Laboratorio: Transistor como Chave Eletronica: mudanças entre as edições

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=Laboratório: Transistor como chave=
=Laboratório: Transistor como Chave Eletrônica=


==Objetivos==
==Objetivos==


Montar, testar e analisar um circuito com '''transistor operando como chave'''
Montar, testar e analisar um circuito com '''transistor operando como chave'''.


==Equipamento e Materiais==
==Equipamento e Materiais==
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**Transistor NPN 2N3904
**Transistor NPN 2N3904


==Procedimentos Práticos==
==Especificação da chave transistorizada==
#Monte no '''SimulIDE''' um circuito com '''transistor operando como chave''' com os seguintes '''parâmetros de projeto''':
 
#*Comandar uma '''carga''' alimentada por uma '''fonte de 12 V''' e '''corrente de 100 mA'''.
;Parâmetros de projeto:
#*O '''comando''' da carga deverá ser realizado por uma '''saída digital''' de um '''microcontrolador''', operando de '''0 V a 5 V''' com '''corrente máxima de 5 mA'''.
*Acionar uma '''carga''' alimentada por uma '''fonte de 12 V''' e '''corrente de 100 mA'''.
*O '''comando''' da carga deverá ser realizado por uma '''saída digital''' de um '''microcontrolador''', operando de '''0 V a 5 V''' com '''corrente máxima de 5 mA'''.


[[Arquivo:TransistorChave.png]]
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  PROJETO:
 
  Carga (Resistor Rc):
Condições de operação da chave transistorizada:
*Corte ('''chave aberta'''):
Vb < 0,5V
  Ib = 0 ; Ic = 0 ; Vc = Vce = Vcc
*Saturação ('''chave fechada'''):
  Vb >> 0,7V
Vc = Vce = 0 ; Ic = Vcc/Rc
 
Cálculos:
*Carga (Resistor Rc):
  Vcc =  12 V
  Vcc =  12 V
  Ic  = 100 mA
  Ic  = 100 mA
  Rc  = 12/100m = 120 &Omega;
  Rc  = 12/100m = 120 &Omega;
*Chave transistorizada:
Ic = Vcc/Rc = 12/120 = 100 mA
Ib = Ic/βmin; βmin = 50
  Ib = 100m/50 = 2mA
  Forçar Ib maior para garantir saturação do transistor:
  Ib<sub>sat</sub> = (2 a 10) . Ib
  Ib<sub>sat</sub> = 2,5 . 2m = 5 mA
Ib<sub>sat</sub> = (Vb - Vbe)/Rb = (5 - 0,7)/Rb
Rb = (5 - 0,7)/5m = 940 -> Comercial 1 k&Omega;


==Procedimentos Práticos==
 
#Monte no '''SimulIDE''' um circuito com '''transistor operando como chave''' com Rc = 120 &Omega; e Rb = 1 k&Omega; e com as tensões de 12 V a ser aplicada sobre a carga (Vcc = 12 V) e comandada por uma '''saída digital''' de 0 V a 5 V (Vb = 5 V).
#Configure como '''entrada do amplificador''' (v<sub>in</sub>) um '''gerador de funções''', configurado para gerar uma '''onda senoidal''' com '''amplitude''' de 500 mV e voltagem base de -250 mV (senoide variando de -250 mV a 250 mV) e '''frequência''' de 100Hz.
#Use '''amperímetros''' para medir as '''correntes''' Ib e Ic ('''corrente na carga''') e compare com os valores teóricos.
#Utilize o canal 1 osciloscópio para observar a '''forma de onda''' gerada pelo '''gerador de funções''' (v<sub>in</sub>) e o canal 2 para observar a forma de onda sobre a '''saída do amplificador''' (v<sub>out</sub>).
#Use '''pontas de prova''' para medir as '''tensões''' Vb e Vc e compare com os valores teóricos.
#:Observe que a senoide de saída varia de -1,25 V a 1,25 V, ganho 5, e com defasagem de 180 graus em relação ao sinal de entrada.  
#Varie o valor do '''resistor Rc''' para valores ligeiramente acima e abaixo do valor e verifique como se comporta o '''ganho do amplificador'''.
#:Observe que a partir de um certo valor do ganho, o amplificador não consegue amplificar, pois ultrapassa a excursão máxima do sinal, que é dada pela alimentação de 5 V.
#Remova o '''sinal de entrada''' e meça as tensões DC na '''base''', '''emissor''' e '''coletor''' do transistor.  
#'''Analise''' o projeto do circuito e verifique os valores calculados em função dos valores práticos medidos. Os valores de projeto do amplificador estão dados abaixo.
 
===Gráficos das entradas e saídas do amplificador===
 
[[Arquivo:Anplicicador_EC-entradas_saidas.png|500px]]
 
==Cálculos teóricos==
 
;Fundamentos sobre Transistores: '''[[Transistores]]'''
 
Cálculos utilizados no projeto do laboratório:
 
*Cálculo de Vb usando divisor de tensão:
Vb = Rb2 / (Rb1 + Rb2) Vcc = 1,7 k&Omega; / (6,8 k&Omega; + 1,7  k&Omega;) . 5 V = 0,2 (5 V) = 1,0 V
 
*Cálculo de Ib a partir da corrente Ie e do ganho:
Ie = (1 V - 0,7 V) / 57 &Omega; = 5,3 mA
&beta; = 200
Ib = Ie / &beta; = 26,5 uA
 
:Esta corrente Ib, todavia, provoca uma queda na tensão Vb, uma vez que flui pelo paralelo dos resistores Rb1 e Rb2 da base. Portanto, pode-se ajustar este valor, calculando esta queda de tensão:
Ib (Rb1 // Rb2) = (26.5 uA)(6.8 K&Omega;||1.7 K&Omega;) &asymp; 36 mV
:Assim, podemos recalcular Vb e Ie:
Vb = 1,0 V - 0,036 V = 0,96 V
Ie = (0,96 - 0,7) / 57 &Omega; = 4.6 mA
 
*Cálculo de Ic usando Ic &asymp; &beta; Ib &asymp; Ie:
Ic = 4,6 mA
 
*Cálculo de Vce a partir da análise das tensões na malha sobre Rc e Re:
 
Vcc = Rc Ic + Vce + Re Ic
Vce = Vcc - Rc Ic - Re Ic
Vce = 5 V - (470 &Omega; 4,6 mA) - (57 &Omega; 4,6 mA)  = 5 V - 2,16 V - 0,26 V =  2,58 V
 
Vc = 2,84 V
Ve = 0,26 V


==Observações e Conclusões==
==Observações e Conclusões==
 
*Na operação como chave o transistor opera nas '''regiões do corte''' (chave aberta) ou '''saturação''' (chave fechada).


==Referências==
==Referências==

Edição atual tal como às 13h44min de 2 de maio de 2023

Laboratório: Transistor como Chave Eletrônica

Objetivos

Montar, testar e analisar um circuito com transistor operando como chave.

Equipamento e Materiais

Equipamentos
  • Bancada de Eletrônica com fonte de tensão, gerador de funções, multímetro e osciloscópio.

ou

  • Simulador de circuitos eletrônicos: SimulIDE.
  • Componentes Eletrônicos:
    • Resistores: 120 Ω e 1 KΩ (Valores comerciais)
    • Transistor NPN 2N3904

Especificação da chave transistorizada

Parâmetros de projeto
  • Acionar uma carga alimentada por uma fonte de 12 V e corrente de 100 mA.
  • O comando da carga deverá ser realizado por uma saída digital de um microcontrolador, operando de 0 V a 5 V com corrente máxima de 5 mA.

Condições de operação da chave transistorizada:

  • Corte (chave aberta):
Vb < 0,5V
Ib = 0 ; Ic = 0 ; Vc = Vce = Vcc
  • Saturação (chave fechada):
Vb >> 0,7V
Vc = Vce = 0 ; Ic = Vcc/Rc

Cálculos:

  • Carga (Resistor Rc):
Vcc =  12 V
Ic  = 100 mA
Rc  = 12/100m = 120 Ω
  • Chave transistorizada:
Ic = Vcc/Rc = 12/120 = 100 mA
Ib = Ic/βmin; βmin = 50
 Ib = 100m/50 = 2mA
 Forçar Ib maior para garantir saturação do transistor:
 Ibsat = (2 a 10) . Ib 
 Ibsat = 2,5 . 2m = 5 mA
Ibsat = (Vb - Vbe)/Rb = (5 - 0,7)/Rb 
Rb = (5 - 0,7)/5m = 940 -> Comercial 1 kΩ

Procedimentos Práticos

  1. Monte no SimulIDE um circuito com transistor operando como chave com Rc = 120 Ω e Rb = 1 kΩ e com as tensões de 12 V a ser aplicada sobre a carga (Vcc = 12 V) e comandada por uma saída digital de 0 V a 5 V (Vb = 5 V).
  2. Use amperímetros para medir as correntes Ib e Ic (corrente na carga) e compare com os valores teóricos.
  3. Use pontas de prova para medir as tensões Vb e Vc e compare com os valores teóricos.

Observações e Conclusões

  • Na operação como chave o transistor opera nas regiões do corte (chave aberta) ou saturação (chave fechada).

Referências


Evandro.cantu (discussão) 13h35min de 27 de setembro de 2021 (-03)

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