Objetivo 1. Estudar o uso de transistores como chaves eletrônicas.

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1 ELT 054 (LA) Turmas D1/D2 D3/D4 1º. Sem 2012 Aula 03 Transistores Objetivo 1. Estudar o uso de transistores como chaves eletrônicas. ntrodução A Fig. 1 mostra um transistor bipolar e suas regiões de operação. O ponto quiescente (Q) ou de trabalho está sobre a reta de carga definida a partir da malha de coletor: onde V = R + V (1) β (2) e β (ou h FE ) é o ganho estático de corrente, que assume valores na faixa de , dependendo do transistor, da região de operação e da temperatura. Na região ativa, o transistor funciona com amplificador de sinais. Pequenas variações de causam variações proporcionalmente grandes em e, consequentemente, em V. Note que o aumento na tensão de base resulta numa diminuição de V (e vice-versa), ou seja, elas estão em oposição de fase. Valores extremamente baixos ou elevados levam o transistor às regiões de corte ou saturação, respectivamente. omo pode ser observado na Fig. 1b, a região de corte ocorre quando = = 0 e V = V. Por outro lado, na região de saturação, e têm seus valores máximos e, além disso, V atinge um mínimo ( V sat 0,1 0,3 V ). No processo de saturação, há também a redução de β para valores em torno 30% do valor máximo (o que não está indicado na Fig. 1). A região de ruptura, que deve ser evitada pois danifica o dispositivo, ocorre quando V ultrapassa o limite especificado pelo fabricante. Nesta aula, serão estudadas aplicações básicas do transistor como chave eletrônica, isto é, quando ele alterna entre as regiões de corte e saturação. (a) (b) Fig. 1. Transistor bipolar. a) orrentes e tensões num transistor NPN; b) curva característica de coletor com indicação do ponto quiescente (Q) e da reta de carga.

2 ELT 054 (LA) Aula 02: ircuitos com diodo, retificadores, filtros, regulador zener 2/5 Fig. 2. Sensor de luz. LDR é um fotoresistor (light dependent resistor). A resistência da bobina do relé é r = 52 Ω e sua indutância (estimada) é L = 100 mh; os contatos não estão representados. Parte prática aracterísticas do transistor No anexo A, há um resumo das folhas de especificações (datasheet) do transistor 547 que será utilizado nas simulações. Verifique que: max = 100mA, V max V = 45 0 V, V sat = mv, β h = = FE Simulação 1 (sensor de luz). Edite o circuito da Fig. 2. Dados: D1 = 1N4148, Q1 = 547, Vcc = 5V. Relé: modelado como um indutor com L = 100 mh (estimado), r = 52 Ω (resistência série; veja as especificações elétricas e mecânicas do componente no anexo ) LDR = resistor. Assuma que o LDR varie de 100 Ω (claro) a 2 MΩ (escuro) [a notação de mega no simulador é MEG] Resultados (com discussões) e questões 1) Explique o funcionamento do circuito. Qual a função do diodo D1 ( roda livre")? 2) omplete a tabela (apresente a memória de cálculos): variável V β álculo Simulação 100 Ω 2MΩ 100 Ω 2MΩ 3) Qual o estado do transistor (corte/saturação) em cada condição do LDR? Justifique.

3 ELT 054 (LA) Aula 02: ircuitos com diodo, retificadores, filtros, regulador zener 3/5 Fig. 3. haveamento de carga indutiva. A fonte V1 gera pulsos de 1 Hz (ver texto). Simulação 2 Edite o circuito da Fig. 3. Nele, a fonte V1 gera pulsos periódicos de 1 Hz. As simulações detalharão o comportamento da tensão no coletor com e sem D1. Dados Relé = L = 100 mh (estimado), r = 52 Ω. Veja anexo. V1 = PULSE( u 10u 500m 1 5) [Vinicial = 0 V, Vligada = 5 V, atraso ao ligar = 0 s, tempo de subida = 10 µs, tempo de descida = 10 µs, tempo ligado = 500 ms, duração do período = 1 s, número de ciclos = 5] Resultados (com discussões) e questões 1) Formas de onda da tensão na fonte e no transistor (V ) 2) Formas de onda da corrente no relé e no diodo D1. 2) Retire o diodo D1 da Fig. 3 e simule novamente. Mostre a forma de onda V do transistor; explique o que acontece e que implicações isto tem sobre o funcionamento do circuito. Esta característica sempre ocorre no chaveamento de cargas indutivas (relés, motores).

4 ELT 054 (LA) Aula 02: ircuitos com diodo, retificadores, filtros, regulador zener 4/5 ANEXO A (5xxA) (5xx) (5xx)

5 ELT 054 (LA) Aula 02: ircuitos com diodo, retificadores, filtros, regulador zener 5/5 ANEXO