Baixe Fundamentos de Eletrônica I e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Centro de Formação Profissional “ Aloysio Ribeiro de Almeida” ELETRÔNICA I Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara Elaboração Vanderlei Batista Flausino Unidade Operacional Centro de Formação Profissional “ Aloysio Ribeiro de Almeida” Varginha - MG 2004. Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 5 Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 6 Transistor Bipolar O transistor de junção bipolar é um dispositivo semicondutor de três terminais, formado por três camadas consistindo de: duas camadas de material tipo "n" e uma de tipo "p" ou de duas de material tipo "p" e uma de tipo "n". O primeiro é chamado de transistor npn enquanto que o segundo é chamado de transistor pnp. Através de uma polarização de tensão adequada consegue-se estabelecer um fluxo de corrente, permitindo que o transistor seja utilizado em inúmeras aplicações como: chaves comutadoras eletrônicas, amplificadores de tensão e de potência, osciladores, etc. O termo bipolar refere-se ao fato dos portadores lacunas e elétrons participarem do processo do fluxo de corrente. Se for utilizado apenas um portador, elétron ou lacuna, o transistor é denominado unipolar (FET). Estrutura Básica: As figuras abaixo ilustram a estrutura básica de um transistor, representando um circuito T equivalente com diodos, ligados de tal forma a permitir a identificação da polarização das junções, as quais são: base-emissor e base-coletor (B-E e B-C respectivamente). Observa-se que no transistor pnp a junção dos dois catodos do diodo forma a base, que é negativa, sendo o emissor e o coletor positivos, enquanto que no transistor npn a junção dos dois anodos forma a base que é positiva, sendo o emissor e o coletor negativos. A simbologia utilizada para os transistores de junção é mostrada logo abaixo dos circuitos equivalentes "T" com diodos. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 7 Polarização Para que um transistor funcione é necessário polarizar corretamente as suas junções, da seguinte forma: 1 - Junção base-emissor: deve ser polarizada diretamente 2 - Junção base-coletor: deve ser polarizada reversamente Esse tipo de polarização deve ser utilizado para qualquer transistor de junção bipolar, seja ele npn ou pnp. As figuras abaixo ilustram exemplos de polarização para os dois tipos de transistores: Transistor npn com polarização direta entre base e emissor e polarização reversa entre coletor e base. Transistor pnp com polarização direta entre base e emissor e polarização reversa entre coletor e base Observe atentamente nas figuras acima a polaridade das baterias. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 10 A exemplo dos diodos reversamente polarizados, ocorre uma pequena corrente de fuga, praticamente desprezível, formada por portadores minoritários. Os portadores minoritários são gerados no material tipo n (base), denominados também de corrente de fuga e são difundidos com relativa facilidade até ao material do tipo p (coletor), formando assim uma corrente minoritária de lacunas. Lembre-se de que os portadores minoritários em um cristal do tipo n são as lacunas. Desta forma a corrente de coletor (IC), formada pelos portadores majoritários provenientes do emissor soma-se aos portadores minoritários (ICO) ou (ICBO). Aplicando-se a lei de Kirchhoff para corrente , obtemos: IE = IC + IB, onde: IC = IC (PORTADORES MAJORITÁRIOS) + ICO ou ICBO (PORTADORES MINORITÁRIOS) Para uma melhor compreensão, a figura a seguir ilustra o fluxo de corrente em um transistor npn, através de uma outra forma de representação. No entanto, o processo de análise é o mesmo. Na figura acima observa-se que os portadores minoritários (ICO ou ICBO) provenientes da base são os elétrons, que se somarão a corrente de coletor.Verifica-se ainda em relação ao exemplo anterior (transistor pnp), que a corrente de base (IB) tem um sentido oposto , uma vez que, essa corrente é formada por lacunas. Da mesma forma as correntes de emissor (IE) e de coletor (IC) também tem sentidos opostos, por serem formadas por elétrons. OBS: Os transistores do tipo pnp e npn são submetidos ao mesmo processo de análise, bastando para isso, inverter a polaridade das baterias de polarização e lembrar que: Cristal N - os portadores majoritários são os elétrons e os minoritários as lacunas; Cristal P - os portadores majoritários são as lacunas e os minoritários os elétrons. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 11 A figura abaixo mostra um circuito com transistor npn. A junção base-emissor está polarizada diretamente e por isto, representa uma região de baixa impedância. A voltagem de polarização base-emissor é baixa (da ordem de 0,55V a 0,7V para transistores de silício), polarização esta, caracterizada pela bateria VEE enquanto que, a junção base-coletor está reversamente polarizada em função da bateria VCC. Na prática, VCC assume valores maiores do que VEE. Como já foi dito anteriormente, a corrente IC é o resultado dos portadores majoritários provenientes do emissor. A corrente de coletor divide-se basicamente em duas componentes: a corrente proveniente do emissor e a corrente proveniente do junção reversamente polarizada coletor-base, denominada ICBO, sendo que esta última assume valores extremamente baixos que em muitos casos podem ser desprezados. A quantidade de corrente que chega no coletor proveniente do emissor depende do tipo de material e dopagem do emissor. Essa quantidade de corrente varia de acordo com o tipo de transistor. A constante de proporcionalidade dessa corrente é definida como α (alfa)1, de forma que, a corrente de coletor é representada por αIE. Os valores típicos de α variam de 0,9 a 0,999. Isto significa que parte da corrente do emissor não chega ao coletor2. Exemplo: Qual é a corrente de coletor de um transistor com α = 0,95, sabendo-se que a corrente de emissor é 2mA? Solução: IC = αIE IC = 0,95 . 2mA = 1,9mA Caso ICBO não seja desprezada, a corrente de coletor é dada por: IC = αIE + ICBO ( I ) 1 O símbolo hFB é algumas vezes usado na lugar de α 2 Isto é explicável, pois α é menor do que 1. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 12 Como dito anteriormente, parte da corrente do emissor que fica retida na base forma a corrente de base, assim: IE = IC + IB ( II ) Substituindo ( I ) em ( II ), podemos calcular a corrente de base: IB = (1 - α) . IE - ICBO = α α - 1 . IC - α CBOI A relação α / (1 - α) é representada por β (beta)3. Podemos então estabelecer as relações: β = α α - 1 α = 1 +β β Exemplos: a) Um transistor possui um fator α = 0,92. Qual é o fator β? Solução: β = 0,92 - 1 0,92 = 0,08 0,92 = 11,5 b) Um transistor possui um fator β = 100. Qual é o fator α? Solução: α = 1 +β β = 101 100 = 0,99 Podemos então estabelecer uma relação entre α e β.4 Temos então: β = B C I I e α = E C I I β assume valores muito mais elevados em relação a α (o valor típico de β é da ordem de 30 a 600). Então, quanto maior for o valor de β, mais o valor de α tende a aproximar-se de 1. Assim, levando-se em conta que IC = αIE, para um valor de β ≥ 100, podemos considerar para fins práticos: IC = IE 3 O símbolo hFE é algumas vezes usado no lugar de β 4 Alguns autores utilizam a notação αCC e βCC Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 15 As configurações emissor comum, base comum e coletor comum, são também denominadas emissor a terra, base a terra e coletor a terra. Essas configurações também podem ser apresentadas conforme ilustram as figuras abaixo: Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 16 Representação de Tensões e Correntes Para representar tensões e correntes em um circuito com transistores, utiliza-se usualmente o método convencional , através de setas. Para as tensões, a ponta da seta aponta sempre para o potencial mais positivo e as correntes são representadas com setas em sentido contrário as das tensões. Podemos por exemplo representar uma tensão entre coletor e emissor por VCE quando o transistor for npn. Isto significa que o coletor é mais positivo do que o emissor. Em outras palavras, a primeira letra após o V (neste caso o coletor) é mais positiva do que a segunda letra (neste caso o emissor). Para um transistor pnp a tensão entre coletor e emissor é representada por VEC, indicando que o emissor é mais positivo do que o coletor. A figura abaixo ilustra dois transistores com polaridades opostas, utilizando essa representação. ( na maioria das literaturas VEC é simbolizada por VCE ) Na figura abaixo temos um outro exemplo utilizando essas representações; observe que as setas que indicam o sentido da corrente são opostas aquelas que indicam as tensões. Para as tensões VRC (tensão no resistor de coletor) e VRE ( tensão no resistor de emissor), a ponta da seta indica que a tensão na parte superior desses resistores é mais positiva do que na parte inferior. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 17 Polarização com uma única Bateria: Temos visto até agora a polarização de transistores utilizando duas baterias, sendo uma para polarização da junção base-emissor e outra para a junção base- coletor. Na maioria das vezes, uma única bateria pode polarizar um circuito transistorizado, visto que o mesmo comporta-se como um circuito fechado. As tensões nas junções do transistor e nos componentes externos, como resistores, capacitores, indutores, etc. podem ser calculadas utilizando-se as leis de Kirchhoff para tensão (LKT). Da mesma forma, as correntes podem ser calculadas aplicando-se LKC. A figura a seguir mostra um transistor com polarização por divisor de tensão na base, cuja teoria será vista no capítulo referente aos circuitos de polarização. Observe atentamente as indicações das tensões e das correntes em função do sentido das setas. Aplicando-se LKT, podemos obter várias equações: 1. VCC - VRC - VCE - VRE = 0 2. VCE -VBE - VCB = 0 3. VCC - VRB1 - VRB2 = 0 4. VRB1 - VRC - VCB = 0 5. VRB2 - VBE - VRE = 0 6. VCC - VRC - VCB - VBE - VRE = 0 Aplicando-se LKC no ponto X, temos: 1. IB = I1 - I2 2. I1 = I2 + IB Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 20 Circuitos de Polarização: Apresentaremos a seguir alguns circuitos de polarização muito utilizados e suas principais características: Polarização por Corrente de Base Constante Também denominado de polarização fixa, é um circuito muito utilizado quando deseja-se que o transistor opere como chaveamento eletrônico, com dois pontos bem definidos: corte e saturação. Por esse motivo esse tipo de polarização não é utilizado em circuitos lineares, pois é muito instável, pois uma variação da temperatura provoca uma variação de β. Para este tipo de polarização: IC = βIB Para evitar o disparo térmico, adota-se geralmente: VCE = 0,5VCC Polarização por Corrente de Emissor Constante Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 21 Diferente do caso anterior, procura-se compensar as variações de β através do resistor de emissor. Assim, quando β aumentar, a corrente de coletor aumenta, aumentando também a tensão no emissor, fazendo com que haja uma diminuição da tensão de polarização VBE, reduzindo a corrente de base. Isto resulta numa corrente de coletor menor compensando parcialmente o aumento original de β. Aplicando LKT: VCC = VRC + VCE + REIE Onde: VRC = RCIC Logo: VCC = RCIC + VCE + REIE Adota-se como prática para garantir a estabilidade térmica sem afetar o sinal de saída: VRE = 0,1VCC Equações básicas: IB = EB CC R R V β+ ou ainda: IB = β CI IE = (β + 1)IB Polarização por Realimentação Negativa Este circuito reduz o ganho, mas em compensação aumenta a estabilidade. Equações básicas: VRE = 0,1VCC VRC = VCC - (VCE + VRE) IB = CB CC R R V β+ Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 22 Seguidor de Emissor O seguidor de emissor tem como característica o ganho de tensão baixo (≤ 1) Equações básicas: VCE = 0,5VCC RE = E CC I 0,5V IE = βIB Polarização por Divisor de Tensão na Base A polarização por divisor de tensão na base ou polarização universal é um dos métodos mais usados em circuitos lineares. A grande vantagem desse tipo de polarização é sua estabilidade térmica (praticamente independente de β). O nome divisor de tensão é proveniente do divisor de tensão formado por RB1 e RB2, onde RB2 polariza diretamente a junção base-emissor. Passemos a analisar como opera esse tipo de polarização. Aplicando Thèvenin:Abrindo o terminal da base temos: VTH = B2B1 CCB2 R R V . R + Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 25 Existem três situações distintas para o transistor: coletor aberto; emissor aberto e base aberta. IEBO: É a corrente entre base e emissor com o coletor aberto. Não é normal termos esta situação, uma vez que a junção base-emissor de um transistor é sempre polarizada diretamente. ICEO: Esta corrente ao contrário da anterior, tem um elevado significado. Trata-se da corrente entre coletor e emissor com a base aberta. ICEO = (β + 1)ICBO Basicamente determina a amplificação de um circuito, conforme será visto mais adiante. ICBO: Varia com a temperatura, sendo de grande importância, uma vez que, para cada 10ºC de aumento de temperatura, essa corrente dobra. É a corrente entre coletor e base, com o emissor aberto. Exercícios Resolvidos sobre Polarização: 1- Dado o circuito abaixo, polarizar o transistor na região ativa, determinando o valor dos resistores e as correntes. DADOS: β = 100 IC = 3mA VBE = 0,7V Solução: Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 26 Adotando VE = 0,1VCC, VCE = 0,5VCC e VRC = 0,4VCC, temos: VE = VRE = 1,2V VCE = 6V VRC = 4,8V Cálculo de IB Como β = 100, podemos fazer IC = IE, logo: IB = β CI = 100 3mA = 30µA Cálculo de RE RE = E RE I V = 3mA 1,2V = 400Ω Cálculo de RBB RBB = 0,1β.400 = 4kΩ Cálculo de VBB VBB = RBBIB + VBE + VRE = 4.000.(30.10-6) + 0,7 +1,2 = 0,12 + 0,7 + 1,2 VBB = 2,02V Cálculo de RC RC = C RC I V = 3mA 4,8V = 1,6kΩ (equivalente a 4RE) Cálculo de R1 R1 = BB CCBB V V . R = 02,2 (12) . 4.000 = 2,02 48.000 = 23.762Ω Cálculo de R2 R2 = BB1 BB1 R - R R . R = 4.000 - 762.23 4.000)(23.762).( = 19.762 95.048 = 4.817Ω Podemos também calcular R2 da seguinte forma: R2 = CC BB BB V V - 1 R = 12 2,02 - 1 4.000 = 0,1683 - 1 4.000 = 0,8317 4.000 = 4.809Ω ≈ 4.817Ω 2 - Dado o circuito a seguir, calcule: β, ICEO, IC, IB, RC e RB. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II DADOS: IE = 4mA Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 27 Cálculo de β 11,5 0,92-1 0,92 - 1 == α α =β Cálculo de ICEO ICEO = (β + 1)ICBO = 12,5.(6µA) = 75µA Cálculo de IC IC = αIE + ICBO = 0,92.(4mA) = 3,68mA + 75µA = 3,755mA Cálculo de IB IB = IE - IC = 4mA - 3,755mA = 245µA Cálculo de RC RC = C RC I V VRC = VCC - VCE - VRE (onde VRE = 0,1VCC) VRC = 12 - 5 - 1,2 = 5,8V RC = 3,755mA 5,8V = 1.54kΩ (1.544,6Ω) Cálculo de RE RE = E RE I V = 4mA 1,2 = 300Ω Cálculo de RB Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 30 ( I ) VCC - VRC - VCE - VRE = 0 VRC = RCIC e VRE = REIE, temos: ( II ) VCC = RCIC + VCE + REIE C álculo de IC β = B C I I , logo: IC = 6µA . 200 = 1,2mA Cálculo de IE IE = IC + IB = 1,2mA + 6µA = 1,206mA ≈ 1,2mA Quando β > 100, podemos considerar IC = IE Cálculo de RC Utilizando a equação ( II ) 15 = (RC . 1,2mA) + 8 + (150 . 1,2mA) 15 = (RC . 1,2mA) + 8 + 0,18 15 = (RC . 1,2mA) + 8,18 RC = Ω= 5,68k mA2,1 8,18 - 15 (5.683,3Ω) Cálculo de RB VRB = VCB + VRC RBIB = VCB + RCIC como: VCE = VCB + VBE, então: VCB = 8 - 0,6 = 7,4V Desta forma: RB . (6µA) = 7,4 + (5,68k . 1,2mA) = 7,4 + 6,816 = 14,216V RB = A6 14,216V µ = 2,37MΩ (2.369.333,33Ω) Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 31 Reta de Carga Podemos determinar o ponto de operação de um transistor através da reta de carga, definindo em um projeto ou aplicação os parâmetros de tensão e corrente. Esse método gráfico somente pode ser aplicado se tivermos disponível a curva característica do transistor, fornecida pelo fabricante. A vantagem da utilização do método gráfico é a rapidez na análise dos pontos de operação de um transistor. Neste capítulo abordaremos apenas reta de carga para CC; reta de carga para CA será abordada posteriormente. Entende-se como ponto de operação, um determinado ponto em que o transistor opera na ausência de sinal, podendo esse ponto ser escolhido ao longo da reta de carga, se quisermos que ele opere na região linear, região de corte ou região de saturação. Este ponto é denominado "ponto quiescente" ou simplesmente "Q". Tomemos como exemplo o circuito a seguir na montagem em emissor comum, onde a curva característica do transistor é mostrada ao lado. Observe as áreas sombreadas, que representam as regiões de corte e de saturação. Para determinarmos a reta de carga, necessitamos de dois pontos. Através da equação VCC = (RE. IE) +(R .IC ) + VCE, obtemos: 1º ponto: para IC = 0, temos VCC = VCE = 25V Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 32 2º ponto: para VCE = 0, temos IC = 20mA 1,25k 25V R R V EC CC = Ω = + Procedimento: Traça-se então a reta de carga unindo os dois pontos. Para que o transistor opere na região linear, o ponto Q deverá ser o ponto médio da reta de carga. No nosso exemplo o ponto médio (bem aproximado) coincidiu com a corrente de base equivalente a 30µA. A partir daí então podemos determinar a corrente de coletor e a tensão entre coletor e emissor: ICQ = 11,25mA VCEQ = 11V IBQ = 30µA Podemos então calcular o β e aplicar LKT para determinar a tensão nos resistores: β = 375 A30 11,25mA I I B C = µ = Partindo da equação: VCC = VRC + VCE + VRE VRC = (11,25mA).1kΩ = 11,25V VRE = (11,25mA).250Ω = 2,812V Então: VCC = 11,25 + 11 + 2,812 = 25,062V ≈ 25V Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 35 Neste caso RE é o circuito de entrada da configuração base comum, sendo então desconsiderado para calcular um dos pontos da reta de carga. Podemos então aplicar LKT no circuito em função dos dados obtidos no gráfico. Como trata-se de uma configuração base-comum, existem duas malhas definidas: uma para o circuito de entrada (base-emissor) e outra para o circuito de saída (base-coletor). Veja a figura abaixo: Onde: VRC = RCIC = 1kΩ.(12mA) = 12V VRE = REIE = 2kΩ.(12,2mA) = 24,4V Desta forma: VCE = VCB + VBE = 13 + 0,6 = 13,6V Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 36 Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 37 Transistor como Chave Eletrônica. É a forma mais simples de operação de um transistor, pois ao longo da reta de carga são definidos apenas dois pontos: corte e saturação e, portanto, podemos dizer que quando um transistor está saturado, comporta-se como uma chave eletrônica fechada e quando está em corte, como uma chave eletrônica aberta. Para que efetivamente o transistor opere como uma chave eletrônica, é preciso garantir sua saturação para qualquer tipo de transistor, sob todas as condições de funcionamento; variação da temperatura, correntes, β, etc. Na prática, ao projetar uma chave eletrônica com transistor, utiliza-se a corrente de base da ordem de 1/10 da corrente de coletor no extremo superior da reta de carga, conforme mostra a figura abaixo: O valor de 20mA foi escolhido na curva característica e portanto, a corrente de base será 1/20mA = 2mA. OBS: Na elaboração do projeto, deve-se tomar o cuidado de não ultrapassar os valores máximos especificados pelo fabricante, como corrente de coletor, corrente de base, tensão entre coletor e emissor, potência de dissipação, etc. Estamos considerando o valor de 20mA plenamente compatível com nosso exemplo de projeto. Podemos então definir os valores de RC e RB Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 40 Transistor como Fonte de Corrente. Consiste em tornar a tensão de emissor fixa, resultando assim em uma corrente de emissor fixa. Pelo fato da tensão VBE ser fixa (da ordem de 0,7V), VE seguirá as variações da tensão de entrada (VBB), isto é, se a tensão de entrada aumentar de 6V para 10V, a tensão VE (nos extremos de RE) variará de 5,3V para 9,3V. Ao contrário do transistor como chave eletrônica, o ponto de operação situa-se na região ativa ao longo da reta de carga. A identificação entre um circuito com transistor operando como chave eletrônica e como fonte de corrente é fácil; quando opera como chave eletrônica, o emissor é aterrado e existe um resistor na base, ao passo que, como fonte de corrente o emissor é aterrado através de um resistor, não havendo resistor na base. Quando desejamos acionar um led, o ideal é fazê-lo através de uma fonte de corrente, principalmente quando o valor de VCC é baixo, levando-se em conta a queda de tensão no led da ordem de 1,5 a 2,5V. A ilustração abaixo mostra as diferenças entre uma chave eletrônica e uma fonte de corrente. Para entender melhor o que foi acima exposto, vamos considerar um transistor operando como fonte de corrente. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 41 Devemos então estabelecer um valor ideal de RE para nosso projeto. Vamos supor: VBB (tensão de entrada) = +5V VCC = +12V IC = 5mA (um ponto médio da reta de carga dentro da região ativa) Determinar: As tensões em RC para os valores de 10Ω e 1000Ω O valor de VCE nas duas condições Determinando RE Considerando IC = IE, temos: RE = Ω==== 860 5mA 4,3V mA5 0,7V - 5V I V I V - V E RE E BEBB Lembrar que VBB - VBE = VRE = VE A tensão de 4,3V ficará fixa, fixando também a corrente do emissor, para uma grande gama de valores de RC, desde que o transistor opere dentro da região ativa. Calculando VRC Levando-se em conta que a tensão do emissor está amarrada em 4,3V então, para os dois casos IC = 5mA (estamos admitindo IE = IC). Para RC = 10Ω VRC = 10Ω.(5mA) = 0,05V Para RC = 1,0kΩ VRC = 1kΩ.(5mA) = 5V Para satisfazer a equação VCC - VRC - VCE - VRE = 0, a tensão VCE é que variará, assim sendo temos: Para RC = 10Ω VCE = 12 - 0,05 - 4,3 = 7,65V Para RC = 1kΩ Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 42 VCE = 12 - 5 - 4,3 = 2,7V CONCLUSÕES: A corrente de coletor manteve-se constante para uma variação muito grande de RC (100 vezes). Mesmo com RC = 0 a corrente de emissor se manterá em 5mA. No entanto, se RC assumir valores mais elevados, suponhamos 4kΩ, teríamos teoricamente VRC = 20V, o que invalidaria a equação VCC - VRC - VCE - VRE = 0, em outras palavras, para satisfazer a dita equação, IC teria que assumir valores menores. Deve-se portanto evitar trabalhar com valores de RC que propiciem uma tensão VCE muito próxima da região de saturação. O valor da corrente de coletor não depende do valor de β, isto é, ao substituir o transistor por outro de β diferente, a corrente de coletor permanecerá praticamente igual. Quanto maior for RE (respeitando-se as características do projeto), mais estável torna-se a corrente de coletor. Quando o valor de VCC for relativamente baixo (por exemplo 5V) o acionamento de leds é mais eficaz com uma fonte de corrente, pois para leds de cores, tamanhos e fabricantes diferentes (a tensão pode variar de 1,5V a 2,5V), a corrente será praticamente constante não prejudicando a luminosidade. Para fixar melhor o conceito referente ao transistor operando como fonte de corrente vamos admitir uma situação conforme ilustra a figura abaixo. Os leds L-1 e L-2 necessitam de uma corrente de 15mA para obter uma Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 45 Regulador Série. O regulador série é na realidade uma fonte de alimentação regulada mais sofisticada em relação aos reguladores que utilizam apenas diodo zener. O diodo zener atua apenas como elemento de referência enquanto que o transistor é o elemento regulador ou de controle. Observa-se que o transistor está em série com a carga, daí o nome regulador série. Funcionamento: A tensão de saída estará disponível na carga (VL), então: VL = VZ - VBE Como VZ >> VBE podemos aproximar: VL = VZ Sendo VZ constante, a tensão no ponto "x" será constante Caso VIN aumente podemos analisar o que acontece aplicando LKT: VIN = VR + VZ, mas VR = VCB, logo: VIN = VCB + VZ VCE = VCB + VBE Portanto, quando VIN aumenta, como VZ é constante, VCB também aumentará provocando um aumento de VCE, de modo a suprir a variação na entrada, mantendo VL constante. VL = VIN - VCE Então: se VIN aumenta VCE aumenta VL não se altera Caso VIN diminua podemos analisar o que acontece aplicando LKT, obedecendo os mesmos princípios adotados anteriormente. Neste caso VCB diminui. Com a diminuição de VIN VCE diminui VL não se altera Limitações: Valores mínimos e máximos de VIN como VIN = VR + VZ e VR = R.IR mas IR = IZ + IB Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 46 Então: VIN = R(IZ + IB) + VZ Para VIN mínima temos: VIN(MIN) = R(I Z(MIN) + IB(MAX)) Portanto, abaixo do valor mínimo de entrada o diodo zener perderá suas características de estabilização. Para VIN máxima temos: VIN(MAX) = R(I Z(MAX) + IB(MIN)) Acima do valor máximo de entrada o diodo zener perderá também suas características de estabilização e será danificado. Condições para um Projeto: Alguns parâmetros devem ser observados para que o circuito opere em condições normais sem danificar seus componentes. Tensão de entrada máxima: VIN(MAX) = (IB(MIN) + IZ(MAX)).R + VZ ( I ) Na pior condição RL = ∞ (carga aberta), logo IB(MIN) = 0 VIN(MAX) = R.(IZ(MAX)) + VZ Onde: IZ(MAX) = Z Z(MAX) V P Tensão de entrada mínima: VIN(MIN) = (IB(MAX) + IZ(MIN)).R + VZ ( II ) De ( I ) tiramos: IZ(MAX) = R V - V ZIN(MAX) ( III) De ( II ) tiramos: IZ(MIN) + IB(MAX) = R V - V Z IN(MIN) ( IV ) Dividindo ( III ) e ( IV ) temos: ZIN(MIN) ZIN(MAX) B(MAX)Z(MIN) Z(MAX) V - V V - V I I I = + Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 47 Projeto Projetar uma fonte de alimentação estabilizada com diodo zener e transistor com as seguintes características: Tensão de saída (VL): 6V Corrente de saída máxima (IL(MAX)): 1,5A Tensão de entrada (VIN): 12V ± 10% Escolha do transistor O transistor a ser utilizado deverá obedecer as seguintes características: VCBO > VIN(MAX) no caso 13,2V IC(MAX) 6> IL(MAX) no caso 1,5A PC(MAX) 7> (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX) Supondo que o transistor escolhido seja o BD235, que de acordo com o manual do fabricante tem as especificações: VCBO(MAX) = 45V IC(MAX) = 2A PC(MAX) = 25W 40 > β < 250 Neste caso, o valor mínimo de beta é 40 e o máximo 250. Para que o projeto funcione sem problemas adota-se o beta de menor valor. O transistor escolhido atende as exigências quanto a VCBO(MAX) e IC(MAX). No entanto é preciso verificar se a potência que será dissipada pelo coletor será suficiente para este projeto. Verificando a potência que será dissipada pelo coletor: PC(MAX) = (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX) IC(MAX) = IE(MAX) - IB(MAX) IE(MAX) = IL(MAX) IC(MAX) = IL(MAX) - IB(MAX) IB(MAX) = )MIN( C(MAX)I β logo: IC(MAX) = IL(MAX) - )MIN( C(MAX)I β IC(MAX) = )MIN( L(MAX) 1 1 I β+ = 1,46A 1,025 1,5 0,025 1 1,5 40 1 1 1,5 == + = + PC(MAX) = (13,2V - 6V) . 1,46A = 10,5W 6 IC(MAX) é a máxima corrente que o coletor pode suportar 7 PC(MAX) é a máxima potência de dissipação do coletor Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 50 Regulador Paralelo A exemplo do regulador série, o transistor atua como elemento de controle e o zener como elemento de referência. Como a carga fica em paralelo com o transistor, daí a denominação regulador paralelo, cujo circuito é mostrado abaixo. A análise do seu funcionamento segue basicamente os mesmos princípios do regulador série, no que diz respeito aos parâmetros do transistor e do diodo zener. Funcionamento: VZ = VCB como VZ é constante, VCB será constante VCE = VCB + VBE, mas VCB >> VBE logo: VCE = VCB, onde VCE = VZ Ao variar a tensão de entrada dentro de certos limites, como VZ é fixa, variará VBE variando a corrente IB e consequentemente IC. Em outras palavras, variando- se a tensão de entrada ocorrerá uma atuação na corrente de base a qual controla a corrente de coletor. Neste caso, VCE tende a permanecer constante desde que IZ não assuma valores menores que IZ(MIN) e maiores que IZ(MAX). Os parâmetros para o projeto de em regulador paralelo são essencialmente: VIN, VL e IL(MAX). Tensão de entrada máxima: Na pior condição RL = ∞ IL = 0 VIN(MAX) = R1.(IL(MAX) + IC(MAX)) + VZ + VBE C(MAX) Z(MAX) 1 BEZIN(MAX) I I R V - V - V += ( I ) Tensão de entrada mínima: VIN(MIN) = R1.(IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + VZ + VBE Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 51 L(MAX)C(MIN) Z(MIN) 1 BEZIN(MIN) I II R V - V - V += + ( II ) Dividindo ( I ) e ( II ), temos: BEZIN(MIN) BEZIN(MAX) L(MAX))MIN(C Z(MIN) C(MAX)Z(MAX) V - V - V V -V - V I II I I = ++ + Isolando IZ(MAX): IZ(MAX) = C(MAX)L(MAX)C(MIN)Z(MIN BEZIN(MIN) BEZIN(MAX) I - )I I (I . V - V - V V - V - V ++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ( III ) OBS: IC(MIN) é a corrente de coletor para uma tensão de entrada mínima. Em muitos projetos a mesma pode ser desprezada por não ter influência significativa no resultado final. Corrente em R2: IR2 = IZ(MIN) - IB(MIN), onde IB(MIN) = )MIN( C(MIN)I β Portanto: IR2 = IZ(MIN) - )MIN( C(MIN)I β ( IV ) Quando a tensão de entrada for máxima e a carga estiver aberta (pior condição), um acréscimo de corrente circulará pelo diodo zener. Como VBE é praticamente constante, essa corrente circulará pela base do transistor, daí então teremos: R2Z(MAX) B(MAX) B(MAX) . )MIN(C(MAX) I - I I I I = β= IC(MAX) = β(MIN) . (IZ(MAX) - IR2 ( V ) Substituindo ( V ) em ( III ), temos: IZ(MAX) = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ BEZIN(MIN) BEZ IN(MAX) V - V - V V - V-V . (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) - β(MIN).(IZ(MAX) - IR2 IZ(MAX) = 1 1 . I )I I (I . V - V - V V - V - V )MIN( R2 . )MIN(L(MAX)C(MIN)Z(MIN) BEZIN(MIN) BEZIN(MAX) +β⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ β+++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Escolha do transistor: Deverão ser observados os parâmetros: VCEO 8 > (VZ + VBE) IC(MAX) > IL(MAX) 8 VCEO é a tensão entre coletor e emissor com a base aberta Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 52 PC(MAX) > (VZ + VBE) . IC(MAX) Escolha do diodo zener: Os parâmetros são idênticos aos adotados no regulador série. PROJETO Projetar um regulador paralelo , com as seguintes características: VL = 15V IC(MAX) = 600mA VIN = 22V ± 10% Escolha do transistor: O transistor deverá ter as seguintes características: VCEO > (VCE + VVBE) Ic(MAX) > IL(MAX) PC(MAX) > (VZ + VBE) . IC(MAX) Adotaremos o transistor 2N3534, que tem as características: VCEO = 35V IC(MAX) = 3A PC(MAX) = 35W β (mínimo = 40; máximo = 120) Escolha do diodo zener: O diodo zener escolhido foi o BZXC1C15, que tem as características: PZ(MAX) = 1,3W IZ(MIN) = 20mA VZ = 15V IZ(MAX) = 86,67mA 15V 1,3W V P Z Z(MAX) == Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado: IZ(MAX) = 1 1 . I )I I (I . V - V - V V - V - V )MIN( R2 . )MIN(L(MAX)C(MIN)Z(MIN) BEZIN(MIN) BEZIN(MAX) +β⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ β+++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Desprezando IC(MIN) ICMIN) = 0, então como IR2 = IZ(MIN) - )MIN( C(MIN)I β , IR2 = 20mA IZ(MAX) = 41 1 . 40.(20mA) 600mA) 0 (20mA . 0,7V - 15V - 19,8V 0,7V - 15V - 24,2V ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +++⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ IZ(MAX) = 0,0244 . 800mA) (620mA . 4,1V 8,5V ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = (2,073 . 1,42).0,0244 = 71,83mA IZ(MAX) = 71,83mA (o zener pode escolhido é compatível) Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 55 Como VBE1 é fixa, então um aumento de VR1 provocará um aumento de VCE1. Lembrar que VR1 = VCB1 e que VCB1 + VBE1 = VCE1. Um aumento de IC2 provocará também um discreto aumento na corrente de base de T1 (IB1). IC2 = IR1 - IB1 IR1 = IC2 + IB1 Formulário: Considerando a tensão de entrada máxima VIN(MAX) = VL + VBE1(MIN) + R1.(IZ(MAX) + IB1(MIN)) mas, IZ(MAX) >> IB1(MIN), logo: VIN(MAX) = VL + VBE1(MIN) + R1.(IZ(MAX)) IZ(MAX) = 1 BE1(MIN)L IN(MAX) R V - V - V ( I ) Considerando a tensão de entrada mínima VIN(MIN) = VL + VBE1(MAX) + R1.(IZ(MIN) + IB1(MAX)) IZ(MIN) + IB(MAX) = 1 BE1(MAX)L IN(MIN) R V - V - V mas, IB(MAX) = )MIN(1 L(MAX)I β IL(MAX) ≈ IC(MAX) temos então: 1 BE1(MAX)LIN(MIN) )MIN(1 L(MAX) Z(MIN) R V - V - V I I = β + ( II ) dividindo ( I ) e ( II ) BE1(MAX)LIN(MIN) BE1(MIN)LIN(MAX) )MIN(1 L(MAX) Z(MIN) Z(MAX) V - V - V V - V - V I I I = β + IZ(MAX) = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ )MIN(1 L(MAX) Z(MIN) BE1(MAX)L IN(MIN) BE1(MIN)LIN(MAX) I I . V - V - V V - V - V ( III ) Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 56 Cálculo de R1 R1 > Z(MAX) BE1(MIN)L IN(MAX) I V - V - V R1 < )MIN(1 L(MAX) Z(MIN) BE1(MAX)LIN(MIN) I I V - V - V β + A potência desenvolvida em R1 no pior caso é dada por: VR1 = VIN(MAX) - (VL + VBE1(MIN)) PR1 = [ ] (adotado) R )V (V - (V 1 2 BE(MIN)L IN(MAX) + Cálculo de R2 Adota-se uma regra prática, onde: IR2 = 0,1.IC2 Quando IC2 = IZ(MIN) R2 < Z(MIN) BE2(MAX)ZL 0,1.I V - V - V Quando IC2 = IZ(MAX) R2 > Z(MAX) BE2(MIN)ZL 0,1.I V - V - V IZ(MAX) = (adotado)R V - V - V 1 BE1(MIN)L IN(MAX) IZ(MIN) = B1(MAX) 1 BE1(MAX)LIN(MIN) I - (adotado)R V - V - V IB1(MAX) = )MIN(1 L(MAX)I β Cálculo de potência dissipada em R2 VR2 = VL - VZ - VBE2(MIN) PR2 = (adotado) R )V - V - (V 2 2 BE2(MIN)ZL Cálculo de R3 VR3 = VL . ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 23 3 R R R VR3.(R3 + R2) = VL.R3 VR3.R2 + VR3.R3 = VL.R3 VR3.R2 = VL.R3 - VR3.R3 VR3.R2 = R3.(VL - VR3) R3 = R3L 2R3 V - V R . V (R2 adotado no cálculo anterior) Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 57 Cálculo de potência em R3 Em R3 temos: VR3 = VZ + VBE2(MAX) PR3 = (adotado)R )V (V 3 2 BE2(MAX)Z + PROJETO Projetar uma fonte regulada com amplificador de erro, usando dois transistores e um diodo zener de referência, que obedeça as características: VIN = 25V ± 10% IL(MAX) = 800mA Tensão na carga (VL) = 12V Teremos: VIN(MAX) = 25 + 2,5 = 27,5V VIN(MIN) = 25 - 2,5 = 22,5V Escolha de T1: O transistor T1 deverá ter as seguintes características: IC(MAX) > IL(MAX) = 0,8A VCEO > VIN(MAX) - VL = 27,5 - 12 = 15,5V PC(MAX) > (VIN(MAX) - VL).IL(MAX) = (27,5V - 12V).800mA = 12,4W O transistor escolhido foi o BD233 que tem os seguintes parâmetros: VCEO = 45V IC(MAX) = 2A PC(MAX) = 25W β(MIN) = 40 β(MAX) = 250 Escolha do diodo zener: Podemos escolher uma tensão de referência. Adotamos como tensão de referência para nosso projeto VZ aproximadamente 0,5VL. No entanto, outro valor pode ser escolhido. Para este projeto, optou-se pelo diodo zener BZX87-C5V1, que tem os parâmetros: IZ(MIN) = 50mA VZ = 5,1V PZ(MAX) = 1,3W Devemos verificar se o zener escolhido é adequado ao projeto: IZ(MAX) = 255mA 5,1V 1,3W V P Z Z(MAX) == IZ(MAX) = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ β +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ )MIN(1 L(MAX) Z(MIN) BE1(MAX)L IN(MIN) BE1(MIN)LIN(MAX) I I . V - V - V V - V - V Adotando para este projeto VBE1(MIN) = 0,6V e para VBE1(MAX) = 0,7V Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________ Configuração Darlington Se β1 = β2 = 100, teremos: IC1 = IE1 e IC2 = IE2 O ganho total (βT) será dado por: β1 . β2 = 100 Assim, IC2 = βT . IB1 A tensão entre base e emissor é dada por: VB Por se tratar da configuração emissor comum impedância de entrada e valor bastante b relação a um transistor comum. A config encontrada em um único invólucro, como po BD263, com polaridades pnp e npn respectiva PROJETO DE UM REGULADOR DARLINGTON Reprojetar o regulador série da página 3 proceder uma análise do projeto comparand conclusões. Características do regulador: Tensão de saída (VL): 6V Corrente de saída máxima (IL(MAX)): 1,5A Tensão de entrada (VIN): 12V ± 10% Para este projeto foi escolhido o transistor BD Curso Técnico em eletrônA configuração Darlington consiste na ligação entre dois transistores na configuração seguidor de emissor, ligados em cascata, conforme ilustra a figura ao lado, proporcionando em relação a um único transistor um ganho de corrente bastante elevado. O ganho total de tensão é aproximadamente igual a 1. ________________________ 60 .100 = 10.000 E = VBE1 + VBE2 , assume valor bastante elevado de aixo de impedância de saída, em uração Darlington normalmente é r exemplo os transistores BD262 e mente. SÉRIE COM TRANSISTOR 4, utilizando transistor Darlington; o-o ao projeto anterior e apresentar 263, cujas características são: ica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 61 VCBO = 80V IC(MAX) = 4A PC(MAX) = 36W β(MIN) = 500 β(MAX) = 1.000 Neste caso, VBE é maior. Vamos considerar para este projeto, VBE = 1,4V Desta forma, o diodo zener deverá ter uma tensão: 6V + 1,4V = 7,4V. O valor comercial mais próximo é de 7,5V. O diodo zener escolhido foi oBZX75C7V5, cujas características são: VZ = 7,5V PZ(MAX) = 400mW IZ(MIN) = 10mA IZ(MAX) = 53,33mA 7,5V 0,4W = Verificando a escolha do transistor: PC(MAX) = (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX) IC(MAX) = IE(MAX) - IB(MAX) IE(MAX) = IL(MAX) IC(MAX) = IL(MAX) - IB(MAX) IB(MAX) = )MIN( C(MAX)I β logo: IC(MAX) = IL(MAX) - )MIN( C(MAX)I β IC(MAX) = )MIN( L(MAX) 1 1 I β+ = 1,497A 1,002 1,5 0,002 1 1,5 500 1 1 1,5 == + = + PC(MAX) = (13,2V - 6V) . 1,497A = 10,78W O transistor escolhido poderá ser utilizado, no entanto, é aconselhável a utilização de um dissipador de calor para evitar o sobreaquecimento do transistor. Verificando a escolha do zener: IZ(MAX) = ( )B(MAX) Z(MIN) ZIN(MIN) Z IN(MAX) I I . V - V V -V +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ IB(MAX) = 2,994mA 500 1,497A I )MIN( C(MAX) == β IZ(MAX) = ( )2,994mA 10mA . 7,5V - 10,8V 7,5V - 13,2V +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 62 IZ(MAX) = 22,44mA 12,994mA . 3,3V 5,7V = Como PZ(MAX) teórico = 53,33mA e IZ(MAX) = 22,44mA o diodo zener escolhido pode ser utilizado. Cálculo de R: Para a máxima de tensão de entrada: VIN(MAX) = 13,2V VIN(MAX) = R.(IB(MIN) + IZ(MAX)) + VZ Na pior condição: RL = ∞ IB(MIN) = 0 VIN(MAX) = (R . IZ(MAX)) + VZ R = Ω=== 106,88 53,33mA 5,7V mA33,53 7,5V - 13,2V I V - V )MAX(Z ZIN(MAX) Para a mínima tensão de entrada: VIN(MIN) = 10,8V R = Ω== + = + 253,96 12,994mA 3,3V 10mA 2,994mA 7,5V -10,8V I I V - V Z(MIN)B(MAX) ZIN(MIN) Portanto R deverá ser maior do que 106,88Ω e menor do que 253,96Ω. Adotaremos o valor comercial mais próximo a partir de uma média aritmética dos dois valores, que neste caso é 180Ω. Potência dissipada pelo resistor: P = R E2 P = R )V(V 2Z - IN(MAX) = 180,5mW 180 (5,7V) 180 7,5V) - (13,2V 22 == Podemos adotar um valor comercial mais próximo: 250mW (1/4W). Comparações: Parâmetros Projeto com transistor comum Projeto com transistor Darlington R1 91Ω 180Ω PR1 508mW 180,5mW IC(MAX) 1,46A 1,497A PC(MAX) 10,5W 10,78W IZ(MAX) teórico 73,53mA 53,33mA IZ(MAX) prático 71,2mA 22,44mA VZ 6,8V 7,5V IB(MAX) 36,5mA 2,994mA Dos parâmetros acima apresentados, a conclusão mais importante é que com o Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 65 Esta é capacitância necessária para um acoplamento quase ideal .Na pratica poderíamos usar 10µF , o valor padrão seguinte mais alto , garantindo um acoplamento estabilizados para todas freqüências acima de 20Hz Capacitores de Desacoplamento Um capacitor de desacoplamento é semelhante a um de acoplamento , exceto que ele acopla um ponto desaterrado à um ponto aterrado . A reatância apresentada deve ser um décimo da resistência total do circuito não considerando o resistência de carga. O capacitor se comporta como um curto para o sinal ca colocando o emissor em potencial terra , quando se refere ao sinal ca , o capacitor não perturba à tensão cc ,pois se apresenta como uma chave aberta. Para se manter a notação cc diferente da notação ca é de uso comum empregar letras maiúsculas para cc e minúsculas para ca . CC IE - IC - IB - para correntes em cc . VE - VC - VB - para tensões cc ao terra . VBE - VCE - VCB - para tensões entre terminais . CA ic - ie - ib - para correntes em ca ve - vc - vb - para tensões ca ao terra. Vbe - vce - vbe - para tensões ca entre terminais . Também é comum usar o sinal negativo para indicar dois sinais senoidais que estão defasados de 180º Exemplo: V saída = -V ent. Resistência CA do Emissor. A fig. Acima mostra a curva do diodo relacionando IE e VBE , na ausência de um sinal ca , o transistor funciona no ponto Q. Quando um sinal ca aciona o transistor entretanto a corrente e a tensão do emissor variam . Se o sinal for pequeno , o ponto de operação oscilará senoidalmente de Q , ou seja um pico positivo no ponto A e um negativo no B e de volta ao Q , assim o ciclo se repete. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 66 Se o sinal for pequeno os pontos A e B serão próximos de Q , e a operação será linear , ou seja o arco de A e B é praticamente uma linha reta .Por isso as variações de tensão e corrente são proporcionais .No que se refere a ca , o diodo aparece como se fosse uma resistência dada por : IE vbee'r = Exemplo: se vbe= 10 mv e ie=0.4 mA , então: Ω25 4.0 10e'r 3 3 == − − Neste caso o diodo base emissor é substituído pela resistência ca do emissor. Como r’e é a razão entre a variação de vbe e de ie , o seu valor depende do ponto Q. quando mais alto na curva estiver o ponto Q menor se torna r’e , porque a mesma variação na tensão base - emissor produz uma variação maior na corrente do emissor. Torna se viável usar para vbe em ca uma tensão constante de 25 mv originando que : IE mV25e'r = Exemplo : se o ponto Q tiver IE=1 mA , temos : Ω25 001.0 025.0e'r == Ou para o ponto Q mais alto com IE= 5mA. Ω5 005.0 025.0e'r == OBS: r’e é uma quantidade ca cujo valor depende de uma quantidade cc ( IE ) , isto quer dizer que o ponto Q determina o valor de r’e. Beta CA Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 67 A figura mostra um gráfico típico de IC versus IB . βcc é razão entre IC e IB . Como o gráfico não é linear ,βcc depende da localização do ponto Q. O beta ca ,é uma quantidade de pequeno sinal que depende da localização do ponto Q. O beta ca é definido da seguinte forma: ib ic =β Graficamente , o beta é a inclinação da curva no ponto Q . Por esta razão , ele tem valores diferentes em diferentes posições de Q. Amplificador em Emissor Comum. A fig. abaixo mostra um amplificador EC . Como o emissor é derivado para o terra também é chamado de amplificador com emissor aterrado, isto significa que o emissor esta ligado ao terra ca , não ao terra cc .A aplicação de pequena onda senoidal à base , produz variações na corrente de base . Por causa do beta a corrente do coletor é uma onda senoidal amplificada de mesma freqüência . Esta corrente senoidal do coletor flui através da resistência de coletor e produz uma tensão de saída amplificada. Devido a flutuação ca na corrente de coletor , a tensão de saída oscila senoidalmente acima e abaixo da tensão quiescente .Durante o semi-ciclo positivo da tensão de entrada , a corrente de base aumenta , fazendo crescer a corrente de coletor . Isto produz uma queda de tensão maior através da resistência de coletor , portanto a tensão de coletor diminui originando o primeiro semi-ciclo negativo na saída .Reciprocamente ,no semi-ciclo negativo da tensão de entrada , flui uma corrente menor no coletor , e a queda tensão no resistor de coletor diminui , por esta razão a tensão do coletor ao terra aumenta , originando o semi-ciclo positivo na saída .Com isso a tensão de saída esta defasada de180º da tensão de entrada. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 70 Impedância de Entrada fonte ca que aciona um amplificador , tem que fornecer a corrente alternada ao anto menos corrente o amplificador consome da de entrada de um amplificador determina a A amplificador . Geralmente qu fonte melhor .A impedância quantidade de corrente que será retirado da fonte ca. Na faixa de freqüência normal de um amplificador onde os capacitores de acoplamento e desacoplamento se comportam como curto em ca e todas outras reatâncias são desprezíveis , a impedância ca de entrada é definida assim : ent ent ent i V Z = Olhando para um amplificador de emissor aterrado , a fonte ca vê os resistores de polarização em paralelo com o diodo emissor .A corrente convencional (i1) passa or R1 , ( i2 ) passa por R2 e Ib pela base . A impedância que olha diretamente s diz que : omo ie = ic e ic= β ib , esta equação torna-se : p para a base é simbolizada por Z ent( base) , e é dada por : A b ent )base(ent i V Z = lei de ohm no e'r.iV = eent C Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 71 e'r.i.V β= Simplificando sta impedância de entrada olha somente para a base do transistor , ela não al a r’e ? mente para a base incluindo os resistores de polarização será : fonte ca vê o circuito paralelo formado por R1,R2 e β r’e . pedância de Saída nteressante no lado da saída do amplificador . Vamos impedância thevenim é a associação paralela de RC e da impedância interna xemplo: calcule VB,IE,VC, r’e , Av .Zent(base) ,Zent e Vsaída do circuito abaixo E inclui os efeitos dos resistores de polarização . Então a impedância de entrada que olha para a base de um amplificador com o emissor aterrado é igual ao ganho de corrente ca vezes a resistência ca do emissor . Porque a impedância de entrada de base não é igu A fonte ca olha para base e tem que fornecer corrente so Dentro do transistor , a corrente do coletor soma-se com a corrente de base , produzindo a corrente de emissor através de r’e . Pelo fato da corrente de base ser β vezes menor que a corrente de emissor , a impedância de entrada de base é β vezes maior do que r’e . A impedância total de entrada A Im Façamos agora uma coisa i theveniza-lo , a tensão thevenim que aparece na saída é: A da fonte de corrente do coletor , que se pode considerar ideal , portanto ela tem uma impedância interna infinita . Assim a impedância thevenim é: bent e'r. i e'r.i. b b )base(ent β β == e'r.//2R//1Rent β= entsaída V.A= Rcsaída = Z Z V Z E Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 72 No circuito acima aparece duas coisas novas , a fonte ca tem uma impedância de 1kΩ. Portanto parte do sinal da fonte sofre uma queda através desta resistência antes de alcançar a base . Do lado da saída o capacitor acopla o sinal ca à uma resistência de carga de 1.5kΩ. Isto poderia produzir algum efeito na carga , coma resultado , esperamos que o sinal de saída seja mais baixo . Calculando VB. VB = R1 / R1+R2 x Vcc = 2200 / 12200 x 10 = 1.8V. Calculo de IE = VE / RE C = VCC - VRC RC = 1.1-3 3.6+3 = 3.6V . l de entrada ca e a corrente cc do emissor temos : são v = RC / r’e = 3600 / 22.7 =-159 se) alculo de Z . \ β r’e = 10+3 \\ 2.2+3 \\ 3.4+3 = 1.18kΩ ia de entrada o circuito inicial pode ser IE VE : será igual a tensão de base menos o VBE típico do transistor assim: VE = VB - VBE = 1.8 - 0.7 = 1.1 V IE = 1.1/1000 = 1.1mA Calculo de VC ( usando a lei de Kirchhoff ) V Onde : VRC = IC VC = 10 - 3.6 = 6.04V Calculo de r’e Usando o sina r’e = 25-3 / 1.1-3 = 22.7Ω Calculo do ganho de ten A Calculo da Zent (ba Zent(base) = β r’e = 150. 22.7 = 3.4kΩ C ent Zent = R1 \\ R2 \ Depois de conhecermos a impedânc representado da seguinte forma: Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 75 Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 76 Amplificador de Potência Classe A e B Todo amplificador vê duas cargas, uma carga CC e outra CA . Por isso Todo amplificador possui duas linhas de carga. O amplificador abaixo fig. A tem seu eqüivalente CC na fig. B. Assim podemos deduzir a linha de carga da fig. C . Quando o sinal aciona o transistor os capacitores aparecem como curto e as resistências da fonte e da carga vista pelo transistor são diferentes rB = RS // R1 // R2 E a resistência de carga vista pelo coletor é: rC= RC // RL A fig. D mostra o circuito equivalente C.A , quando nenhum sinal estiver presente, o transistor funciona no ponto Q . Quando houver presença de sinal , o ponto de funcionamento oscila ao longo da linha de carga C.A e não pela linha de carga CC. Por convenção chama se de ICG a corrente Quiescente do coletor e de VCEQ a tensão Quiescente ao coletor-emissor. Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 77 Saturação e Corte C. A Os pontos de saturação e de corte na linha de carga C .A são deferentes dos pontos da linha de carga CC , fig. C . Observando a fig.D , podemos somar as tensões C A ao longo da malha de coletor para obter: Assim: 0r.iv ccce =+ Compliance CA de Saída A linha de carga CA consiste num recurso visual para melhor compreensão do funcionamento em grandes sinais , durante o semiciclo positivo da tensão da fonte. A tensão de coletor oscila do ponto Q até a saturação . No semiciclo negativo , a tensão de coletor oscila do ponto Q até o corte. Para um sinal CA suficientemente grande , o ceifamento pode ocorrer mun ou nos dois picos do sinal . A compliance CA de saída é a tensão CA máxima de pico a pico não ceifada que um amplificador pode produzir. A compliance CA de saída é simbolizada por PP , uma notação que lembra esse valor a tensão máxima não ceifada de pico a pico. Assim Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 80 Na figura B o projetista determina os resistores de polarização para situarem o ponto Q no corte . Isto polariza o diodo emissor de cada transistor entre 0.6 e 0.7V. Pelo fato dos resistores de polarização serem iguais , cada diodo emissor é polarizado com a mesma tensão. Resultando que a metade da tensão de alimentação fique sobre cada transistor. Formulas para Analise CA. Linha de carga CA 2 vccvceQ = e'r v iIc ceQcQsat += e'r.ivVce cQceQcorte += No circuito push-pull L sat R2 vccic = 2 vccVcecorte = Ganho de tensão com carga. e'rR RA L L v + = Impedância de entrada com carga. )e'rR.(Z L)base(ent +≅ β Impedância de saída β e're'rZsaída +≅ Ganho de Potência IVP A.AA = Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 81 Polarização de um Amplificador classe B Situar o ponto que próximo do corte , não é tarefa fácil, para isso usa se alguns circuitos de polarização, sendo o mais usado , a polarização por diodos. A idéia é de usar diodos compensadores para fornecer a tensão de polarização aos diodos emissores. Para que isso funcione, as curvas dos diodos devem se casar com as curvas de VBE dos transistores. Espelho de Corrente A corrente de base é muito menor do que a corrente através do resistor e do diodo. Por esta razão , as correntes dos resistores e dos diodos são aproximadamente iguais .Como a corrente do coletor é praticamente igual a corrente do emissor. IRIC ≅ Este resultado é muito importante , quer dizer que podemos estabelecer IC controlando IR . A polarização por diodo , de um seguidor de emissor push-pull classe B , conta com dois espelhos de corrente. A metade superior é um espelho de corrente NPN e a metade inferior é um espelho de corrente PNP. O exemplo abaixo representa um circuito completo de amplificador sendo : ♦ Amplificador de pequenos sinais ( Q1) ♦ Amplificador classe A para grandes sinais ( Q2) ♦ Amplificador classe B tipo PUSH-PULL ( Q3 e Q4) Curso Técnico em eletrônica - Módulo II Fundamentos de Eletrônica I ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Curso Técnico em eletrônica - Módulo II 82