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Curso de Eletrônica

Eletrônica Básica 2

Parte 1

Prof. Kobori

Prof. Antonio Carlos Kobor carloskobori@bol.com.br i www.kobori.tk Apostila de EB2 versão 2006. todos direitos reservados

Fonte de Alimentação A maioria dos circuitos eletrônica requer corrente contínua para a operação. Aparelhos que usam a rede elétrica precisam de um circuito para converter a tensão alternada para tensão ou tensões contínuas necessárias. Mesmo em aparelhos que usam pilhas ou baterias, pode haver necessidade de conversão da tensão destas para níveis de operação dos circuitos. Uma fonte ideal não deve apresentar perdas, a tensão fornecida deve ser contínua pura, sem ondulações e constante, independente da variação da carga. É evidente que isso não existe na prática, mas a evolução dos circuitos (de fontes ou quaisquer outros) ocorre sempre no sentido da aproximação com o ideal. O propósito é começar a partir dos conceitos mais simples e chegar até aos arranjos mais utilizados nos tempos atuais

Observação: transformadores são componentes quase sempre presentes em fontes de alimentação.

Retificação

O processo fundamental da fonte é a retificação , isto é, a transformação da corrente alternada em contínua. Isto é feito normalmente por diodos, componentes que só permitem a passagem da corrente em uma direção. O exemplo mais simples de fonte: o transformador reduz ou eleva a tensão da rede para o valor desejado e um único diodo só permite a passagem dos semiciclos positivos. Por isso, chamado retificador de meia-onda.

Tensão na carga é: VP

Análise. 9 Transformador: deve ser especificado em Vac tanto para o primário como para o secundário, indicar o tipo e a corrente máxima do secundário(Is Max),

Vp = Vac/ 0 , 707 e I sec≥ IRl max

9 Diodos: deve se especificar a corrente direta(Id) e a tensão reversa(Vr). Id ≥ IRL e Vr ≥ Vp 9 Capacitor: deve especificar o tipo, sendo que geralmente se utiliza o eletrolítico devido a altas capacitâncias, sua capacitância e sua tensão de trabalho.

Vond Tensãodeondulação (ripple)

F frequenciapararetificadoresondacompleta 120 Hz

= ×

onde

C IRL F Vond

9 Carga: deve especificar a Corrente de consumo, a tensão Vcc, a Potência dissipada e a Resistência mínima.

IRL = VRL / RL Vcc = Vp P = VRL × IRL

Experimento: Retificação e filtragem

1. Circuito Retificador onda completa com Trafo CT.

1.1) Através de procedimentos teóricos, especifique o projeto. 1.2) Montar o circuito e efetuar as medições utilizando o osciloscópio e o multímetro, para os dois valores do capacitor C1. 1.3) Desenhar as formas de onda em cada ponto relevante do circuito 1.4) Comparar e concluir com os resultados teóricos.

2. Circuito

+C1 (^) 470RRL trafo 12-0-

2.1) Através de procedimentos teóricos, especifique o projeto. 2.2) Montar o circuito e efetuar as medições utilizando o osciloscópio e o multímetro, para os dois valores do capacitor C1. 2.3) Desenhar as formas de onda em cada ponto relevante do circuito. 2.4) Comparar e concluir com os resultados teóricos.

+C1 (^) 470RRL D

D

trafo 12-0-

Trafo: Is = 500 ma C1 = 330 1000 μFμF e

Trafo: Is = 500 ma C1 = 330 1000 μFμF e

EFEITO TRANSISTOR.

Observamos no diagrama, que o transistor está polarizado em sua junção base-emissor através de Vbb, e a junção coletor-emissor através de Vcc. A Vbb polariza diretamente a junção base- emissor, no entanto Vcc polariza reversamente a junção coletor-emissor. Adotando o sentido real de corrente elétrica, teremos uma corrente circulando entre emissor-base, esta corrente terá um valor muito baixo devido a base ser fisicamente menor que os outros blocos semicondutores, o maior fluxo de corrente irá para o coletor , atraído pela Vcc, mesmo esta junção estando polarizada reversamente. Podemos afirmar que a corrente de base (muito pequena) controla o fechamento entre coletor – emissor, conseqüentemente a corrente de coletor- emissor, a esta característica chamamos de efeito transistor. Abaixo observamos o diagrama esquemático das correntes do transistor, a corrente Ic será praticamente igual à IE, que é controlada pela corrente IB.

• VBB

• VCC

NPNQ

IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS E POLARIDADE (NPN OU PNP)

1. Identificação da Base (para transistores NPN ou PNP) Meça as resistências direta e reversa entre os terminais do transistor, dois a dois, até que um par resulte em resistências ALTAS nos dois sentidos, o terminal que não fizer parte desta última medida é a base. Obs: A base não é, necessariamente, o terminal central do transistor.
2. Identificação do Coletor, do Emissor e da Polaridade do Transistor. Meça as resistências diretas entre a base e os dois outros terminais. Tais medidas identificarão a polaridade do transistor, sendo NPN se a resistência direta for medida com a ponta de prova positiva (+) na base, e PNP se a resistência direta for medida com a ponta de prova negativa (-) na base. A identificação do coletor e do emissor é feita pela comparação entre as medidas das resistências diretas (BAIXAS). As figuras abaixo mostram como a polaridade do transistor e os terminais coletor e emissor podem ser identificados, considerando como exemplo o terminal central como base. A resistência BAIXA de menor valor identifica o emissor por causa da variação de dopagem entre ele e o coletor. A diferença entre as resistências BAIXAS de menor e de maior valores não é grande; portanto, essas medidas devem ser realizadas com cuidado.

Atividade

Utilizando o Multímetro digital na escala de semicondutores,

9 Identificar o código do fabricante. 9 Identificar os terminais dos transistores abaixo. (coletor/emissor/base) 9 Identificar o tipo. (NPN ou PNP) 9 Identificar o material. (Silício ou Germânio)

CURVA CARACTERÍSTICA.

A curva característica de um transistor bipolar descreve seu funcionamento de forma completa para interpretação geral. Formada pelos eixos da corrente de coletor IC em função da tensão VCE, tendo as correntes de base em suas funções, temos dois pontos nesta, que são: o valor IC máxima. (VCC/RC) e o valor de Vcc, da união destes pontos traça a chamada reta de carga, que tem o ponto Q (quiescente) se deslocando sobre ela. A projeção perpendicular do ponto Q ao eixo IC indica o valor de corrente de coletor, e a projeção perpendicular do ponto Q ao eixo VCE indica o valor da tensão entre coletor-emissor. A tabela abaixo mostra as tensões e correntes do transistor, verifique a integração entre a tabela e a curva característica.

IB IC VCE

Corte mínima^ zero^ Vcc

Saturação máxima Ic máxima. zero

Alguns tipos de transistores

Transistor baixa potência

Transistor média potência

Transistor de potência

QUESTÕES

01- Explique e exemplifique a estrutura física de um transistor bipolar.

02- Explique o efeito transistor, relacionando-o com “amplificador de corrente”.

03- Em um transistor NPN os portadores majoritários da base são:

elétrons livres lacunas ambos

04- A barreira de potencial em cada depressão, consecutivamente para o Si e Ge , é aproximadamente:

a) 0,7v e 0,3v b) 0,3v e 0,7v

05- Para operar como amplificador de corrente, a junção base-emissor deve ser polarizada :

diretamente reversamente ambas

06- Justifique a resposta da questão 05.

07- A corrente de emissor IE é a somatória de:

a)IB + IE b)IB + IC c)Nenhuma das anteriores.

08- A corrente de coletor IC é controlada pela:

a)Vcc b)IB c)IE d)Nenhuma das anteriores

09- Justifique a resposta da questão 08.

10- Sabendo-se que o ganho de corrente em um transistor é chamado de Beta β, e determinado pela relação da corrente de saída em função da entrada, determine a equação de ganho Beta.

11- Se o Beta de um transistor for 200 e a corrente de coletor for 100mA, calcule a corrente de base.

12- Explique e esquematize o processo de testes que podem ser efetuados em transistores utilizando o multímetro digital.

13- Equacione a Potência dissipada pelo transistor bipolar.

14- “A tensão de base-emissor será uma tensão de valor fixo, devido à polarização direta, sendo esta tensão de valor da barreira de potencial”.

A afirmação acima está correta? Justifique.

15- A corrente de coletor é de 5mA e a corrente de base é de 0,02mA. Qual é o valor de Beta?

16- Um transistor tem um ganho de 125 e uma corrente de base de 30μA. Calcule a corrente de coletor.

17- Se um transistor operar no meio da reta de carga , um aumento na resistência da base fará o ponto Q se mover

a)para baixo b)para cima c)ficará no mesmo lugar d)para fora da reta de carga

18- Justifique a questão 17.

19- Se um transistor opera no meio da reta de carga, um aumento no ganho de corrente moverá o ponto Q a)para baixo b)para cima c)ficará no mesmo lugar d)para fora da reta de carga

20- Quando o resistor de base diminui, a tensão do coletor provavelmente a)diminuirá b)aumentará c)permanecerá igual

21- Justifique a questão 20.

22- Suponha que o resistor de base esteja aberto, qual será o valor da tensão no coletor? Justifique.

23- Qual será o valor da tensão entre coletor e emissor quando o transistor estiver em saturação? Justifique.

24- Construa uma curva característica de um transistor bipolar, explicando-a.

Experimento: TRANSISTOR CHAVEADOR

Título: Polarização, montagem e testes práticos de um circuito polarizador de transistor como chaveador.

Circuito:

Transistor BC 548 Vce sat= 0.1v Vl = 1.7v IL = 20 mA Vcc = 12v

Testes:

A) Calcular o valor de Rb e Rc para o circuito (adotar Rb= 5K6 e Rc = 470 )

B) Montar o circuito e observar o funcionamento.

C) Medir o valor de Vce em corte e saturação

D) Medir o valor de Ic em saturação e corte.

E) Medir o valor de Vbe em saturação e corte.

F) Conclusões gerais.

+V

Vcc

S

LED1D

• Vcc NPNQ

Rc

Rb

POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES

Como vimos, para uma melhor condição de aproveitamento da função “efeito transistor” devemos polarizar a junção base/coletor reversamente, e aplicarmos valores de corrente de coletor, emissor e base de acordo com onde queremos o ponto quiescente.

Polarizando um transistor para que o mesmo opere em uma região de trabalho, sendo um “amplificador de corrente” , analisaremos dois tipos de polarização: - polarização de IB constante, e polarização de IB variável.

Polarização de IB constante utilizaremos quando o valor da corrente de base se comportar de forma constante e sem varrições, onde o ponto quiescente ficará em um local fixo na reta de carga.

CIRCUITO E ANÁLISE

Cálculo de IB: IB = IC / ß utilizar o Beta nominal do transistor

Cálculo do RB: RB = VCC – VBE – VRE / IB onde # VBE de acordo com o transistor.

VRE = VCC / 10 para projeto

Cálculo de RC: RC = VCC – VCE –VRE / IC

Cálculo de IE: IE = IB + IC quando o Beta for maior ou igual a 100 podemos desprezar o valor de IB.

Cálculo de RE: RE = VRE / IE

• Vcc

NPNQ

Re

Rb Rc

POLARIZAÇÃO DE TRANSISTOR COM DIVISOR DE IB (IB VARIÁVEL)

O circuito polarizador de transistor utilizando o divisor de tensão de base é utilizado com maior freqüência para circuitos em que o sinal de entrada tem função variável, além de se obter uma melhoria em relação à estabilização térmica.

ANÁLISE DO CIRCUITO

Analisando a malha de entrada, teremos um divisor de tensão formado por RB1 e RB2, nesta malha a corrente do divisor ( ID ) terá um valor para efeito de cálculo adotado como sendo: ID = IC / 10. Lembrando que a corrente IB será a corrente de entrada, que irá variar o ponto quiescente na reta de carga.

Observando o RB2 , notamos que o mesmo encontra-se em paralelo com a malha em série de RE e a junção base / emissor, portanto:

VBE + VRE = VRB

Logo: RB2 = VRB2 / ID

Ainda analisando o divisor de tensão, temos que a tensão total aplicada ao divisor resistivo é a VCC , logo deduzimos que:

VCC – VRB2 = VRB

Logo: RB1 = VRB1 / ID

• Vcc

NPNQ

Rb2 Re

Rb1 Rc

Para a malha de saída teremos o RC sendo o limitador e polarizador de IC, então temos:

RC = VRC / IC

Sendo: VRC = VCC – VCE – VRE

O resistor RE utilizado para estabilização térmica é calculado sendo:

RE = VRE / IE

Sabendo que: VRE = VCC / 10 e IE = IC + IB podendo IB ser desprezada quando Beta for maior que 100.