Apostila de transistor

Apostila de transistor

(Parte 4 de 6)

Solução:

A primeira impressão é de que realmente o led 2 terá sua luminosidade diminuída, pois em comparação ao led 1 necessita de mais tensão em seus terminais.

No entanto como os leds estão sendo acionados por uma fonte de corrente tal não acontecerá, conforme será mostrado nos cálculos a seguir:

Fixando a corrente de emissor:

Se ambos os leds necessitam de 15mA para o brilho ideal então basta fixar a corrente de emissor em 15mA, dimensionando o valor de RE.

RE = (onde VBB - VBE = VRE)

Adotaremos então RE = 150

Para o led 1: VCE = 6 - Vled - VRE = 6 - 1,5 - 2,3 = 2,2V

Para o led 2: VCE = 6 - Vled - VRE = 6 - 2,5 - 2,3 = 1,2V

Desta forma, a luminosidade do led 2 não será diminuída.

A figura a seguir mostra que a corrente nos leds permanece constante, embora as tensões sejam diferentes.

Reta de carga de L-1

1º ponto:

IC =

2º ponto:

VCE = VCC - Vled = 6 - 1,5 = 4,5V

Reta de carga de L-2

1º ponto:

IC =

2º ponto:

VCE = VCC - Vled = 6 - 2,5 = 3,5V

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

então:

VIN = R(IZ + IB) + VZ

Para VIN mínima temos: VIN(MIN) = R(IZ(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(IZ(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

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) =

  • Tensão de entrada mínima:

VIN(MIN) = (IB(MAX) + IZ(MIN)).R + VZ ( II )

De ( I ) tiramos: IZ(MAX) = ( III)

De ( II ) tiramos: IZ(MIN) + IB(MAX) = ( IV )

Dividindo ( III ) e ( IV ) temos:

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 obdecer 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 < 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) = logo: IC(MAX) = IL(MAX) -

IC(MAX) = =

PC(MAX) = (13,2V - 6V) . 1,46A = 10,5W

O transistor escolhido atenderá as necessidades do projeto quanto a dissipação de potência, por estar abaixo da potência máxima especificada pelo fabricante. Torna-se necessário entretanto o uso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor.

Escolha do diodo zener:

Levando-se em conta que VL = VZ - VBE e que VBE  0,7V, se adotarmos um diodo zener com tensão nominal de 6V, então na carga teremos 5,3V. O ideal então é adotar um diodo zener com 6,7V, porém este valor não é comercial. O valor comercial mais próximo encontrado é o BYXC6V8, que tem uma tensão nominal de 6,8V e PZ(MAX) igual a 500mW com IZ(MIN) = 8mA.

PZ(MAX) =

Teremos então na carga 6,1V, valor este, perfeitamente aceitável.

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

IZ(MAX) =

IB(MAX) =

IZ(MAX) =

IZ(MAX) =

Como PZ(MAX) teórico = 73,53mA e IZ(MAX) = 71,2mA 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 =

Para a mínima tensão de entrada: VIN(MIN) = 10,8V

R =

Portanto R deverá ser maior do que 87,04 e menor do que 89,89. Adotaremos o valor comercial mais próximo: 91

Potência dissipada pelo resistor:

P = P = =

Podemos adotar um valor comercial mais próximo: 1W

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 parmanecer 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

( I )

  • Tensão de entrada mínima:

VIN(MIN) = R1.(IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + VZ + VBE

( II )

Dividindo ( I ) e ( II ), temos:

Isolando IZ(MAX):

IZ(MAX) = ( 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) =

portanto: IR2 = IZ(MIN) - ( 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:

IC(MAX) = (MIN) . (IZ(MAX) - IR2 ( V )

Substituindo ( V ) em ( III ), temos:

IZ(MAX) = . (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) - (MIN).(IZ(MAX) - IR2

IZ(MAX) =

Escolha do transistor:

Deverão ser observados os parâmetros:

VCEO 8 > (VZ + VBE)

IC(MAX) > IL(MAX)

PC(MAX) > (VZ + VBE) . IC(MAX)

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