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Eletrônica Analógica – O transistor como chave eletrônica e fonte de corrente
O TRANSISTOR COMO CHAVE ELETRÔNICA E
FONTE DE CORRENTE
OBJETIVOS: Analisar o comportamento de um transistor no corte e na saturação e sua utilização como chave eletrônica.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
I - Transistor como chave eletrônica:
Um transistor pode operar como chave eletrônica, bastando para tal polarizá-lo de forma conveniente: corte ou saturação.
Quando um transistor está saturado opera como um curto (chave fechada) entre o coletor e o emissor de forma que V (^) CE ≅ 0V e quando está no corte, opera como um circuito aberto (chave aberta) entre o coletor e o emissor, de forma que VCE ≅ VCC.
No ponto de saturação (chave fechada) a corrente de base é alta (IB SAT) e no ponto de corte (chave aberta) a corrente de base é zero.
Veja na figura a seguir um transistor operando como chave eletrônica e sua respectiva reta de carga.
Para obter o extremo superior da reta de carga (corrente IC ) devemos supor um curto entre coletor e emissor (VCE = 0), de forma que toda a tensão de alimentação se fixe no resistor de coletor.
Teremos então: IC = VCC / R (^) C
Para obter o extremo inferior da reta de carga, devemos supor os terminais de coletor e emissor abertos.
Teremos então: VCE = V (^) CC
Eletrônica Analógica – O transistor como chave eletrônica e fonte de corrente
Fica então caracterizado que o transistor opera apenas em um dos extremos da reta de carga: corte ou saturação.
Podemos então, tomando como exemplo o circuito mostrado anteriormente, calcular a corrente de base e a corrente de coletor.
Aplicando LKT para calcular a corrente de base, temos:
IB R (^) B +VBE - VBB = 0 onde:
OBS: VBE típica é da ordem de 0,7V
Supondo VBB = 4V e R (^) B = 680kΩ, a corrente de base (IB ) será:
IB = (4V - 0,7V) / 680kΩ = 4,85μA
Para calcular a corrente de coletor podemos aplicar LKT na malha VCC , VRC e VCE , onde teremos:
VCC - VRC - VCE = 0 VRC = VCC - VCE IC = VRC / R (^) C ou IC = (VCC - VRC ) / RC
No chaveamento eletrônico com transistores, devemos levar em conta dois tipos de saturação: fraca e forte.
Na saturação fraca, a corrente de base é suficiente para levar o transistor à saturação.
Tal procedimento porém não é aconselhável visto que pode haver uma variação de βCC e na própria corrente de base de saturação (IB SAT).
Utiliza-se normalmente a saturação forte, que assegura a condição de saturação para todos os valores de βCC.
Uma regra prática é considerar a corrente de base como 1/10 da corrente de saturação de coletor.
Desta forma, supondo que IC SAT = 12mA, então será fixada uma corrente de base de 1,2mA (relação 10:1).
Tomemos como exemplo o circuito abaixo, onde verificaremos se o mesmo está operando como chave eletrônica.
Eletrônica Analógica – O transistor como chave eletrônica e fonte de corrente
A diferença básica em relação ao circuito anterior (transistor operando como chave) é a inclusão de um resistor do emissor à terra.
Nestas condições o transistor opera como fonte de corrente uma vez que, a corrente de coletor mantém-se constante para uma vasta gama de βCC e variações de VCC.
Nestas condições, presume-se o circuito operando em qualquer ponto da reta de carga (ponto Q), dependendo da corrente necessária.
A figura abaixo ilustra a reta de carga, onde a corrente IC é calculada da seguinte forma seguindo o procedimento anterior, porém, com a inclusão do resistor de emissor.
I C = VCC / (RC + RE )
Podemos então calcular a corrente de emissor. Aplicando LKT, temos:
VBB - VBE - IE R (^) E = 0 IE = (VBB - VBE ) / R (^) E IE = (2 - 0,7) / 270 = 4,81mA
Assim, para uma vasta gama de βCC teremos IE ≅ IC.
Eletrônica Analógica – O transistor como chave eletrônica e fonte de corrente
PARTE PRÁTICA MATERIAIS NECESSÁRIOS 1 - Fonte de alimentação simétrica 0-20V 1 - Multímetro analógico ou digital 1 - Módulo de ensaios ELO-
CHAVEAMENTO ELETRÔNICO
1 - Monte o circuito abaixo:
2 - Calcule os valores de IB, IC e VCE e anote na tabela 1; OBS: para efeito de cálculo da corrente IC , considere a queda de tensão nos extremos do led = 1,6V.
3 - Meça e anote os valores listados na tabela 1 para os três transistores (BC337, BC547 e BC548). TABELA 1
CALCULADO MEDIDO TRANSISTOR IB IC VCE IB IC VCE BC BC BC
4 - Analise os valores calculados e medidos na tabela 1 e apresente suas conclusões:
Eletrônica Analógica – O transistor como chave eletrônica e fonte de corrente
11 - Calcule VE , IC e VCE e anote na tabela 4;
OBS: considere a queda de tensão no led = 1,6V
12 - Meça e anote os valores listados na tabela 4 para os três transistores (BC337, BC547 e BC548); TABELA 4
CALCULADO MEDIDO TRANSISTOR VE IC VCE VE IC VCE BC BC BC
13 - Analise os valores calculados e medidos na tabela 4 e apresente suas conclusões:
VERIFICAÇÃO DE DEFEITOS - FONTE DE CORRENTE:
14 - Suponha que o resistor de emissor esteja aberto. Calcule a anote os valores de tensão listados na tabela 5;
15 - Simule cada um dos defeitos, proceda as medidas e anote na tabela 5. OBS: para simular os defeitos utilize o transistor BC
TABELA 5: Verificação de defeitos
CALCULADO MEDIDO DEFEITO VC VE VC VE Resistor de 220Ω aberto Coletor-emissor em curto Coletor-emissor aberto
PROJETO:
16 - Determine o valor de um resistor de emissor (valor comercial), baseando-se no circuito desta experiência, para que a corrente no coletor seja próxima de 32mA.
17 - Monte o circuito com o resistor que você calculou (utilize o transistor BC547) e complete a tabela 6.
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TABELA 6: Projeto
R (^) E calculado: _____________
CALCULADO MEDIDO TRANSISTOR VE IC VE IC BC
QUESTÕES:
1 - Quando um transistor está em saturação forte, os terminais entre coletor e emissor parecem estar aproximadamente:
a) abertos b) em curto c) na região ativa d) em corte
2 - Em um transistor usado como fonte de corrente, o emissor está amarrado a uma queda de tensão entre base e emissor (VBE ) abaixo da:
a) tensão de base b) tensão de emissor c) tensão de coletor d) tensão entre base e coletor
3 - Podemos afirmar que um transistor operando como chave em saturação forte , a corrente IC varia muito em função de pequenas variações de βCC.
a) certo b) errado
4 - Um transistor como fonte de corrente opera:
a) exclusivamente na região de corte b) exclusivamente na região de saturação c) somente na região linear d) na região de corte, saturação ou linear
5 - Um transistor como chave eletrônica opera virtualmente na região de corte e na região de saturação. a) certo b) errado
6 - Projete e esquematize uma chave eletrônica com transistor PNP, para acionar uma carga de 60mA. Escolha através das especificações de fabricantes (Data Book) o transistor adequado para esta operação (apresente os cálculos).
