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Transistores I

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Tópicos: Configurações Básicas (resumo) | Circuito Emissor Comum |


1) Configurações Básicas (resumo)

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Na Figura 1-I, arranjos básicos de circuitos de amplificação com transistores.

Circuitos básicos com transistor
Fig 1-I

Tabela comparativa aproximada de alguns parâmetros.

Emissor comum Base comum Coletor comum
Ganho de tensão médio alto baixo
Ganho de corrente médio baixo alto
Ganho de potência alto baixo médio
Impedância entrada média baixa alta
Impedância saída média alta baixa
Desvio de fase 180°


2) Circuito Emissor Comum

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Na operação prática, é preciso aplicar tensões para polarizar inversamente a junção do coletor e diretamente a de emissor. A Figura 2-I dá um exemplo para um transistor NPN.

Desde que a resistência direta da junção base-emissor é pequena e aproximadamente constante, pode-se dizer que a corrente de base deste circuito também é aproximadamente constante. Esse comportamento, entretanto, implica o inconveniente do aumento da corrente de coletor com o aumento de temperatura. Assim, com a polarização de base fixa, o circuito pode ser levado a um ponto de operação indesejável, o que limita sua aplicação prática.

Circuito básico de emissor comum
Fig 2-I

Para contornar o problema anterior, pode ser usado o circuito da Figura 2-II A: a tensão na base é mantida pelo divisor de tensão formado por Rb1 e Rb2. A queda de tensão em Re se contrapõe a essa polarização. Portanto, um aumento da corrente de coletor provoca um aumento da queda de tensão, reduzindo a corrente de base e estabilizando o circuito. A análise do circuito é facilitada pelo equivalente conforme Figura 2-II B. Nada muda na parte de coletor e emissor, apenas se considera Vcc a bateria indicada. Na parte de polarização de base, a simplificação é feita com auxílio do Teorema de Thévenin, cujo enunciado é:

Qualquer combinação de fontes e resistências, com dois terminais de saída, é equivalente a uma única fonte de tensão em série com um resistor. A tensão da fonte é igual à tensão do circuito sem carga (terminais abertos) e o valor do resistor é igual a essa tensão dividida pela corrente com os terminais em curto-circuito.

Sejam: combinação Vcc, Rb1, Rb2; terminais: base do transistor / massa. Assim, a tensão com base desconectada é:

$$V_b = V_{cc} \frac{R_{b2}}{R_{b1} + R_{b2}} \tag{2A}$$
A corrente com base e massa em curto-circuito é $I_{cc} = V_{cc} / R_{b1}$. Assim, a resistência equivalente Rb é dada por:

$$R_b = \frac{V_b}{I_{cc}} = \frac{R_{b1} R_{b2}}{R_{b1} + R_{b2}} \tag{2B}$$
Aplicando agora a Lei de Kirchhoff (soma das tensões igual a zero) para a malha formada por Vcc, Rc, coletor-emissor e Re,

$$V_{cc} = R_c I_c + V_{ce} + R_e I_e \tag{2C}$$
Desde que a corrente de base Ib é pequena, pode-se supor Ie ≈ Ic. E a igualdade anterior pode ser reescrita:

$$I_c = \frac{1}{R'} V_{cc} - \frac{1}{R'} V_{ce} \quad \text{onde}\\R' = R_c + R_e \tag{2D}$$
Polarização com divisor de tensão e circuito equivalente
Fig 2-II

Considerando Vcc e R' constantes, conclui-se que, segundo equação anterior, Ic varia linearmente em função de Vce. E a reta pode ser traçada num gráfico, conforme linha contínua da Figura 2-III, bastando definir dois pontos quaisquer (por exemplo: para Vce = 0, Ic = (1/R') Vcc e para Ic = 0, Vce = Vcc).

Usando a Lei de Kirchhoff para o laço de polarização (novamente lembrando que Ie ≈ Ic),

$$V_b = R_b I_b + V_{be} + R_e I_c\quad \text{ou}\\ R_b I_b = V_b - V_{be} - R_e I_c \tag{2E}$$
Ponto de operação do amplificador
Fig 2-III

A relação entre a corrente de coletor e a de base é denominada ganho de corrente cc do transistor (simbolizada por hFE) e, em geral, é informada pelo fabricante. Assim,

$$I_c = h_{FE} I_b\tag{2F}$$

Substituindo esse valor de Ic na igualdade (2E) e rearranjando, resulta em:

$$I_b = \frac{V_b - V_{be}}{R_b + h_{FE} R_e} \tag{2G}$$
Isso significa que a corrente de base do transistor fica definida em função do seu hFE, da tensão de alimentação e de resistências do circuito. A tensão base-emissor (Vbe) pode ser considerada aproximadamente constante devido à polarização direta. Para os transistores de germânio (raros atualmente) é cerca de 0,2 V e, para os de silício, na faixa de 0,6 a 0,7 V.

No gráfico da Figura 2-III, as linhas aproximadamente paralelas representam correntes de base constantes para um transistor de baixa potência típico. Assim, em princípio, o ponto de operação deve ser a interseção da reta de carga definida pela igualdade (2D) com a linha da respectiva corrente de base calculada por (2G).

Circuito de exemplo para emissor comum
Fig 2-IV

No circuito de exemplo da Figura 4-IV, tem-se:

Conforme (2A), Vb = (6 × 2) / (4 + 2) = 2 V

Conforme (2B), Rb = (4 × 2) / (4 + 2) = 1,33 KΩ

Conforme (2G), Ib = (2 − 0,7) / (1330 + 100 × 1000) = 12,8 10−6 A = 12,8 µA

Conforme (2F), Ic = 100 × 12,8 10−6 = 1,28 mA

A tensão coletor-emissor é dada pela igualdade (2C):

Vcc = Rc Ic + Vce + Re Ie

Assim, Vce = 6 − 2000 1,28 10−3 − 1000 1,28 10−3 = 2,16 V
Referências
BROPHY, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. NAVY. Basic Electronics. Hemus, 1976.

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