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Informações técnicas

Transistores I20 - Alguns parâmetros e circuitos básicos

Circuito emissor comum - Modelo AC

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O modelo de circuito emissor comum visto na página anterior é o mais básico, apenas para estudo dos parâmetros.

Fig 01

Circuitos práticos requerem polarização DC da base do transistor e o modo mais simples, conforme já mostrado na página sobre modelo DC, é indicado na Figura 01 deste tópico.

Então, a polarização da base é dada pelo resistor R_b.

Considera-se que a fonte de tensão V_cc tem resistência interna desprezível e que não oferece obstáculos à passagem de sinais alternados.

Com essas hipóteses, para efeito de sinal AC, os resistores R_b e R_c podem ser vistos como virtualmente ligados à massa.

Fig 02

E a Figura 02 dá o circuito equivalente aproximado para o amplificador básico da Figura 01.

Conforme página anterior, h_ie é a impedância de entrada, que está representada por um resistor nesse circuito.

Usando a lei de Ohm, obtém-se a relação v_b = h_ie i_b.

Lembrando do sentido da corrente, ocorre para o coletor v_c = − R_c i_c = − R_c h_fe i_b. Isolando i_b da igualdade anterior e substituindo nessa, o resultado é:

v_c / v_b = − h_fe R_c / h_ie #A.1#.

Ou seja, o ganho de tensão dado em função de parâmetros híbridos e de R_c. Notar que o sinal negativo indica a diferença de fase de 180º entre entrada e saída.

A impedância de entrada é dada pela associação em paralelo de R_b e h_ie. Desde que, em geral, h_ie << R_b, ela pode ser considerada igual a h_ie. A impedância de saída é dada por R_c.

Fig 03

Circuito com resistor de emissor

Conforme informado na primeira página desta série, o resistor de emissor proporciona estabilidade na situação DC do circuito. Na operação AC, há uma realimentação negativa e a conseqüente redução de ganho em relação ao circuito sem resistor.

Usando procedimento similar ao anterior, chega-se à relação do ganho de tensão:

v_c / v_b = − h_fe R_c / (h_ie + h_fe R_e) #B.1#.

Se h_ie << h_fe R_e, ocorre a aproximação v_c / v_b ≈ − R_c / R_e #B.2#.

Isso significa que o ganho se torna independente dos parâmetros híbridos.

A impedância de entrada é dada por h_ie + h_fe R_e.

Um artifício para compensar o ganho menor é o uso de um capacitor de alto valor em paralelo com R_e. Assim, a estabilidade DC é mantida e ocorre um bypass do sinal AC, aumentando o ganho para valor próximo do indicado pela igualdade #A.1#.

Circuito emissor comum - Exemplo 01

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Para o circuito da Figura 01 abaixo, são dados: V_cc = 20 V, R_c = 10 kΩ, I_c = 1 mA, R_b = 2 MΩ, h_FE = 100. Determinar, na ausência de sinal, os valores de V_c e V_b.

Fig 01

Segundo a lei de Ohm, V_cc − V_c = I_c R_c. Portanto,

20 − V_c = 1 10^-3 10 10³. Então V_cc = 10 V.

Na primeira página desta série, foi vista a relação para o ganho de corrente DC h_FE:

I_c = h_FE I_b. Substituindo, 1 10^-3 = 100 I_b.

Portanto, I_b = 1 10^-5 A.

Aplicando agora a lei de Ohm para o circuito da base, V_cc - V_b = I_b R_b = 1 10^-5 2 10⁶ = 20 V. Assim, V_b = 0 V.

Circuito emissor comum - Exemplo 02

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Para o circuito da Figura 01 deste tópico, são dados os valores: V_cc = 6 V, R_c = 2 KΩ, R_e = 1 KΩ, R_b1 = 4 KΩ, R_b2 = 2 KΩ, h_FE = 100. Determinar as tensões e correntes de operação sem sinal de entrada. Considerar V_be constante e igual a 0,7 V.

Fig 01

No circuito de polarização tem-se V_cc = I₁ R_b1 + I₂ R_b2.

Ocorre também I₁ = I₂ + I_b. Substituindo na anterior,

V_cc = I₂ (R_b1 + R_b2) + I_b R_b1 #A.1#.

A tensão da base é V_b = I₂ R_b2. Também V_b = V_be + V_e = V_be + (I_c + I_b) R_e.

Portanto, I₂ R_b2 = V_be + (I_c + I_b) R_e #B.1#.

Usa-se a relação já vista do ganho de corrente DC I_c = h_FE I_b #C.1# ou I_b = I_c / h_FE. Substituindo em #B.1# e isolando I₂,

I₂ = V_be / R_b2 + I_c (1 + 1 / h_FE) R_e / R_b2 #D.1#. Substituindo em #A.1# e usando o valor de I_b dado por #C.1#,

V_cc = [ V_be / R_b2 + I_c (1 + 1 / h_FE) R_e / R_b2 ] (R_b1 + R_b2) + I_c R_b1 / h_FE #E.1#.

Usando agora os valores, 6 = [ 0,7 / 2000 + I_c (1 + 1/100) 1000 / 2000 ] (4000 + 2000) + I_c 4000 / 100.

6 = 2,1 + 3030 I_c + 40 I_c. Resolvendo, I_c ≈ 1,27 mA. A corrente de base é I_b = I_c / h_FE ≈ 12,7 µA.

Conforme #B.1#, V_b = I₂ R_b2 = 0,7 + (0,00127 + 0,0000127) 1000. Portanto, V_b ≈ 1,98 V.

A tensão V_c é dada por V_c = V_cc − I_c R_c = 6 − 0,00127 2000 = 3,46 V.

A tensão de emissor é dada por V_e = (I_c + I_b) R_e = (0,00127 + 0,0000127) 1000 ≈ 1,28 V.

Então, a tensão entre coletor e emissor é V_ce = V_c − V_e = 3,46 − 1,28 = 2,18 V. Notar que o circuito deste tópico é idêntico ao da primeira página desta série. Os cálculos são basicamente os mesmos, com uma formulação distinta. Os resultados são próximos e as pequenas diferenças ocorrem devido à hipótese de aproximação da tensão polarização da base, dada pelo divisor de tensão.

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