Baixe Introdução à Eletrônica - elt 10 polariza??o do transistor bipolar e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! E-mail: eliesio Oetrr.com.br & ESCOLA TÉCNICA + REZENDE-RAMMEL CURSO TÉCNICO DE MECATRÔNICA ELETRÔNICA APLICADA I NOME TURMA ANO POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR BIPOLAR Os transistores para que funcionem com amplificadores necessitam de uma polarização que determine o ponto de trabalho ou ponto quiescente. POLARIZAÇÃO FIXA DE BASE Malha de entrada VCC-VRB-VBE =0 VRB = IBRB VCC-VBE RB Malha de saída VCC- VRC — VCE = 0 VRC = ICRC VCC —- VCE IC=""A— RC 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 p e da temperatura. Exemplo: Determine o valor de RC e RB no circuito de polarização de base apresentado utilizando os seguintes dados: VCC=10V VCE=5V Malha de saída IC=10 mA B=100 — VCC-VCE MV o RC= o RC=oma RC = 5000 Malha de entrada IC 10x 107 A IB=— IB=———— IB = 10044 B 100 VCC-VBE 10V-0,7V NA ap =YCC-VBE 1OW-OM AM gp IB 10044 10044 ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br POLARIZAÇÃO COM REALIMENTAÇÃO DO EMISSOR Malha de saída VCC-VRC-VCE - VRE = 0 VRC = ICRC VRE = IERE IC=IE VCC-VCE RC+ RE Malha de entrada VCC-VRB-VBE - VRE = 0 VRB = IBRB IC VCC-VBE IB=— C=——s»p 7 RB 8 RE+— TES IC Esta polarização dá ao circuito uma estabilização térmica, porém, permanece dependente de p. Exemplo: Determine o valor de RC, RB e RE no circuito com polarização com realimentação pelo emissor apresentado utilizando os seguintes dados: VVC= 10V Malha de saída VCE=5V IC =5mA VCC = VRC+VCE + VRE B =100 VRC = ICRC VRE = IERE comoIC= IE 5VRE = ICRE RC=I0RE VCC = ICRC+VCE + ICRE — VCC — VCE = IOICRE + ICRE 10V —5V = LICRE > = RE(1Ix5mA) > SV = RE(55mA) sv RE=—— = 90, = = K = , S5mA 90,902 RC = 10RE = 10x 90,900 = 909,0902 Malha de entrada VCC = VRB +VBE +VRE VRB = VCC — VBE — VRE = 10V — 0,V — 0,90 = 8,4V VRB IC SmA RB=—— COMO IB=—= = 0,05mA = 50, IB B 100 ua re = EM. ogro “Soa ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br ANÁLISE DE DEFEITOS NO TRANSISTOR BIPOLAR 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; Para 9 B=100 e VBE=0,7V p - VBB-VBE 15/-07V RB — ak SOMA IC = BIB = 100x 304344 = 3,04mA VRC = ICx RC = 3mAxIK = 3V VC=VCE=VCC-VRC=15V-3V=12V VCB=VCE-VBE=12V-0,7V =11,3V VERIFICAÇÃO: VBE +0,7V 5 funcionando VCE + 0,5VCC 5 funcionando VBE << 0,7V 5 corte VCE << 0,5VCC Jcorte VBE >> 0,7V 5 saturado VCE >>0,5VCC > saturado ANÁL DOS TRANSISTORES BIPOLARES 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. AS VARIAÇÕES NO GANHO DE CORRENTE 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 hrs 200 = 25º€ 1 2º N 70 [ N so ssº€ À o 7 VA 20 10 IC(ma) 01 10 10 1 200 ELIÉSIO 5 E-mail: eliesio Oetrr.com.br Exemplo; Para o transistor didático apresentado qual o ganho de corrente na temperatura de 25ºC para as correntes de coletor de 0.1, 1,10e 100 mA? Analisando o gráfico podemos notar que: 0,1 mA=50 ImÃ=90 10 mA = 105 100 mA = 60 2.6.1 RETA DE CARGA 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 J(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: VCC-VCE 15v-0 FAZENDO VCE=0 9 ICsat="————" =—>— = SmA O VC Csat RC 3% PONTO DE TENSÃO MÁXIMA J(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 > VCEcorte = VCC = 15V ICsaruração para VCE=0 IC=VCC/RC o 470K > vBB + CND +co ND PONTO QUIESCE E O ponto quiescente define o ponto de operação do circuito. É 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. ELIÉSIO 6 E-mail: eliesio Oetrr.com.br PLOTANDO O PONTO Q GRAFICAMENTE 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. Primeiro 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 SmA. Segundo> 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) VBB-VBE 15-07 143 RB 470K — 470K Sabendo que a corrente injetada na base é de 30 A 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). IBQ = = 304244 AIC(mA) 5 HA 3 o 12: CE(V) BC548 BDI35 BF495 “E CARACTERÍSTICA DE COLETOR EARACTERÍSTICA DE. COLETOR CARACTERÍSTICA DE COLETOR » u Tart aí 1] 5 fed |g: ” Sa w + EL nu a Mm] ú e n Bu Wa + Tm & o q o E pd i ' : este E ee : » E D a al || » Eta is E pm pet e + É É - e. ne" MDA A TO TE e E TEA 4 MRS UEÇÃE DE TE 15 E E e A ni OR UR RR] Vea TENSÃO COLETOR-EMISSORAN) Veg TENSÃO COLETOR-EMISSOR+(V) We TENSÃO COLETOR EMISSOR) PLOTANDO O PONTO Q MATEMATICAMENTE Para que o ponto quiescente possa ser calculado matematicamente torna-se necessário que alguns dados sobre o transistor seja fornecido. Como B do transistor, corrente de coletor, tensão de coletor, etc. Por exemplo, para um B=100. Como temos IBQ=30u A e O valor da corrente de coletor quiescente será: ICO = IBO x B = 30uA x 100= 3mA Como VRC=ICxRC=3mAxIK=3V e O valor da tensão entre coletor e emissor quiescente será: VCEQ = VCC- VRC= ISV — 3 = 12 ELIÉSIO E-mail: eliesio Oetrr.com.br FONTE DE CORRENTE CONSTANTE Quando o transistor possui a tensão de base fixada (Vp constante) como o Veg é praticamente constante fatalmente teremos uma corrente de emissor constante. CORRENTE DE EMISSOR VBB- VBE — IERE = 0 > VBB-VBE IE = CRE Como VBB, VBE e RE são praticamente constante TE é constante. Como IC=IE podemos mudar o resistor de coletor sem alterar a corrente de coletor. vBB Projetos deste tipo são feitos quando se pretende uma fonte de corrente fixa. E definido um valor de RE que irá determinar o valor da corrente de emissor e +vae assim, a corrente de coletor. Isso é usado em muitas aplicações porque o circuito é relativamente imune às variações de B (ganho de corrente na configuração emissor eso comum). Notamos que quanto maior o valor de RE mais estável será a corrente do coletor. +ves NEN WS 1 GND CHAVEAMENTO COM TRANSISTOR BIPOLAR CHAVE ELETRÔNICA: 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 CORTADO TRANSISTOR SATURADO CHAVE ABERTA CHAVE 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. ELIÉSIO 10 E-mail: eliesio Oetrr.com.br Se a chave estiver aberta, a corrente de base cai a zero. Fazendo com que a corrente de coletor seja zero (IC=BIB). Sem corrente no resistor de coletor a queda de + T 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 de V-VBE esa corrente IB = CRB O , no exemplo teremos: -0,7 4 VSADA p= VON 4X 0,86mA E 5KQ 5KQ ca ne R1 1 » 8 VAL K E Esta corrente injetada na base leva o transistor para a Bc548 = = ei As saturação, fazendo um VCE de saturação próximo a zero Tt (VCE saturação + 0,3V) provocando uma corrente de saturação, ICsat = RC + no exemplo teremos: Leno ICsat = ImA XV SKO * Observamos que na saída teremos dois níveis definidos de tensão 0 e 5V. Exemplo: 13 Qual a tensão entre coletor e o terra (VC)? Como a tensão na base é de 5V e a tensão VBE=0,7V, teremos: VE=VBB-VBE=5V-0,V=4,W Esta tensão é aplicada no resistor de emissor que é de 1kQ. Logo: -VRE/ -43V/ IE =VRE A p= ke 4,3mA A corrente no coletor é aproximadamente igual a 43mA (IC=IE). Quando esta corrente passa através RC=2KQ, no coletor, produz uma queda de tensão de: VRC = IC x RC = 4,3mA x 2k0 = 8,6V A tensão entre coletor e terra (VC) será: VC=VCC-VRC=15V-8,6V = 6,4V 2 Qual a tensão entre emissor e terra (VE) ? VE = IE x RE = 4,3mAx KO = 4,3V 3 Qual a tensão entre coletor e emissor (VCE) ? VCE=VC-VE=64V-4W =21V 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. ELIÉSIO 11 E-mail: eliesio Oetrr.com.br CHAVEAMENTO DE LED 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. CHAVEAMENTO DE LED COM POLARIZAÇÃO DE BASE 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 VCC - VLED corrente do LED será ILED="——A — RC mEp=*Y2W ama CARO 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. CHAVEAMENTO DE LED COM POLARIZAÇÃO DE EMISSOR 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. Idealmente teremos uma corrente no emissor igual a corrente no coletor que será igual a corrente no LED. ILED= X. 15mA “3300 + Para mudar a corrente no LED teremos que alterar a tensão de alimentação ou o resistor de emissor. Exemplo 15: Projetar o acionador de LED Parâmetros do transistor BC548: VBEsar=0,7V/VCEsar=0,3V/Bsa1=20/1Cmax=200mA/VCEmax=80V Parâmetros do LED: VLep=1,5V/len=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-VLED,;o-VCEsa1=0 > ICsar=Iep VC VCE — VLED 12V-0,3V-1,V Potência de RC: PRC=RCxTº = 408x25mA? = 0,255W Na prática será utilizado valor comercial mais próximo. Malha de entrada ELIÉSIO 12 E-mail: eliesio Oetrr.com.br 10] Quais são os valores da tensão coletor-emissor e da potência dissipada no circuito usado no exercício P-1.5 2 11] No Circuito abaixo determine: A) Corrente de base para um VBE=0,7V.; +5V +15v B) Potência no resistor RB; €) Corrente de coletor; D) Potência no resistor RC; E) Tensão entre coletor e emissor (VCE); F) Potência no transistor; 12] No circuito abaixo determine: A) Corrente de base para um VBE= +12v x ex e ai . ess ese B) Potência no resistor RB; + enD €) Corrente de coletor; D) Potência no resistor RC; E) Tensão entre coletor e emissor (VCE); F] Potência no transistor; 13] Um transistor tem uma potência nominal de IW. Se no circuito a tensão coletor-emissor for de 10V e a corrente do coletor for de 120mA, o que ocorrerá com o componente? ELIÉSIO 15 E-mail: eliesio Oetrr.com.br 14] No circuito do exercício 05 a tensão coletor-emissor aumenta, diminui ou permanece a mesma para cada um dos seguintes defeitos? a) O resistor de 330KQ está em curto-circuito; b) O resistor de 330KQ está aberto; e) O resistor de 8200 está em curto; d) O resistor de 8200 está aberto; e) Sem tensão de alimentação na base; f) Sem tensão de alimentação no coleto. 15) Qual o valor de alfa de um transistor que tem um beta de 200? -16) Qual é o beta de um transistor com um alfa de 0,994? 17) Projete um circuito em EC que tenha as seguintes especificações: VBB= VCE=7,5V. 15V, hee= 120, L=10mA e 18) Suponha que um LED seja conectado em série com o resistor de 82002 no circuito do exercício P-1.5. Qual é a corrente no LED? 19) Utilizando o circuito abaixo determine: a) A reta de carga DC; dE zov E ã b) A corrente no coletor no ponto de saturação; dg-é = 6ND c) A tensão coletor-emissor no ponto de corte; d) A corrente de coletor no ponto quiescente para um B=150; ELIÉSIO 16 E-mail: eliesio Oetrr.com.br e) A tensão coletor-emissor no ponto quiescente para um B=150; f) Se a tensão de alimentação do coletor for reduzida para 10V o que ocorrerá com a reta de carga? £) Se a resistência do coletor for reduzida para 1KQ o que acontece com a reta de carga? h) Se a resistência da base a for dobrada, o que ocorrerá com a reta de carga” 20Utilizando o circuito abaixo determine: a) A reta de carga DC; +5v 2 5 b) A corrente no coletor no ponto de saturação; E 1 > R8 4 1M - c) A tensão coletor-emissor no ponto de corte; + enD d) A corrente de coletor no ponto quiescente para um B=150; e) A tensão coletor-emissor no ponto quiescente para um B=150; f) Se a tensão de alimentação do coletor for elevada para 10V o que ocorrerá com a reta de carga”? £) Se a resistência do coletor for reduzida para 100KQ o que acontece com a reta de carga”? h) Se a resistência da base a for reduzida pela metade, o que ocorrerá com a reta de carga”? -21) No circuito do exercício P-1.20, qual será a tensão entre o coletor e o terra se o ganho de corrente for de 1007 22) O ganho de corrente varia de 25 a 300 no circuito do exercício P-1.19. Qual a tensão mínima do coletor para o terra? E a máxima? 23) O ganho de corrente varia de 25 a 300 no circuito do exercício P-1.20. Qual a tensão mínima do coletor para o terra? E a máxima? ELIÉSIO 17 E-mail: eliesio Oetrr.com.br e) A tensão VCE O valor mínimo de VBB que manterá o LED aceso. 31) Utilizando o circuito abaixo, determine: a) a corrente de coletor; 20v vi b)A tensão de coletor; c).Se a tensão de alimentação da base aumenta em 10%. O que acontece com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? d)Se a resistência da base aumenta em 10%. O que acontece com acorrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? e) Se a resistência do coletor aumenta em 10%. O que acontece com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? f)Se a tensão de alimentação do coletor aumenta em 10%. O que ocorre com a corrente da base, a corrente do coletor e a tensão do coletor? 32JA tensão de alimentação da base no circuito do exercício31 aumenta em 10%. O que ocorre com a corrente na base, a corrente no coletor e a tensão no coletor? 33) Polarizar o transistor do circuito abaixo no ponto quiescente ELIÉSIO 20 E-mail: eliesio Oetrr.com.br VEE Icq=10Ma Varç=0,65V B=150 34) Usando o circuito do exercício 33, determine I., e mostre em que região da curva característica de saída encontra-se o ponto quiescente. DADOS; VCC=10V RE=10092 RC=2200 B=120 35) Como fazer para que o transistor do exercício 33 fique polarizado na região ativa? 36) Polarize o transistor do circuito abaixo no ponto quiescente: Vceo=7V, Icg=50mA , VBEç=0,7V.e B=150 +15 RB = GND 37) Usando o circuito do exercício36 com um VCC=12V, determine o valor de RB e os demais pontos quiescentes do transistor para um RC=1KQ, B=200 e Vceq=VCC/2 e Vscq=0,7V 38) Dado um transistor com B=200 alimentado por uma fonte DC de 12 V, determinar os resistores para uma polarização fixa de base na configuração e: or comum para os seguintes dados:.Vceg=VCC/2, Ico=15MA, Vpro=0,7V. (Faça a representação esquemática do circuito dentro das normas da ABNT) 39) Dado um transistor com B=250 alimentado por uma fonte DC de 20V, determinar os resistores para uma polarização com realimentação pelo coletor na configuração emissor comum para os seguintes dados:.Vceqo=VCC/2, Icg=100 mA, Vpro=0,7V. (Faça a representação esquemática do circuito dentro das normas da ABNT) ELIÉSIO 21 E-mail: eliesio Oetrr.com.br 40) Dado um transistor com B=250 alimentado por uma fonte DC de 9 V, determinar os resistores para uma polarização com divisor de tensão na configuração emissor comum para os seguintes dados:.Vceç=VCC/2, Icq=20mA, Vprq=0,65V. (Faça a representação esquemática do circuito dentro das normas da ABNT) 41) Projetar um acionador de LED para indicar quando a porta de entrada de um estabelecimento comercial for abera. (Faça a representação esquemática do projeto dentro das normas da ABNT) 42) Projetar um acionador para alimentar um motor elétrico de 110V/60Hz, utilizando um acionador de relê. 43) Faça uma pesquisa sobre relê, definido suas características e tipos comerciais. 44) Faça uma pesquisa sobre transistores bipolares de baixo sinal (uso geral / baixa frequência), definindo suas características e tipos comerciais. 45) Faça uma pesquisa sobre transistores bipolares de baixo sinal (rádio frequência, definindo suas características e tipos comerciais.) 46) Faça uma pesquisa sobre transistores bipolares de média potência, baixa frequência, definindo suas características e tipos comerciais.) 47) Defina os problemas causados pelas variações de BETA (he ou B) nos circuitos com transistores bipolares. Fale sobre as formas utilizadas para neutralizar estes efeitos. 48) Defina os efeitos causados pela temperatura nos circuitos com transistores bipolares. Fale sobre as formas utilizadas para neutralizar estes efeitos 49) Faça uma pesquisa sobre dissipadores térmicos usados em circuitos eletrônicos. Defina como estes dissipadores podem ser calculados. ELIÉSIO 22