eletrônica aplicada - elt 10 polariza??o do transistor bipolar

eletrônica aplicada - elt 10 polariza??o do transistor bipolar

(Parte 1 de 2)

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ELIÉSIO 1

ESCOLA TÉCNICAREZENDE-RAMMEL
NOMETURMA _ ANO _

Os transistores para que funcionem com amplificadores necessitam de uma polarização que determine o ponto de trabalho ou ponto quiescente.

Malha de entrada VCCVRBVBE−−=0 VRBIBRB=

Malha de saída VCCVRCVCE−−=0 VRCICRC=

Este é o pior método para polarizar um transistor para que ele funcione linearmente, pois o ponto Q é instável, ficando o circuito muito dependente do β e da temperatura.

Exemplo: Determine o valor de RC e RB no circuito de polarização de base apresentado utilizando os seguintes dados:

Malha de saída

Malha de entrada

IBIC=βIBA=×−1010100

VCC=10V VCE=5V IC=10 mA

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ELIÉSIO 2

Malha de saída VCCVRCVCEVRE−−−=0

Malha de entrada VCCVRBVBEVRE−−−=0 VRBIBRB=

IBIC=βIC

IEIC≅ Esta polarização dá ao circuito uma estabilização térmica, porém, permanece dependente de β.

Exemplo: Determine o valor de RC, RB e RE no circuito com polarização com realimentação pelo emissor apresentado utilizando os seguintes dados:

Malha de saída

VRCICRC=VREIERE= COMOICIE= ÆVREICRE=

VCCVRCVCEVRE=++ VCC ICRC VCE ICRE VCC VCE ICRE ICRE= + + → − = +10

9090,ΩRCRE==×=1010909090909,,ΩΩ

VmA == 5 5 Malha de entrada

=COMO IB

RB VRBIB IC mA

VVC= 10V VCE= 5V IC = 5mA β = 100 RC=10RE

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ELIÉSIO 3

Malha de saída VCCVRCVCE−−=0 VRCICIBRC=+() como ICIB>> VRCICRC≅

Malha de entrada VCC IC IB RC IBRB VBE− + − − =() 0

A polarização com realimentação do coletor é um pouco mais eficiente do que a polarização com realimentação do emissor, porém o circuito ainda fica sensível a variações de β.

Uma metodologia prática para esta polarização é no momento do projeto fazer RBRC=β

Exemplo: Determinar o valor de RC e RB no circuito de polarização por realimentação de coletor utilizando os seguintes dados:

VRCIC V mA

Malha de entrada RB RC K K== × =β 100 1 100Ω Ω

Malha de entradaÎ Divisor resistivo na base

VCC=10V VCE=5V VBE=0,7V IC=5mA

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ELIÉSIO 4

DIVISOR DE TENSÃO ESTABILIZADO VBIBRBVBEIERE−−−=0

Como ICIE≅, teremos IBIE≅β

Se REfor 100 vezes maior do que RB β este termo pode ser desprezada e a equação ficará

Quando RB<0,01βRE o circuito ficará estabilizado mesmo usando β mínimo do transistor.

Malha de saída

VCCVRCVCEVRE−−−=0 VRCICRC= IEIC= VREICRE=

VEVCC=01,Esta regra pode ser usada para outros circuitos.

Neste tipo de polarização são usadas certas regras práticas para projetos que farão o ponto Q estável.

VCEVCC=05,Desta forma o ponto ficará no meio da reta de carga.
RRE2001<,.βPara um divisor de tensão estabilizado.

Exemplo: Determine o valor de RC, RE, R1 e R2 no circuito de polarização com divisor resistivo na base utilizando os seguintes dados: Malha de entrada

VCCVRCVCEVRE=++COMO VREVCCVV==×=0101101,,
REVREIE=COMO IEICmA==5 RBVmA==15200Ω
R1=

VCC=10V VCE=5V IC=5mA

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ELIÉSIO 5

Um componente em curto é equivalente a uma resistência zero, enquanto que um componente aberto é equivalente a uma resistência infinita.

Quando analisamos um transistor bipolar a resistência entre base-coletor e base-emissor pode estar em curto ou aberta. ANALISANDO O CIRCUITO ABAIXO TEREMOS;

VBE ± 0,7V Æ funcionandoVCE ± 0,5VCC Æ funcionando
VBE << 0,7V Æ corteVCE << 0,5VCC Æcorte
VBE >> 0,7V Æ saturadoVCE >> 0,5VCC Æ saturado

Os transistores são normalmente utilizados como elemento de amplificação de corrente ou tensão, como elemento isolador de estágios, como elemento casador de impedância, como elemento chaveador, etc.

Devido as tolerância de fabricação, o ganho de um determinado tipo de transistor pode variar dentro de uma faixa de 3:1 quando é trocado por outro de mesmo tipo. Nas folhas de dados dos fabricantes de transistores bipolares podemos observar que são fornecidos os valores de hFE mínimo e hFE máximo par uma determinada corrente de coletor. Se forem montados circuitos iguais com o mesmo tipo de transistor poderemos notar uma variação no ganho dos transistores numa proporção de 3:1, provocando uma variação muito grande no resultado final.

Outros fatores que afetam o ganho dos transistores bipolares são a corrente de coletor e a temperatura de funcionamento da junção.

GANHO DE CORRENTE DE UM TRANSISTOR BIPOLAR hFE

125º C
10025º C
50−55º C
10IC(ma)

0.1 1.0 10 1 200

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ELIÉSIO 6

Exemplo; Para o transistor didático apresentado qual o ganho de corrente na temperatura de 25ºC para as correntes de coletor de 0.1, 1, 10 e 100 mA?

Analisando o gráfico podemos notar que: 0,1 mA=50 1 mA = 90 10 mA = 105 100 mA = 60

Para uma análise gráfica do transistor bipolar é utilizado o processo da reta de carga, que é formada por uma linha que corta as curvas características de coletor, para mostrar cada um dos possíveis pontos de operação de um transistor. Ao definir a reta de carga, são marcados dois pontos de máxima:

PONTO DE CORRENTE MÁXIMA Î(VCE=0)

É definido pelo valor de saturação do circuito. A reta intercepta a região de saturação das curvas do transistor. Na saturação a tensão entre coletor e emissor é muito pequena, ± 0,3Volts, que na prática é considerado zero volt. No exemplo teremos para corrente de coletor de saturação:

FAZENDO VCE=0 Î ICsat

VCC VCERC v k

PONTO DE TENSÃO MÁXIMA Î(IC=0)

É definido pelo valor de tensão de corte do circuito. A reta intercepta a região de corte das curvas características do transistor. No corte a corrente de coletor é muito pequena (ICBO) e na prática é considerado zero.

No exemplo teremos para tensão de corte: FAZENDO IC=0 Î VCEcorteVCCV==15

5 •
4
3
2
1
0• VCE
05 10 15 20

IC(mA)

O ponto quiescente define o ponto de operação do circuito. Ë o ponto sobre a reta de carga onde estará fixada a polarização estática do circuito.

Então polarizar u circuito é fixá-lo num ponto de operação em corrente contínua, dentro das suas curvas características.

ICSATURAÇÃO para VCE=0

VCECORTE como IC=0

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ELIÉSIO 7

Para que o ponto Q possa ser encontrado graficamente é necessário trabalhar com as curvas características do transistor. Estas curvas são fornecidas pelo fabricante ou traçadas através de equipamentos traçadores de curvas características

Obtemos a corrente de saturação e a tensão de corte definindo os dois pontos de máximos conforme já verificado. PrimeiroÆ Visualize um curto entre os terminais de coletor e emissor. Então, toda a tensão de alimentação do coletor aparece no resistor do coletor, o que significa que a corrente saturação de coletor é de 5mA. SegundoÆ Visualize os terminais entre coletor e emissor aberto. Não há corrente e toda a tensão de alimentação aparece nos terminais coletor-emissor, o que significa que a tensão de corte é de 15V. Unindo o ponto da corrente de saturação com ao ponto da tensão de corte, teremos a reta de carga do circuito.

Considerando o valor de VBE=0,7V (processo prático que irá provocar um erro considerado desprezível) podemos calcular o valor da corrente de base no ponto quiescente (sem sinal aplicado)

Sabendo que a corrente injetada na base é de 30µA podemos graficamente plotar o ponto em esta curva toca a reta de carga. Assim traçando uma perpendicular ao eixo das corrente passando pelo ponto encontramos a tensão de coletor quiescente (VCEQ) Traçando uma perpendicular ao eixo das tensões passando pelo ponto encontramos a corrente de coletor quiescente (ICQ).

IC(mA) 5

30µA 3

012 15 VCE(V)
BC548BD135 BF495
Por exemplo, para um β=100Como temos IBQ=30µA

Para que o ponto quiescente possa ser calculado matematicamente torna-se necessário que alguns dados sobre o transistor seja fornecido. Como β do transistor, corrente de coletor, tensão de coletor, etc.

• O valor da corrente de coletor quiescente será: ICQ IBQ A mA=× = × =β µ30 100 3

Como VRCICRCmAKV=×=×=313

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ELIÉSIO 8

Exemplo 1: No circuito abaixo monte a reta de carga e determine os pontos quiescentes para os valores de β=100 e β=300.

Corrente de saturação VCE=0

IC=0VCCVCE= VCEV=15

Tensão de corte β=100

IC(mA)

Exemplo 2: No circuito abaixo determine a reta de carga e os pontos quiescentes para β=300 e β=100.

Corrente de saturação VCE=0

Tensão de corte

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ELIÉSIO 9

IC(mA)

Exemplo 3: No circuito abaixo desenhe a linha de carga e defina o ponto Q.

Corrente de saturação VCE=0

Tensão de corte IC=0

VCEVCCV==30 Tensão de base

Corrente de emissor

IC(mA)

4,2• Q
VCE(V))
14,2530

Quando um transistor é polarizado deve ser tomado certo cuidado:

Evitar a região de corrente pequena, perto do corte do transistor, onde a corrente de fuga (ICBO) torna-se importante.

Evitar a região de saturação onde será reproduzido um sinal com distorção. Evitar a região de dissipação máxima onde o transistor será danificado.

VrCEO(VCEMAX)

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ELIÉSIO 10

Quando o transistor possui a tensão de base fixada (VB constante) como o VBE é praticamente constante fatalmente teremos uma corrente de emissor constante.

CORRENTE DE EMISSOR VBBVBEIERE−−=0

Como VBB, VBE e RE são praticamente constante IE é constante.

Como IC≅IE podemos mudar o resistor de coletor sem alterar a corrente de coletor.

Projetos deste tipo são feitos quando se pretende uma fonte de corrente fixa. É definido um valor de RE que irá determinar o valor da corrente de emissor e assim, a corrente de coletor. Isso é usado em muitas aplicações porque o circuito é relativamente imune às variações de β (ganho de corrente na configuração emissor comum). Notamos que quanto maior o valor de RE mais estável será a corrente do coletor.

Trabalhando nas regiões de corte e saturação, o transistor comparta-se como uma chave eletrônica, isto é, chave aberta quando está cortado e chave fechada quando está saturado.

TRANSISTOR CORTADOTRANSISTOR SATURADO
CHAVE ABERTACHAVE FECHADA

Os circuitos de chaveamento são geralmente projetados para operar na região de saturação e de corte. Assim, teremos na saída uma tensão alta, no corte. E uma tensão baixa, na saturação. Para este tipo de operação não é importante a variação do ponto Q, pois o transistor estará no corte ou na saturação independente do ganho.

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ELIÉSIO 1

Se a chave estiver aberta, a corrente de base cai a zero. Fazendo com que a corrente de coletor seja zero

(IC=βIB). Sem corrente no resistor de coletor a queda de tensão é zero (VRC= IC x RC), então toda tensão de alimentação aparece entre a junção coletor-emissor do transistor, logo a tensão de saída será de 5 volts. Se a chave estiver fechada é injetada na base uma corrente IBVVBERB=− , no exemplo teremos:

Esta corrente injetada na base leva o transistor para a saturação, fazendo um VCE de saturação próximo a zero

(VCE saturação ± 0,3V) provocando uma corrente de saturação, ICsatVCC RC=, no exemplo teremos:

ICsatVKmA==551Ω Observamos que na saída teremos dois níveis definidos de tensão 0 e 5V.

Exemplo: 1ÎQual a tensão entre coletor e o terra (VC)?

Como a tensão na base é de 5V e a tensão VBE=0,7V, teremos:

Esta tensão é aplicada no resistor de emissor que é de 1kΩ. Logo:

(IC=IE). Quando esta corrente passa através RC=2KΩ, no coletor, produz uma queda de tensão de:

Na nomenclatura de tensão quando for especificado um só ponto (VC, VE ) a tensão deverá ser medida em relação ao terra. Quando for especificado dois pontos (VCE), a tensão deverá ser medida entre coletor e emissor.

Quando estiver sendo feito uma verificação de defeito em circuitos transistorizados, as tensões entre coletor e terra

(VC) e emissor e terra (VE), deve ser feita e não a tensão entre coletor e emissor (VCE), para evitar colocar em curto o transistor.

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ELIÉSIO 12

Os circuitos de polarização da base estabelecem um valor fixo para a corrente de base, enquanto os circuito de polarização do emissor estabelecem um valor fixo para a corrente do emissor.

Com a chave aberta a corrente de base é zero, o que significa que o transistor está no corte e não teremos corrente no LED que ficará no estado apagado.

Quando a chave fecha o transistor vai para a saturação e a tensão entre coletor-emissor é praticamente zero. Admitindo-se uma tensão no LED de 2 volts a corrente do coletor e logicamente a corrente do LED será ILED VCC VLEDRC = −

Como os LEDs comuns têm como característica VLED de 1,5V a 2,5V e ILED de 10mA a 50mA este circuito funcionará perfeitamente sendo necessário um transistor bipolar com uma corrente de coletor maior que 13mA. Se for necessário uma maior intensidade luminosa torna-se necessário aumentar a tensão ou reduzir o resistor.

Com a chave aberta verificaremos que a corrente de base é zero e o transistor está no corte. Quando a chave é fechada a polarização do transistor faz com que ela vá para a saturação. Neste caso teremos uma corrente de emissor fixa (fonte de corrente constante) que torna o circuito independente da tensão do LED. Isto é uma vantagem do projeto com polarização de emissor sobre o projeto com polarização de base. A corrente no LED independe da queda de tensão no LED.

no coletor que será igual a corrente no LED

Idealmente teremos uma corrente no emissor igual a corrente

Para mudar a corrente no LED teremos que alterar a tensão de alimentação ou o resistor de emissor.

Exemplo 1Î: Projetar o acionador de LED

Parâmetros do transistor BC548:

VBESAT=0,7V/VCESAT=0,3V/βSAT=20/ICMAX=200mA/VCEMAX=80V Parâmetros do LED:

VLED=1,5V/ILED=25mA Os resistores de polarização do transistor devem ser calculados considerando a região de saturação, ou seja, quando a chave estiver na posição ligada. Malha de saída:

VCC−VRC−VLEDLED−VCESAT=0Î ICSAT=ILED

VC VCE VLEDIC V VmA

Potência de RC:

Na prática será utilizado valor comercial mais próximo. Malha de entrada

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ELIÉSIO 13

VBB-VRB-VBE=0 Cálculo da corrente de base de saturação:

VBB VBEIB V mA

Na prática será utilizado o valor comercial mais próximo.

Quando a chave passa para a posição desligada, a entrada é aterrada (VB<VBE),causando o corte do transistor e, em conseqüência o LED apagará.

Exemplo 2Î Projetar um acionador para um motor de 110V/60Hz conforme o circuito apresentado:
+5Vbobina do relê. Esta bobina, normalmente,
RCalgumas dezenas de Ohm. Por ser tão baixa,
Devitar que o transistor se danifique devido à
rede de 110V/60Hzcorrente reversa gerada pela bobina no chave-
+5VParâmetro do transistor 2N2222:

Neste circuito, em série com RC coloca-se a apresenta uma resistência DC da ordem de o resistor RC tem a função de limitar a cor- rente no transistor, para não danificá-lo. O diodo em paralelo com a bobina serve para amento do relê.

VBESAT=0,7V / VCESAT=0,3V / βSAT=10

circuitoRB Motor Parâmetros do relê;
digitalT 110V/60Hz RRELÊ=80Ω / IRELÊ=50mA

ICMAX=500mA / VCEMAX=100V ttl

Cálculo de RC: ()()RC

Usando valor comercial próximo teremos um resistor de 2Ω.

Cálculo de RB:

IB IC mASAT

Considerando que a tensão de saída nível alto TTL atinge 5V, temos:

5108603,Ω Usando valor comercial próximo teremos um resistor de 820Ω

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ELIÉSIO 14

NOMETURMA _ ANO _

AUTO-AVALIAÇÃOÆPOLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR BIPOLAR 01] Um transistor tem uma corrente de emissor de 1mA e uma corrente de coletor de 9,95mA. Qual é a corrente da base?

02] A corrente do coletor é de 5mA e a corrente da base é de 0,02mA. Qual é o ganho de corrente do transistor na configuração E.C? E na configuração B.C?

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