APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO

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Apostila sobre transistor pnp npn, como achar corrente e tensão nas malhas etc.

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APOSTILA DE TRANSISTOR, POLARIZAÇÃO

  1. 1. ELETRÔNICA ## TRANSISTOR # polarização
  2. 2. ÍNDICE2 TRANSISTOR BIPOLAR FUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN TRANSISTOR PNP AS CORRENTES NO TRANSISTOR MONTAGEM BÁSICA COM TRANSISTOR3 POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES RETA DE CARGA TRANSISTOR COMO CHAVE O TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE O TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM REGRAS DE PROJETO EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS COM RESPOSTAPROF. SANTANNA Página 2
  3. 3. 2 TRANSISTOR BIPOLAR Existe uma infinidade de sinais de interesse em eletrônica que são muitos fracos, como porexemplo, as correntes elétricas que circulam no corpo humano, o sinal de saída de uma cabeça degravação, etc., e para transforma-los em sinais úteis torna-se necessário amplifica-los. Antes dadécada de 50, a válvula era o elemento principal nesta tarefa. Em 1951, foi inventado o transistor. Elefoi desenvolvido a partir da tecnologia utilizada no diodo de junção, como uma alternativa em relaçãoas válvulas, para realizar as funções de amplificação, detecção, oscilação, comutação, etc. A partirdaí o desenvolvimento da eletrônica foi imenso. Dentre todos os transistores, o bipolar é muito comum, com semelhanças ao diodo estudadoanteriormente, com a diferença de o transistor ser formado por duas junções pn, enquanto o diodopor apenas uma junção.FUNCIONAMENTO DE TRANSISTORES BIPOLARES O transistor bipolar é constituído por três materiais semicondutor dopado. Dois cristais tipo n eum tipo p ou dois cristais tipo p e um tipo n. O primeiro é chamado de transistor npn e o segundo depnp. Na Figura 2-1 são mostrados de maneira esquemática os dois tipos: Figura 2-1 Cada um dos três cristais que compõe o transistor bipolar recebe o nome relativo a suafunção. O cristal do centro recebe o nome de base, pois é comum aos outros dois cristais, élevemente dopado e muito fino. Um cristal da extremidade recebe o nome de emissor por emitirportadores de carga, é fortemente dopado e finalmente o último cristal tem o nome de coletor porreceber os portadores de carga, tem uma dopagem média.Em resumo: Base (B): dopagem leve e muito fina. Assim, a maioria dos portadores lançados do emissor para a base, conseguem atravessá-la dirigindo-se ao coletor; Coletor (C): mediamente dopado, coleta (recolhe) os portadores que vêm da base. Ele é muito maior que as outras camadas, pois é nele que se dissipa a maior parte da potência gerada pelos circuitos transistorizados; Emissor (E): fortemente dopado, tem por função emitir portadores de carga para a base (e- no transistor NPN e lacunas no PNP). Apesar de na Figura 2-1 não distinguir os cristais coletor e emissor, eles diferem entre si notamanho e dopagem. O transistor tem duas junções, uma entre o emissor a base, e outra entre abase e o coletor. Por causa disso, um transistor se assemelha a dois diodos. O diodo da esquerda écomumente designado diodo emissor -base (ou só emissor) e o da direita de coletor -base (ou sócoletor). Será analisado o funcionamento do transistor npn. A análise do transistor pnp é similar ao donpn, bastando levar em conta que os portadores majoritários do emissor são lacunas em vez doselétrons livres. Na prática isto significa tensões e correntes invertidas se comparadas com o npn.PROF. SANTANNA Página 3
  4. 4. TRANSISTOR NÃO POLARIZADO Figura 2-2 Figura 2.2 A - Aspectos construtivos e símbolos dos transistores bipolares A difusão dos elétrons livres através da junção produz duas camadas de depleção. Cadacamada tem aproximadamente uma barreira potencial de 0,7V (silício) em 25°C.Com os diferentes níveis de dopagem de cada cristal, as camadas de depleção tem largurasdiferentes. Tanto maior a largura quanto menor a dopagem. Ela penetra pouco na região do emissor,bastante na base e médio na região do coletor. A Figura 2-2 mostra as camadas de depleção nasjunções do transistor npn.POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR NPN As junções do transistor podem ser polarizadas diretamente ou reversamente.JUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO DIRETA A junção E – B funciona como um diodo quando polarizada diretamente, ou seja, porela circula uma elevada corrente (B) de portadores majoritários (e-), Figura 2.3. Existe umapequena corrente (corrente de fuga) em sentido contrário, devido aos portadoresminoritários. Figura 2.3- Polarização direta da junção E – BPROF. SANTANNA Página 4
  5. 5. JUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO REVERSA Polarizando-se reversamente a junção C – B a barreira de potencial aumenta,diminuindo o fluxo de corrente de portadores majoritários, como mostra a Figura 2.4. Osportadores minoritários atravessam a barreira de potencial com facilidade no sentidocontrário, produzindo uma corrente reversa desprezível. A corrente elétrica circulando é pequena(corrente de fuga). Figura 2.4 - Polarização reversa da junção B – CJUNÇÕES COM POLARIZAÇÃO DIRETA -REVERSA Na Figura 2-5 o diodo coletor está reversamente polarizado e diodo emissor diretamentepolarizado. A princípio espera-se uma corrente de fuga no diodo coletor e uma alta corrente no diodoemissor. No entanto isto não acontece, nos dois diodos as correntes são altas. Figura 2.5 - Polarização completa do transistor bipolar Como a base é mais fina e menos dopada, os portadores do emissor saturam a base através de recombinações. Assim, uma pequena parte dos portadores saem pela base e a maioria sai pelo coletor. No instante em que a polarização direta é aplicada ao diodo emissor, os elétrons do emissorainda não penetraram na região da base. Se a tensão entre base e emissor (V BE) for maior que 0,7V,muitos elétrons do emissor penetram na região da base. Estes elétrons na base podem retornar aopólo negativo da bateria B1, ou atravessar a junção do coletor passando a região do coletor. Oselétrons que a partir da base retornam a bateria B1 são chamados de corrente de recombinação. Elaé pequena porque a base é pouco dopada. Como a base é muito fina, grande parte dos elétrons da base passam a junção basecoletor.Esta junção, polarizada reversamente, dificulta a passagem dos portadores majoritários do cristal debase (lacunas) para o coletor, mas não dos elétrons livres. Esses atravessam sem dificuldade acamada de depleção penetram na região de coletor. Lá os elétrons livres são atraídos para o pólopositivo da bateria B2. Em suma, com a polarização direta do diodo emissor, é injetado uma alta corrente em direçãoa base. Na base uma pequena parcela da corrente, por recombinação, retorna ao pólo negativo daPROF. SANTANNA Página 5
  6. 6. bateria B1 e o restante da corrente flui para o coletor e daí para o pólo positivo da bateria B2. VerFiguras 2.5 e 2-6.Obs. Considerar a tensão coletor - base (VCB) bem maior que a tensão emissor -base (VBE). Figura 2-6TRANSISTOR PNP No transistor pnp as regiões dopadas são contrárias as do transistor npn. Isso significa que aslacunas são portadores majoritários no emissor em vez dos elétrons livres. O funcionamento é como a seguir. O emissor injeta lacunas na base. A maior parte dessaslacunas circula para o coletor. Por essa razão a corrente de coletor é quase igual a do emissor. Acorrente de base é muito menor que essas duas correntes. Qualquer circuito com transistor npn pode ser convertido para uso de transistor pnp. Bastatrocar os transistores, inverter a polaridade da fonte de alimentação, os diodos e capacitorespolarizados. E o funcionamento será idêntico ao modelo npn.Considerando esta similaridade, neste curso os circuitos analisados são sempre os com transistoresnpn.AS CORRENTES NO TRANSISTOR Figura 2.7- Tensões e correntes nos transistores bipolares A Figura 2-7 mostra o símbolo esquemático para um transistor pnp e npn. A diferenciação anível de esquemático é feito através da seta no pino do emissor. A direção da seta mostra o fluxo decorrente convencional. Na figura é mostrado também o sentido das correntes convencionais I B , IC eIE . A lei de correntes de Kirchhoff diz que a soma de todas as correntes num nó é igual a somadas que saem. Então: IE = IC + IB Eq. 2-1 A relação entre a corrente contínua de coletor e a corrente contínua de base é chamada de ICganho de corrente βCC :  CC = Eq. 2-2 IB Em geral mais de 95% dos elétrons livres atingem o coletor, ou seja, a corrente de emissor épraticamente igual a corrente de coletor. O parâmetro αcc de um transistor indica a relação entre a corrente deemissor e coletor:PROF. SANTANNA Página 6
  7. 7. IC CC = Eq. 2-3 IE Quanto mais fina e levemente dopada a base, mais alto o αcc. Pode-se relacionar o αcc com oβCC :  CC  CC  Eq. 2-4 1   cc Efeito de amplificação Aumentado-se a corrente de base aumenta o número de recombinações, aumentando-se a corrente IC, pois IB controla a corrente entre o emissor e o coletor. Como IB << IC, uma pequena variação em IB (iB), Figura 7.8, provoca uma grande variação em IC (iC). Portanto, verifica-se que iC é um reflexo amplificado de IB. Figura 2.7 A - Efeito de amplificação no transistor NPN Como o transistor possibilita a amplificação de um sinal, ele é chamado de componente ativo. O efeito de amplificação do transistor é chamado de ganho de corrente (), sendo expresso pela equação 2.2TESTE DE DIODOS E TRANSISTORES. Uma maneira simples é mostrada a seguir para se testar diodos e transistores utilizando umohmímetro.Teste de funcionamento de um diodo com um ohmímetro.1. Encosta-se a ponta de prova negativa no cátodo2. Encosta-se a ponta de prova positiva no ânodo. O ohmímetro deve indicar resistência baixa.3. Inverte-se as pontas de provas, a resistência deve ser alta.Teste de funcionamento de um transistor npn com um ohmímetro1. Encosta-se a ponta de prova negativa na base do transistor2. Encosta-se a ponta de prova positiva no coletor do transistor O ohmímetro deve indicar resistênciaalta.3. Muda-se a ponta de prova positiva para o emissor do transistor O ohmímetro deve indicarresistência alta.4. Invertem-se as pontas de provas, isto é, encosta-se a positiva na base e repete os itens 2 e 3. Asresistências devem ser baixas.Isto é válido para os multímetros digitais. Em geral, nos multímetros analógicos, a ponta de prova positiva estáligada ao pólo negativo da bateria.PROF. SANTANNA Página 7
  8. 8. CONFIGURAÇÕES BÁSICAS Base Comum Emissor Comum Coletor ComumMONTAGEM BÁSICA COM TRANSISTOR Na Figura 2-8, o lado negativo de cada fonte de tensão está conectado ao emissor. Nestecaso denomina-se o circuito como montado em emissor comum. Além da montagem em emissorcomum, existem as montagens em coletor comum e base comum, analisadas mais a frente. Ocircuito é constituído por duas malhas. A malha da esquerda que contém a tensão V BE e malha dadireita com a tensão VCE. VS  RS I B  VBE Eq. 2-5 VCC  RC I C  VCE Eq. 2-6 Figura 2-8PROF. SANTANNA Página 8
  9. 9. RELAÇÃO IB VERSUS VBE Existe uma relação entre IB e VBE, ou seja, para cada IB existe uma tensão VBE correspondente(Figura 2-9). Naturalmente, esta curva semelhante a curva do diodo. Figura 2-9RELAÇÃO IC VERSUS VCE A partir de VCC e VS é possível obter diversos valores de IC e VCE . a Figura 2-10 mostra estarelação supondo um IB fixo. Figura 2-10 A parte inicial da curva é chamada de região de saturação. É toda a curva entre a origem e ojoelho. A parte plana é chamada de região ativa. Nesta região uma variação do V CE não influencia novalor de IC. IC mantém-se constante e igual a IB βCC. A parte final é a região de ruptura e deve serevitada. Na região de saturação o diodo coletor está polarizado diretamente. Por isso, perde-se ofuncionamento convencional do transistor, passa a simular uma pequena resistência ôhmica entre ocoletor e emissor. Na saturação não é possível manter a relação I C=IBβCC. Para sair da região desaturação e entrar na região ativa, é necessária uma polarização reversa do diodo coletor. Como V BEna região ativa é em torno de 0,7V, isto requer um V CE maior que 1V. A região de corte é um caso especial na curva IC x VCE. É quando IB =0 (equivale ao terminalda base aberto). A corrente de coletor com terminal da base aberto é designada por I CEO (corrente decoletor para emissor com base aberta). Esta corrente é muito pequena, quase zero. Em geral seconsidera: Se IB=0 IC =0. O gráfico da Figura 2-10, mostra a curva IC x VCE para um dado IB. Habitualmente o gráficofornecido pelo fabricante leva em consideração diversos IB’s. Um exemplo está na Figura 2-11.PROF. SANTANNA Página 9
  10. 10. Notar no gráfico que para um dado valor de V CE existem diversas possibilidades de valorespara IC. Isto ocorre, porque é necessário ter o valor fixo de I B. Então para cada IB há uma curvarelacionando IC e VCE. No gráfico de exemplo, a tensão de ruptura está em torno de 80V e na região ativa para umIB=40µA tem-se que o βCC=IC/IB = 8mA/40µA=200. Mesmo para outros valores de IB, o βCC semantém constante na região ativa. O material semicondutor é sensível à temperatura, ou seja, com o aumento da temperatura ocorre a geração de novos portadores. Nos transistores, a variação de temperatura (T) altera o ganho de corrente (), a tensão base-emissor (VBE) e a corrente de fuga (IF). O βCC não é constante na região ativa, e varia não apenas com a temperatura ambiente como também com IC. A variação de βCC pode ser da ordem de 3:1 ao longo da região ativa do transistor. Na Figura 2-12 é mostrado um exemplo de variação de βCC. T    grande variação em IC, sem variação em IB  circuito instável Os transistores operam na região ativa quando são usados como amplificadores. Sendo acorrente de coletor (saída) proporcional a corrente de base (entrada), designa-se os circuitos comtransistores na região ativa de circuitos lineares. As regiões de corte e saturação, por simularem umachave controlada pela corrente de base, são amplamente usadas em circuitos digitais. Como IC >> IB,  >> 1. Logo, o transistor na configuração EC, funciona como um amplificadorde corrente. Como a inclinação da curva característica de saída varia para cada valor de IB, o ganho de corrente não é constante. Os valores típicos de  são de 50 a 900.Limites dos transistores tensão máxima de coletor: VCEmax; corrente máxima de coletor: Cmax; potência máxima de coletor: PCmax; para EC: PCmax = VCEmax x Cmax; tensão de ruptura da junções (BV):BVCBO = tensão de ruptura entre C e B, com E aberto;BVCEO = tensão de ruptura entre C e E, com B aberto;BVCES = tensão de ruptura entre C e E, com B em curto.PROF. SANTANNA Página 10
  11. 11. Figura 2-11 Figura 2-12O MODELO DE EBERS-MOLL Na análise ou projeto de um circuito transistorizado, tem-se dificuldade em trabalhar com otransistor a nível de malhas. Uma opção é a de se criar um circuito equivalente para o transistorusando componentes mais simples como fonte ou resistor. O modelo de Ebers-Moll é um circuito equivalente do transistor levando em consideração queele esteja trabalhando na região ativa, ou seja: o diodo emissor deve estar polarizado diretamente; odiodo coletor deve estar polarizado reversamente e a tensão do diodo coletor deve ser menor do quea tensão de ruptura. Veja Figura 2-13. O modelo faz algumas simplificações:1. VBE =0,7V IE2. IC=IE  I B   CC3. despreza a diferença de potencial produzida pela corrente de base ao atravessar a resistência deespalhamento da basePROF. SANTANNA Página 11
  12. 12. Figura 3-1 O conceito de reta de carga estudado no capítulo sobre diodos, também se aplica atransistores. Usa-se a reta de carga em transistores para obter a corrente I C e VCE considerando aexistência de um RC. A análise da malha esquerda fornece a corrente IC: VCC  VCE IC  (Eq. 3-1) RC Nesta equação existem duas incógnitas, IC e VCE. A solução deste impasse é utilizar o gráfico IC x VCE. Com o gráfico em mãos, basta calcular os extremos da reta de carga: VCE=0IC=VCC / RC  ponto superior corrente de saturação(IMÁX) (Eq. 3-2). IC=0VCE=VCC  ponto inferior tensão de corte (Eq. 3-3). A partir da reta de carga e definido uma corrente IB chega-se aos valores de IC e VCE. Exemplo 3-1 No circuito da Figura 3-1 suponha RB= 500Ω Construa a linha de carga nográfico da Figura 3-2 e meça IC e VCE de operação. SOL.: Os dois pontos da reta de carga são: V CE=0IC=VCC/RC=15/1k5=10mA (pontosuperior), e IC=0VCE=VCC=15V (ponto inferior). A corrente de base é a mesma que atravessa oresistor RB: 15  o,7 IB   29A 500kPROF. SANTANNA Página 12
  13. 13. Figura 3-2 Após traçar a reta de carga na curva do transistor chega-se aos valores de IC=6mA eVCE=5,5V. Este é o ponto de operação do circuito (ponto Q ou ponto quiescente). O ponto Q varia conforme o valor de IB. um aumento no IB aproxima o transistor para a regiãode saturação, e uma diminuição de IB leva o transistor região de corte. Ver Figura 3-3. O ponto onde a reta de carga intercepta a curva I B =0 é conhecido como corte.Nesse ponto acorrente de base é zero e corrente do coletor é muito pequena (I CEO ). A interseção da reta de carga e a curva IB= IB(SAT) é chamada saturação. Nesse ponto acorrente de coletor é máxima. Figura 3-33.2 O TRANSISTOR COMO CHAVE A forma mais simples de se usar um transistor é como uma chave, significando uma operaçãona saturação ou no corte e em nenhum outro lugar ao longo da reta de carga. Quando o transistorestá saturado, é como se houvesse uma chave fechada do coletor para o emissor. Quando otransistor está cortado, é como uma chave aberta.CORRENTE DE BASE A corrente de base controla a posição da chave. Se IB for zero, a corrente de coletor épróxima de zero e o transistor está em corte. Se IB for IB(SAT) ou maior, a corrente de coletor é máximae o transistor satura. Saturação fraca significa que o transistor está levemente saturado, isto é, a corrente de baseé apenas suficiente para operar o transistor na extremidade superior da reta de carga. Não éaconselhável a produção em massa de saturação fraca devido à variação de β CC e em IB(SAT). Saturação forte significa dispor de corrente da base suficiente para saturar o transistor paratodas as variações de valores de βCC. No pior caso de temperatura e corrente, a maioria dostransistores de silício de pequeno sinal tem um β CC maior do que 10. Portanto, uma boa orientaçãoPROF. SANTANNA Página 13
  14. 14. de projeto para a saturação forte é de considerar um β CC(SAT)=10, ou seja, dispor de uma corrente debase que seja de aproximadamente um décimo do valor saturado da corrente de coletor. Exemplo 3-2 A Figura 3-4 mostra um circuito de chaveamento com transistor acionado poruma tensão em degrau. Qual a tensão de saída? SOL.: Quando a tensão de entrada for zero, o transistor está em corte. Neste caso, ele secomporta como uma chave aberta. Sem corrente pelo resistor de coletor, a tensão de saída iguala-sea +5V. 0V5V 5V0V Figura 3-4Quando a tensão de entrada for de +5V, a corrente de base será: 5  0,7 IB   1,43mA 3k Supondo o transistor com um curto entre coletor e o emissor (totalmente saturado). A tensãode saída vai a zero e a corrente de saturação será: 5 I Csat   15,2mA 330Isto é aproximadamente 10 vezes o valor da corrente de base, ou seja, certamente há uma saturaçãoforte no circuito. No circuito analisado, uma tensão de entrada de 0V produz uma saída de 5V e uma tensãode entrada de 5V, uma saída de 0V. Em circuitos digitais este circuito é chamado de porta inversorae tem a representação abaixo: Exemplo 3-3 Recalcule os resistores RB e RC no circuito da Figura 3-4 para um IC=10mA. SOL.: Cálculo de IB: Se IC =10mAIB (sat) = IC /βCC(SAT) = 10m/10 = 1,0mA Cálculo de RC: ao considerar o transistor saturado, o V CE de saturação é próximo de zero. VCC Rc  = 5 /10mA = 500Ω ICCálculo de RB VE  VBE RB  = 5 - 0.7 / 1mA = 4k3Ω IBPROF. SANTANNA Página 14
  15. 15. 3.3 O TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE A Figura 3-5 mostra um transistor como fonte de corrente. Ele tem um resistor de emissor R Eentre o emissor e o ponto comum. A corrente de emissor circula por esse resistor produzindo umaqueda de tensão de IE RE. Figura 3-5A soma das tensões da malha de entrada da é: VBE + IE RE - VS = 0 logo, VS  VBE IE  RE Como VBE, VS, e RE são aproximadamente constantes, a corrente no emissor é constante.Independe de βCC, RC ou da corrente de base.3.4 O TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORCIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM Fontes de alimentação e resistores polarizam um transistor, isto é, eles estabelecem valoresespecíficos de tensões e correntes nos seus terminais, determinando, portanto, um ponto deoperação no modo ativo (o ponto de operação). A Figura 3.6 mostra o circuito de polarização da basejá estudado anteriormente (Figura 3.4, transistor como chave), a principal desvantagem dele é a suasusceptibilidade à variação do βCC. Em circuitos digitais, com o uso de βCC(SAT), isto não éproblema. Mas em circuitos que trabalham na região ativa, o ponto de operação varia sensivelmentecom o βCC pois IC=βCCIB.CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EC COM POLARIZAÇÃO DA BASE Figura 3.6 - Circuito de polarização EC com polarização da basePROF. SANTANNA Página 15
  16. 16. Para que transistor trabalhe na região ativa:  junção E – B: polarizada diretamente;  junção B – C: polarizada reversamente Para tanto, utilizam-se duas fontes de alimentação e resistores para limitar ascorrentes e fixar o ponto Q do circuito. VBB é a fonte que alimenta a malha B-E. A notação VBB é para distinguir a tensão da fonte da tensão V B.Malha de entrada VBB  VBE V  VBE VBB  RB I B  VBE  0  I B   I C  I E  BB RB RB Malha de saída: VCC  VCE VCC  RC I C  VCE  0  I C  RC Pela equação da malha de entrada pode-se observar que a corrente quiescente é totalmentedependente do . Outra desvantagem é o uso de duas fontes de tensão. O mesma polarização pode ser modificada obtendo-se o circuito abaixo.Neste circuito faz-seRB > RC para garantir a polarização direta da junção E– B e reversa da junção B – C elimina-se afonte de alimentação VBB  simplificação do circuito e redução de custo, porém o circuito continuadependente do  como visto na equação da malha de entrada Circuito de polarização EC com polarização da base modificadoMalha de entrada VCC  VBE V  VBE VCC  RB I B  VBE  0  I B   I C  I E  CC RB RB Malha de saída: VCC  VCE VCC  RC I C  VCE  0  I C  RCPROF. SANTANNA Página 16
  17. 17. CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EC COM CORRENTE DE EMISSOR CONSTANTE(REALIMENTAÇÃO DO EMISSOR) Circuito de polarização EC com corrente de emissor constante  Aumentando a temperatura, aumenta C,E, VRC e VRE, diminuindo VCEQrealimentação positiva  instabilidade;  Com o aumento de VRE, diminui VRB (VBE  constante);  Com a diminuição de VRB, diminui BQ. Assim, CQ diminui compensando seu aumento inicial; O aumento de VRE gera uma realimentação negativa, que garante a estabilidadedo circuito e do ponto Q.Malha de entrada: VCC  VBE V  VBE VCC  RB I B  VBE  RE I E  0  I E  I C  I B  I B   I C  CC RB  RE RE  RB Malha de saída: VCC  VCE VCC  RC I C  VCE  RE I E  0  I C  I E  I C  RC  RECIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DO EMISSOR VCC RC RB RE -VEEMalha de entrada: VEE  VBE V  VBE 0  RB I B  VBE  RE I E  VEE  I E  I C  I B  I B   I C  EE RB  RE RE  RB  VEE  VBE considerando RB I B  0VEE   I C  REPROF. SANTANNA Página 17
  18. 18. Malha de saída: VCC  RC I C  VCE  RE I E  VEE  0  I C  I E A análise da malha de entrada desprezando a queda de tensão no resistor R B mostra que acorrente de operação independe de , sendo um circuito estável com a desvantagem de necessitarde duas fontes de alimentação.POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO Figura 3-7 O circuito mais usado em amplificadores é chamado de polarização por divisor de tensãomostrado na figura 3-7. A principal evolução do circuito em relação aos circuitos anteriores é fixar uma tensão nabase, através do divisor de tensão formado pelos resistores R 1 e R2 e utilizar apenas uma fonte dealimentação. O valor de I deve ser bem maior que IB para a corrente IB não influenciar na tensão sobR2. Como regra prática, considerar a corrente I pelo menos 20 vezes maior que IB. Cálculo da tensão em VR2 também chamada de tensão Thevenin(V th): Supondo I>> IB R2 VR 2  VCC Eq. 3- 4 R1  R2 * A tensão VR2 não depende de βCC. Com o valor de VR2 é simples o cálculo de IE. Deve-seanalisar a malha de entrada: VR 2  VBE  VE Eq. 3.5como VE = IE RE VR 2  VBE IE  Eq. 3- 6 REAnálise da malha de saída: VCC  VCE VCC  I C RC  VCE  I E RE  0  I C  , onde IE = IC RC  RE Notar que βCC não aparece na fórmula para a corrente de coletor. Isto quer dizer que ocircuito é imune a variações em βCC, o que implica um ponto de operação estável. Por isso aPROF. SANTANNA Página 18
  19. 19. polarização por divisor de tensão é amplamente utilizada. VCC  I C ( RC  RE )  VCE Eq. 3.7 VCC  VCE IC  Eq. 3.8 RC  REExemplo 3-4 Encontre o VB, VE, VCE e IE para o circuito da Figura 3.8.SOL.: Cálculo de VR2 a partir da Eq. 3.4 30V 1k VB  VR 2  .30  3,85V 6k 8  1kCálculo de IE a partir da Eq. 3-6 3,85  0,7 IE   4,2mA 750Cálculo de VE: VE = IE RE = 4,2m*750= 3,15Vcálculo de VCE a partir da Eq. 3.7: Figura. 3.8 VCE = 30-4,2m*(3k+750)=14,3VMODELAGEM DO CIRCUITO DIVISOR DE TENSÃO APLICANDO O TEOREMA DE THEVENIN Vcc Vcc R1 Rc Rc Vth Rth Aplicando Thevenin > R2 RE RE R2 R1 .R2 Vth  VCC Rth  R1 // R2  R1  R2 R1  R2Da análise da malha base-emissor: Vth-RthIB-VBE-REIE=0Como e , determina a corrente Na expressão acima, se (considera-se ) obtém-seO teste acima para RE em relação a Rth garante a estabilidade da polarização e é menos crítico doPROF. SANTANNA Página 19
  20. 20. que o teste para R2 que é analisado abaixo.REGRAS DE PROJETO Sempre ao polarizar um transistor, deseja-se manter o ponto Q de operação fixoindependente de outros parâmetros externos. ou seja, espera-se um divisor de tensão estabilizado.Para minimizar o efeito do βCC, considerar: R2 ≤0,01 βCCRE Eq. 3.9onde o valor de βCC é o do pior caso, ou seja, o menor βCC que o transistor pode ter. O defeito desta regra, é o fato de um baixo R2 influenciar negativamente na impedância deentrada. Então como opção pode-se considerar R2 ≤0,1 βCCR E Eq. 3- 10assim R2 será maior, mas com possibilidade de degradação na estabilidade do ponto Q. Quando sesegue a regra da Eq. 3-10 designa-se o circuito de polarização por divisor de tensão firme e quandose segue a regra da Eq. 3.9 é polarização por divisor de tensão estabilizado. Na escolha do ponto de operação da curva IC x VCE, deve-se dar preferência a um pontocentral, isto é, VCE =0,5VCC ou IC =0,5IC(SAT). De forma que o sinal possa excursionar ao máximo tantocom o aumento de IB quanto com a diminuição. Por último, aplicar a regra de V E ser um décimo de VCC. VE = 0,1 VCC Eq. 3- 11Exemplo 3-5 Polarizar um transistor por divisão de tensão firme. Dados: VCC= 10V, IC= 10mA e βCC= 100SOL.: Cálculo de RE aplicando a regra da Eq. 3-11VE= 0,1*10=1VIE= ICRE= VE/ IE = 100Ωcálculo de RC a partir da Eq. 3-8 e VCE= 0,5 VCC 10  5 RC   100  400 10mcálculo de R2 a partir da Eq. 3-10 R ≤0,1*100 * 100= 1000 2 R2 = 1000Ωcálculo de R1 Eq. 3-4 R2 1000 VR 2  .VCC  1  0,7  *10 R1  R2 1000  R1 10000 1000  R1  1  0,7PROF. SANTANNA Página 20
  21. 21. R1  5882,4  1000 R1 = 4882,4=4k7Ω3.5 EXERCÍCIOSEx. 3-1) No circuito da figura abaixo, encontre as tensões V B, VC, VE e VCE de cada estágio.Ex. 3-2) Projete um circuito de polarização por divisor de tensão com as seguintes especificações:VCC = 20V, IC = 5mA, 80< βCC < 400. Considere VE = 0,1 VCC e VCE = VCC /2Ex. 3-3) O transistor da figura abaixo tem um βCC =80. Qual a tensão entre o coletor e o terra? Desenhe a linha de carga. Para βCC = 125, calcule a tensão na base, a tensão no emissor e a tensão de coletor.PROF. SANTANNA Página 21
  22. 22. Ex. 3-4) Qual a tensão do emissor e do coletor (os dois em relação ao terra) para cada estágio docircuito abaixo, sendo VCC = 10V.Ex. 3-5) No exercício anterior, suponha V CC = 20V e calcule de cada estágio: VB, VE, VC e IC .Ex. 3-6) Ainda em relação ao exercício 4. Considere V CC =20V. Indique o que ocorre com a tensão do coletor Q1 (aumenta, diminui, não altera) se: . • 1k8 aberto . • coletor emissor do Q1 em curto . • 240 aberto . • 240 em curto . • 300 em curto . • 1k aberto • 910 aberto Indique o que ocorre com a tensão do coletor Q3 (aumenta, diminui, não altera) se: 1k aberto 1k em curto 180 aberto 180 em curto 620 aberto 620 em curto coletor emissor de Q3 aberto coletor emissor de Q3 em curto 150 aberto 150 em curto3.6 EXERCÍCIOS COM RESPOSTA1. Determinar as seguintes quantidades para a configuração da figura abaixo: IB , IC , VCE , VB e VC.Resp.: B = 47,08 A - C = 2,35 mA – VCE = 6,83 V – VB = 0,7 V – VC = 6,83 VPROF. SANTANNA Página 22
  23. 23. 2. Para o circuito da figura abaixo, determinar: IB, IC, IE ,VCE, VB, VC e VE.Resp.: B = 40,1 A - C =E = 2,01 mA – VCE = 13,97 V – VB = 2,71 V – VC = 15,98 V – VE = 2,01 V3. Determinar o ponto Quiescente (Q) e a reta de carga para a configuração da figura abaixo.Resp.: VCEQ = 12,22 V - CQ = 0,85 mA - Csat = 1,91 mA – VCEcorte = 22 V4. Determinar VC e VB para o circuito da figura abaixo.Resp.: VC = - 4,48 V – VB = - 8,3 VPROF. SANTANNA Página 23
  24. 24. 5. Determinar VC e VB para o circuito da figura abaixo.Resp.: VC = 8,53 V – VB = - 11,59 V6. Para o circuito dCriado por Stelamaris e RobertoCriado por Stelamaris e Robertoa figura abaixo,determinar: IC, RC, RB e VCE.Resp.: C = 3,2 mA – RC = 1,87 k - RB = 282,5 k - VCE = 6 V7. Para o circuito da figura abaixo, determinar: IBQ, ICQ, VCEQ, VC, VB e VE.Resp.: BQ = 29,24 A - CQ = 2,92 mA - VCEQ = 8,59 V - VC = 12,99 V - VB = 5,08 V – VE =4,38V8. Para o circuito da figura abaixo, determinar: RC, RE, RB, VCE e VB.Resp.: RC = 4,7 k - RE = 1,2 k - RB = 356 k - VCE = 0,2 V – VB = 3,1 VPROF. SANTANNA Página 24
  25. 25. 9. Para o circuito da figura abaixo, determinar: IBQ, ICQ, VCEQ, VC, VB e VE.Resp.: BQ = 24,78 A - CQ = 1,98 mA - VCEQ = 6,9 V - VC = 8,28 V - VB = 2,05 V - VE = 1,35 VPROF. SANTANNA Página 25

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