte relação:
(1-1)
As medidas obtidas pelo osciloscópio são das tensões para
determinadas correntes de base Ib feitas no modo XY e com o canal 2
invertido. Essas medidas são mostradas a seguir:
Fig.1.2 – Tensão para Ib=19,9μA.
Fig.1.3 – Tensão para Ib=49,9μA.
Fig.1.4 – Tensão para Ib=74,9μA.
Fig.1.5 – Tensão para Ib=100,6μA.
Em cada uma das quatro curvas acima pudemos observar a região de
saturação do transistor, o que é pedido no item 3 do roteiro do
experimento. Voltando ao item 2, aplicamos então a relação (1-1) em cada
uma das tensões obtidas e obtemos a curva característica desse
transistor mostrada na figura 1.6. Para cada valor da corrente de coletor
em função de um valor da corrente de base podemos obter o parâmetro β do
transistor:
(1-2)
Desta forma temos a seguinte curva:
Fig.1.6 – Curva característica do transistor utilizado.
Iniciamos então o item seguinte do experimento cuja finalidade era obter
dados para compararmos três diferentes circuitos de polarização mostrados
abaixo:
Fig.1.7 – (a) Polarização simples; (b) Polarização com realimentação de
emissor; (c) Polarização com realimentação de coletor.
Para cada um dos circuitos da figura 1.7 medimos a corrente de base Ib,
tensão base emissor Vbe e a corrente de coletor Ic, os resultados obtidos
são mostrados abaixo:
Tabela 1.1 – Medidas nos circuitos da figura 1.7
"Medidas "Circuito (a) "Circuito (b) "Circuito (c) "
"Corrente de "25,0 "23,9 "18,1 "
"base Ib (μA) " " " "
"Corrente de "8,81 "6,42 "7,22 "
"coletor Ic (mA)" " " "
"Tensão Base "0,68 "0,64 "0,72 "
"Emissor Vbe (V)" " " "
No item seguinte fizemos as mesmas medidas da tabela 1.1 para os
circuitos mostrados abaixo:
Fig.1.8 – (a) Polarização simples; (b) Polarização com realimentação de
emissor; (c) Polarização com realimentação de coletor.
Os resultados das medições são mostrados abaixo:
Tabela 1.2 – Medidas nos circuitos da figura 1.8
"Medidas "Circuito (a) "Circuito (b) "Circuito (c) "
"Corrente de "26,2 "24,0 "23,7 "
"base Ib (μA) " " " "
"Corrente de "8,75 "8,32 "6,74 "
"coletor Ic (mA)" " " "
"Tensão Base "0,30 "0,52 "0,60 "
"Emissor Vbe (V)" " " "
Para montarmos os circuitos do item seguinte, calculamos os resistores no
trabalho preparatório, mas no laboratório corrigimos algumas falhas e
aplicamos valores de resistores comerciais. O projeto destes circuitos
exigiu uma tensão de coletor de 6V e uma corrente de coletor de 1mA. Os
circuitos montados foram os seguintes:
Fig.1.9 – Circuitos de polarização por divisor resistivo.
Para verificarmos se os circuitos acima correspondem às especificações do
projeto fizemos suas montagens e medimos as correntes e tensões no
coletor. Obtivemos os seguintes valores:
Circuito (a): Vc = 6,4 V; Ic = 1,08mA
Circuito (b): Vc = 8,8 V; Ic = 2,05mA
O circuito (a) corresponde ás especificações do projeto com excessão a um
determinado erro experimental ocasionado pelo fato de que para
encontrarmos os valores das resistências aproximamos a corrente de base
para zero. Já o circuito (b) teve uma diferença bem maior nos valores
obtidos. Isto porque ao colocarmos um transistor PNP não bastou apenas
inverter as resistências como o proposto pois fazendo isto deixamos
menores os valores das resistências que limitavam a tensão e a corrente
no coletor resultando em valores maiores para estas medidas.
Passamos então a analisar o transistor polarizado nas regiões de corte e
saturação. Para esta análise utilizamos o circuito abaixo cujas
resistências foram calculadas de acordo com a corrente sobre o LED que
foi dada e deveria ser de 5mA. A entrada era uma onda quadrada com
valores variando entre 0V e 10V de forma que o LED acendesse quando esse
valor fosse 10V e apagasse em 0V.
Fig.1.10 – Polarização do transistor no corte e na saturação.
Montamos este circuito e verificamos seu funcionamento quanto às tensões
de base quando o LED estava aceso e quando apagado e este atendeu as
especificações do projeto. Medimos então a corrente de coletor e
obtivemos Ic = 2,228mA, valor que se mostra bem abaixo do valor atribuído
no trabalho preparatório que foi os 5mA sobre o LED. Este fato ocorreu,
pois no trabalho preparatório trabalhamos com β=300 e como este valor tem
grande variação em função de diversos aspectos, o resistor R2 acabou
limitando bem mais a corrente no coletor.
Montamos em seguida o outro circuito para estudo do transistor no corte e
na saturação. Este segundo circuito deveria funcionar de forma semelhante
ao primeiro, porém deveria acender o LED quando a tensão quadrada
apresentasse 0V e apagar quando esta apresentasse 10V. O circuito
projetado no trabalho preparatório e montado foi o seguinte:
Fig.1.11 – Polarização do transistor no corte e na saturação
Verificamos o funcionamento deste circuito quanto às tensões do gerador
de sinais quando LED estava aceso e quando apagado e verificamos que este
circuito também atendeu às especificações do projeto.
Em seguida montamos um circuito com transistor para atuar como fonte de
corrente diferente do projetado no trabalho preparatório. O circuito dado
foi o seguinte:
Fig.1.12 – Transistor como fonte de corrente.
Entre os terminais A-B colocamos diferentes cargas e para cada uma delas
medimos a corrente no coletor. As medidas são mostradas abaixo:
- Com o diodo 1N4148: Ic = 4,50mA.
- Com o LED: Ic = 4,46mA.
- Com a resistência de 470Ω: Ic = 4,45mA.
- Com a resistência de 330Ω: Ic = 4,45mA.
Notamos que, desconsiderando um pequeno erro experimental a corrente não
variou para nenhuma das cargas o que caracteriza uma fonte de corrente.
Isto ocorre pois o valor da corrente que chega às cargas é forçada pelo
circuito a ser sempre a mesma devido ao fato de se tratar justamente de
uma fonte de corrente.
Por fim, montamos o circuito com o transistor atuando como chave de
controle de um processo. O circuito montado foi o mesmo do trabalho
preparatório, porém inserimos uma fonte contínua para a tensão de base
com um valor de tensão adequado para que a resistência do LDR quando
iluminado fosse suficiente para o transistor atuar na região de corte e
na saturação quando o LDR estivesse sem iluminação. Verificamos por fim
seu funcionamento.
2. Conclusões.
Realizando experimentalmente o estudo de um transistor para levantarmos
sua curva característica obtivemos formas no osciloscópio que nos permitiu
uma analogia à curva característica mostrada na teoria e assim utilizamos
os dados medidos e modelamos uma curva característica além de podermos
visualizar o comportamento do transistor nas regiões ativa e de saturação.
Pudemos também determinar o valor de β através dos dados deste experimento.
Observamos que o valor de β apresentou uma determinada variação ocasionada
pelo fato de que essa constante depende de algumas características bastante
particulares do próprio transistor assim como a temperatura do ambiente. Em
conseqüência de estes fatores serem difíceis de manter constantes os
valores de β baseados nas medidas realizadas apresentaram a variação.
Estudamos também alguns circuitos de polarização para transistores NPN e
PNP e verificamos na prática o funcionamento de cada um deles além de
obtermos medidas que nos permitiram uma comparação entre estes circuitos. O
circuito de polarização simples apresenta correntes de base e coletor
maiores que o de polarização com realimentação de emissor e o de
realimentação de coletor, mas a tensão base-coletor deste é maior que o de
polarização com realimentação de emissor e menor que no de realimentação de
coletor para os circuitos com NPN e maior em ambos com PNP. Com essas
análises verificamos que os circuitos podem ser aplicados em diversas
finalidades de acordo com as particularidades e necessidades de cada um.
Aplicamos os conceitos teóricos necessários para projetar um circuito de
polarização por divisor resistivo e verificamos na prática que o circuito
atendeu as especificações do projeto com um transistor NPN e apresentou
falhas na montagem com um PNP devido ao fato de que invertendo os
resistores limitamos menos a corrente e tensão especificada resultando em
resultados maiores do que os esperados.
Verificamos também um circuito utilizando transistor que para qualquer
carga aplicada, a corrente no mesmo era sempre constante. Este circuito
então é uma fonte de corrente utilizando transistor que devido a
configuração, "força" que a corrente de coletor seja constante. Com a
teoria aplicada possibilitamos resultados coerentes tanto nos casos citados
acima quanto nos projetos de transistor atuando no corte e na saturação
assim como chave de processo o que nos garante a validade da teoria
aplicada e dos projetos realizados.
