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CIRCUITOS POLARIZADORES DO TRANSISTOR
INTRODUÇÃO
Os circuitos digitais são os que utilizam o transistor como uma chave. Os circuitos lineares são os que o utilizam como uma fonte de corrente. Acionar um LED com um transistor fonte de corrente é um exemplo de um circuito linear. Um outro exemplo é o amplificador , um circuito que aumenta a amplitude de um sinal. Os amplificadores são fundamentais nos circuitos de rádio, televisão e outros circuitos de comunicação. Antes de um sinal CA ser acoplado a um transistor, é preciso estabelecer um ponto quiescente (Q) de operação, geralmente próximo ao meio da linha de carga CC. Então, o sinal CA que entra pode produzir flutuações acima e abaixo desse ponto Q.
POLARIZAÇÃO DA BASE
A figura A é um exemplo de polarização da base (também chamada polarização fixa). Geralmente, a fonte de alimentação da base é a mesma que alimenta o coletor; isto é, Vbb = Vcc. Neste caso, os resistores da base e do coletor voltam ambos para o lado positivo da alimentação do coletor, e o circuito é desenhado como o que aparece na figura B:
A B
Em qualquer dos dois casos, este é o pior modo possível de se polarizar um transistor para que ele funcione linearmente, pois o ponto Q é instável. Como sabemos, o βcc pode ter uma variação com a corrente e a temperatura assim como uma substituição do transistor. A utilização mais elementar da polarização da base é nos circuitos digitais, nos quais o transistor é usado como uma chave entre o corte e a saturação. Neste caso, usamos a saturação forte para ultrapassar as variações em βcc.
9 EXEMPLO
Suponha que no circuito da figura B, βcc varie de 100 para 200. Faça a reta de carga e plote o ponto Q. Dados: Vcc = 18V Rb = 200K Rc = 1K
I C(mA)
Q 2
Q 1
18 VCE (V)
I C(SAT) = VCC
RC
I C(SAT) = 18V
1K
I C(SAT) = 18mA
I C1 = I B .β 1
I C1 = 86,5μA.
I C1 = 8,65mA
I B = VCC – VBE
RB
I B = 18 – 0,
200K
I B = 86,5μA
I C2 = I B .β 2
I C2 = 86,5μA.
I C2 = 17,3mA
EXERCÍCIOS
Na figura abaixo, calcule a Ic para β = 100:
Se o transistor da figura anterior for trocado por outro que tenha um β = 200, qual o valor da Ic?
Qual o valor de βcc para o transistor saturar na figura do exercício nº 1?
Faça a reta de carga e plote o ponto Q do exercício nº 1:
O que acontece com o ponto Q se você trocar o transistor do primeiro exercício por outro com β = 250?
Calcule as seguintes tensões no circuito abaixo:
Vb =
Vc =
Vce =
Vrc =
Vrb =
9 SATURAÇÃO:^ Rb =^ βcc.Rc
9 EXEMPLO
Calcule o valor da corrente de saturação do coletor na figura abaixo. A seguir, calcule a corrente do coletor para estes dois valores de βcc: 100 e 300. Monte a reta de carga e plote o ponto Q:
I C(mA)
Q 2
Q 1
0 15 VCE(V)
Ic 2 ≅ Vcc - Vbe_
Re + Rb/β
Ic 2 ≅ 15 – 0,7 _
100 + 430K/
Ic 2 ≅ 9,3mA
Ic 1 ≅ Vcc - Vbe_
Re + Rb/β
Ic 1 ≅ 15 – 0,7 _
100 + 430K/
Ic 1 ≅ 3,25mA
I C(SAT) = VCC _
RC + RE
I C(SAT) = 15
I C(SAT) = 14,8mA
EXERCÍCIOS
- No circuito abaixo, calcule a Ic para β = 150:
Se o transistor da figura anterior for trocado por outro com β = 300, qual o valor da Ic?
Faça a reta de carga e plote o ponto Q do exercício 1 e 2:
Qual o valor de Ib no exercício 1?
Qual o valor de Ib no exercício 2?
Qual a Pd no transistor do exercício 1?
Projete um amplificador com polarização com realimentação do emissor, que fixe um ponto Q no centro da reta de carga. Dados: Vceo = 30v Vbeo = 6v Pd = 200mW IcMAX = 50mA βcc = 125--
8) Do exercício anterior calcule :
Vc = Prb =
Ve = Prc =
Vb = Pre =
Vce = Ptot =
Vrb = Ic =
Vre = Ib =
Vrc = Ie =
Pd = Itot =
I C(mA)
Q 2
Q 1
0 15 VCE(V)
Ic 1 ≅ Vcc - Vbe_
Rc + Rb/β
Ic 1 ≅ 15 – 0,7_
1K + 200K/
Ic 1 ≅ 4,8mA
Ic 2 ≅ 15 – 0,7_
1K + 200K/
Ic 2 ≅ 8,6mA
I C(SAT) = VCC
RC
I C(SAT) = 15
1K
I C(SAT) = 15mA
EXERCÍCIOS
Dado o circuito abaixo, calcule a Ic para β = 50 e para β = 150:
Calcule a Pd no transistor do exercício 1 para β = 150:
Faça a reta de carga e plote os pontos Q do exercício 1:
Qual a Ib no exercício 1 para Q1 e para Q2?
Desenhe um circuito de polarização com realimentação do coletor no ponto médio que preencha as seguintes especificações:
Vcc = 20V β = 510 Rc = 1K
Faça a reta de carga e plote o ponto Q do exercício anterior:
Qual a Pd no transistor do exercício 5?
Mantendo o valor dos resistores de polarização, calcule o valor de βcc que satura o transistor da figura abaixo?
Projete um circuito de polarização com realimentação do coletor para o seguinte transistor, usando um fator de segurança 2: BC 547 NPN Vceo = 45V Ic(Max) = 100mA β = 110 – 800
POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO
A figura A mostra a polarização por divisor de tensão (também chamada polarização universal). É a polarização mais usada em circuitos lineares. O nome “divisor de tensão” provém do divisor de tensão formado por R1 e R2. A tensão através de R2 polariza diretamente o diodo emissor.
A
Calcule o Vce do circuito anterior e mostre-o na reta de carga:
Qual a Pd pelo transistor do exercício 1?
Se o βcc do transistor do exercício 1 for 500, qual será a corrente da base?
O gráfico dado, representa a reta de carga do circuito abaixo. Qual a corrente no LED e qual o VceQ? Dado: βcc = 180 VLED = 1,8V
Ic (mA)
85
5,8 Q
0 12 Vce(V)
Se você trocar os dois diodos do exercício 5 por um zener de 3,2V, qual será a corrente no LED?
Qual a corrente que passa pelos dois diodos do exercício 5?
9 ORIENTAÇÃO PARA O PROJETO:
A figura abaixo mostra um amplificador com polarização universal. Os capacitores acoplam o sinal CA que entra e sai do amplificador. Tudo que nos preocupa agora é projetar este circuito com um ponto Q estável.
A menos que seja indicado o contrário, aplique a regra do um décimo, o que faz a tensão do emissor aproximadamente um décimo da tensão de alimentação:
Ve = 0,1.Vcc
Comece calculando o Re necessário para estabelecer a corrente especificada para o coletor:
Re = Ve
Ie
Posicione também o ponto Q aproximadamente no meio da linha de carga CC. Isto significa que cerca de 0,5.Vcc (metade de Vcc) aparece através dos terminais do coletor-emissor e 0,1.Vcc aparece através de Re. Os 0,4.Vcc restantes aparecem através do resistor do coletor; portanto:
Rc = 4.Re
A seguir, você pode projetar um divisor de tensão quase ideal usando a regra do um centésimo (1/100):
R 2 ≤ 0,01.βcc.Re
Se você preferir um divisor de tensão firme, aplique então a regra do um décimo (1/10):
R 2 ≤ 0,1.βcc.Re
Finalmente, calcule R1 através da proporção:
R 1 = VR1. R 2
VR
Onde: VR2 = Ve + Vbe
VR1 = Vcc - VR
EXERCÍCIOS
- O circuito da figura abaixo tem um divisor de tensão quase ideal. Desenhe a linha de carga CC e mostre o ponto Q:
POLARIZAÇÃO DO EMISSOR
A figura A mostra a polarização do emissor, que é usada às vezes quando se dispõe de uma alimentação dividida (tensões positiva e negativa). A figura B é uma forma simplificada de desenhar o circuito.
A B
Se RB for suficientemente pequeno, a tensão da base será aproximadamente zero. A tensão do emissor está a uma queda VBE abaixo dessa. Portanto, a tensão através do resistor do emissor é VEE - VBE e a corrente do emissor será:
I E ≅ VEE - VBE
RE
Como βcc não aparece nessa fórmula, o ponto Q é fixo. Sempre que se dispuser de uma fonte de alimentação separada, pode ser usada a polarização do emissor, porque ela fornece um ponto Q bem firme, exatamente como o faz uma polarização por divisor de tensão. O mais importante num circuito bem projetado de polarização do emissor é o valor de Rb. Deve ser pequeno. Mas quão pequeno? Num projeto estabilizado, Re é de pelo menos 100 vezes maior do que Rb/βcc. Isto equivale a:
Rb ≤ 0,01.β.Re
9 EXEMPLO
Na figura B, Rc = 5K1, Re = 10K e Rb = 6K8. Se a fonte separada for de +15V e -15V, qual a tensão do coletor ao terra?
VC = VCC – I C.RC
VC = 15 – 1,43mA.5K
VC = 7,7V
I E = VEE – VBE
RE
I E = 15 – 0,
10K
I E = 1,43mA
EXERCÍCIOS
Calcule a corrente do coletor e monte a reta de carga do circuito abaixo:
Se o βcc do transistor do 1º exercício for igual a 200, qual o valor da corrente da base?
Calcule o Vce e a Pd do 1º exercício:
Calcule o Vce e plote o ponto Q na reta de carga do circuito abaixo:
CIRCUITOS PNP
A figura A mostra um transistor PNP. Como os diodos emissor e coletor apontam para direções diferentes, todas as correntes e tensões são invertidas. Em outras palavras, para polarizar diretamente o diodo emissor de um transistor PNP, Vbe tem uma polaridade menos-mais, como está mostrado na figura. Para polarizar reversamente o diodo coletor, Vcb tem a polaridade menos-mais indicada. A figura B mostra os sentidos do fluxo convencional da corrente.
A B
EXERCÍCIOS
Na figura abaixo, calcule as tensões do coletor e do emissor em cada estágio:
Calcule o Vce para cada transistor do exercício 1:
Qual a corrente do LED na figura abaixo?
Sabendo que o LED apresenta uma d.d.p. entre seus terminais de 2,0V, calcule o Vce do exercício anterior:
Trocando-se o resistor de polarização da base por um diodo zener de 5,1V no exercício 3, calcule a ILED e o Vce: Dado: VLED = 1,8V
