Relatório # 2
Experimento  # 3
Transístor Bipolar de Junção



 Objetivos:



Material necessário:



Transistor bipolar de junção

            Transistores são um dos desenvolvimentos mais importante da física de estado sólido e da engenharia de dispositivos dos últimos 50 anos. A integração dos transistores tem   sido a base de todo o desenvolvimento da indústria de informática, cada processador é composto por uma infinidade de transistores . Existem várias formas de se apresentar um transistor de junção, procuraremos nesta disciplina, seguir uma apresentação que realce o comportamento físico dos portadores no dispositivo e sua forma de utilização, no cotidiano da eletrônica.

            O transistor é um dispositivo ativo, portanto ele é capaz de amplificar a potência do sinal de entrada.  Pelo fato de ser um dispositivo ativo, ele necessita de uma fonte de alimentação. Já vimos que fontes de alimentação são dispositivos com certa complexidade, sendo mais fácil alimentar externamente o transistor.  Consequentemente, o transistor apresenta 3 entradas, uma para o sinal de entrada e as outras duas associadas ao sinal de saída e à alimentação.  O nome transistor vem do inglês, sendo composto por trans(fer+res)istor, ou seja, apresenta características de um resistência associada com capacidade de transferir a informação.

            O transistor é um sanduíche de duas junções pn, uma de frente para a outra, formando uma sequência de junções npn.  Estas seções são chamadas de coletor, base e emissor.  A corrente na base  controla a passagem de corrente no coletor, ou seja, em condições ótimas de operação, a corrente no coletor é proporcional à corrente na base.

Livro Cap.  
Horowitz
2
até 2.03,  2.06 (transistor)
1.29 e 6.16 (reguladores)
Millman
5
5.1 a 5.3 (introdução teórica)
Boylestad
3,4
Bophry
5,6
 
Malvino
5
 5.4, 5.5








Polarizando um transistor de junção

            Existem algumas regras "práticas" para que o transistor funcione de forma correta, polarizado em sua região ativa.  Em toda nossa discussão, o tipo de transistor analisado será um npn. A observação das regras apresentadas a seguir  permitem a solução de uma parte significativa dos problemas relacionados a polarização de transistores.

    1. O colector deve ser mais positivo que o emissor.
    2. As junções base-emissor e base-coletor apresentam similaridades a diodos. A junção base-emissor tem polarização direta e a junção base-coletor tem polarização reversa.
    1. Para cada transistor, existem valores máximos de corrente do coletor, IC, da base, IB, e de tensão entre o coletor e o emissor, VCE, os quais não podem ser excedidos sem custar ao "excededor" o custo de um novo transistor!! Prestar atenção também à potência a ser dissipada pelo transistor (P=IC VCE).
    2. Sendo as regras anteriores obedecidas, existe uma relação entre a corrente do coletor e da base dada por IC = b IB. Atenção, depende fortemente da construção do transistor, nao é um bom parâmetro de projeto.
    3. Como o valor de b em geral é grande (>100), aproxime que a corrente no coletor e no emissor são iguais, IE = IC (logo, IE = b IB) .
    4. A polarização direta da junção base-emissor faz com que a tensão na base seja (para transistores de Si) da ordem de 0.6 V maior que a tensão no emissor, ou seja VE = VB - 0.6 V



Curva característica de um transistor de junção

            Por curvas características de um transistor compreende-se o gráfico da corrente no coletor, IC, em função da tensão entre o coletor e o emissor  VCE, para uma dada corrente da base, IB. Estas curvas costumam apresentar três regiões características, uma subida inicial, onde o transistor polariza suas junções; um platô, chamado de região ativa, onde o transistor obedece a relação IC = b IB, para uma larga faixa de valores de  VCE; e uma terceira região, que é chamada de ruptura, onde a corrente aumenta abruptamente e o transistor deixa de funcionar, pois a tensão aplicada  VCE é excessiva (não apresentada na figura abaixo).
 


 
 

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  Montagem experimental
  • transistor BD135
  • transformador 110V/2x10V
  • diodos 1N4001 
  • regulador 7809 
  • capacitor  1 mF 
  • Rc= 470 W
  • Rb= 47 kW
  • BD135




  • Regulador de Voltagem

                Os reguladores de tensão de 3 conexões são os dispositivos mais comumente utilizados na regulagem de tensão. Voce pode imaginá-los como um tipo especial de zener.   Estes dispositivos apresentam três conexões (entrada, saída e terra) e são regulados na fabrica para uma saída fixa de tensão (positiva para a família 78xx e negativa para 79xx). A voltagem é especificada pelo valor xx, indicando valores que podem variar como pode ser visto em suas características.
                As tensões negativas são reguladas pela família 79xx.  Em geral, estes dispositivos apresentam uma corrente máxima de saída de 1 A, e necessitam de um capacitor externo de 0.1 mF para evitar instabilidades, como pode ser observado no esquema abaixo.
     
     
     





    Encapsulamento de um transitor - BD135

                Os transistores bipolares de junção apresentam três pinos para controle, e dependendo do tipo de encapsulamento a localização dos contatos é distinta.  Para o BD 135, são apresentadas as conexoes abaixo, retiradas do manual do transistor (datasheet):
     
     




    Como realizar a montagem no protoboard?

                A passagem de um esquema eletrônico para o protoboard depende de uma visão espacial da montagem, e de uma distribuição do material na superfície que possibilite acesso a todos os pontos de medida necessários e uma visualização fácil do circuito.

                Este circuito será utilizado também no próximo experimento (com pequenas modificações) de forma que a montagem deve ser bem estruturada e não ser desmontada para a próxima aula.

                O esquema do protoboard abaixo é uma tentativa de auxiliá-los a perceber como uma montagem pode ser estruturada, e qual a forma correta de montar e conferir (ao mesmo tempo) uma montagem eletrônica:
     
     

                Observe atentamente o uso das linha transversais, que aprentam contato entre sí, e das longitudinais, sempre associadas a tensões utilizadas como alimentação.  Veja que a distribuição separa a região da fonte de corrente regulada da montagem para a medida da curva característica do transistor.





       Passos para montagem e conferência:



    Curva característica do transistor e o terra virtual
  • Curva característica







  •    Revisado em 28/02/2000  MUK