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Transistores III

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Tópicos: Circuito Emissor Comum - Modelo AC | Circuito Emissor Comum - Exemplo 1 | Circuito Emissor Comum - Exemplo 2 |


1) Circuito Emissor Comum - Modelo AC

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O modelo de circuito emissor comum visto na página anterior é básico, apenas para estudo dos parâmetros. 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 1-I Então, a polarização da base é dada pelo resistor Rb. Considera-se que a fonte de tensão Vcc tem resistência interna desprezível e que não oferece obstáculos à passagem de sinais alternados. Com essas hipóteses, para efeito de sinal AC, os resistores Rb e Rc podem ser vistos como virtualmente conectados à massa.

Modelo AC com polarização
Fig 1-I

A Figura 1-II dá o circuito equivalente aproximado para o amplificador básico da Figura 1-I. Conforme página anterior, hie é a impedância de entrada, que está representada por um resistor nesse circuito. Usando a lei de Ohm, obtém-se a relação vb = hie ib.

Equivalente AC com polarização
Fig 1-II

Lembrando do sentido da corrente, ocorre para o coletor vc = − Rc ic = − Rc hfe ib. Isolando ib da igualdade anterior e substituindo nessa, o resultado é:

$$\frac{v_c}{v_b} = - \frac{h_{fe}}{h_{ie}} R_c \tag{1A}$$
Ou seja, o ganho de tensão dado em função de parâmetros híbridos e de Rc. Nota-se que o sinal negativo indica a diferença de fase de 180° entre entrada e saída.

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

Circuito com resistor de emissor
Fig 1-III

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 consequente redução de ganho em relação ao circuito sem resistor.

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

$$\frac{v_c}{v_b} = - \frac{h_{fe} R_c}{h_{ie} + h_{fe} R_e} \tag{1B}$$
Se hie << hfe Re, ocorre a aproximação:

$$\frac{v_c}{v_b} \approx - \frac{R_c}{R_e} \tag{1C}$$
Isso significa que o ganho se torna independente dos parâmetros híbridos. A impedância de entrada é dada por hie + hfe Re.

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


2) Circuito Emissor Comum - Exemplo 1

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Para o circuito da Figura 2-I, são dados: Vcc = 20 V, Rc = 10 kΩ, Ic = 1 mA, Rb = 2 MΩ, hFE = 100. Determinar, na ausência de sinal, os valores de Vc e Vb.

Segundo a lei de Ohm, Vcc − Vc = Ic Rc. Portanto, 20 − Vc = 1 10−3 10 103. Então, Vc = 10 V

Circuito emissor comum
Fig 2-I

Na primeira página desta série, foi vista a relação para hFE, isto é, o ganho de corrente em tensão contínua, Ic = hFE Ib. Substituindo, 1 10−3 = 100 Ib. Portanto,

Ib = 1 10−5 A

Aplicando agora a lei de Ohm para o circuito da base, Vcc − Vb = Ib Rb = 1 10−5 2 106 = 20 V. Assim,

Vb = 0 V


3) Circuito Emissor Comum - Exemplo 2

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Para o circuito da Figura 3-I, são dados os valores: Vcc = 6 V, Rc = 2 KΩ, Re = 1 KΩ, Rb1 = 4 KΩ, Rb2 = 2 KΩ, hFE = 100. Determinar as tensões e correntes de operação sem sinal de entrada. Considerar Vbe constante e igual a 0,7 V.

No circuito de polarização tem-se Vcc = I1 Rb1 + I2 Rb2. Ocorre também I1 = I2 + Ib. Substituindo na anterior,

$$V_{cc} = I_2 (R_{b1} + R_{b2}) + I_b R_{b1} \tag{3A}$$
A tensão da base é Vb = I2 Rb2. Também Vb = Vbe + Ve = Vbe + (Ic + Ib) Re. Portanto,

$$V_b = I_2 R_{b2} = V_{be} + (I_c + I_b) R_e \tag{3B}$$
Circuito emissor comum
Fig 3-I

Usa-se a relação já vista do ganho de corrente DC:

$$I_c = h_{FE} I_b \quad \text{ou} \\ I_b = \frac{I_c}{h_{FE}} \tag{3C}$$
Substituindo em (3B) e isolando I2,

$$I_2 = \frac{V_{be}}{R_{b2}} + I_c \left(1 + \frac{1}{h_{FE}} \right) \frac{R_e}{R_{b2}} \tag{3D}$$
Substituindo em (3A) e usando o valor de Ib dado por (3C),

$$V_{cc} = \left[\frac{V_{be}}{R_{b2}} + I_c\left(1 + \frac{1}{h_{FE}}\right) \frac{R_e}{R_{b2}} \right] (R_{b1} + R_{b2}) + I_c \frac{R_{b1}}{h_{FE}} \tag{3E}$$

Aplicando os valores numéricos,

6 = [ 0,7 / 2000 + Ic (1 + 1/100) 1000 / 2000 ] (4000 + 2000) + Ic 4000 / 100

6 = 2,1 + 3030 Ic + 40 Ic

Resolvendo, Ic ≈ 1,27 mA. A corrente de base é Ib = Ic / hFE ≈ 12,7 µA

Conforme (3B), Vb = I2 Rb2 = 0,7 + (0,00127 + 0,0000127) 1000. Portanto, Vb ≈ 1,98 V

A tensão Vc é dada por Vc = Vcc − Ic Rc = 6 − 0,00127 2000 = 3,46 V

A tensão de emissor é dada por Ve = (Ic + Ib) Re = (0,00127 + 0,0000127) 1000 ≈ 1,28 V

Então, a tensão entre coletor e emissor é Vce = Vc − Ve = 3,46 − 1,28 = 2,18 V. 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.
Referências
BROPHY, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. NAVY. Basic Electronics. Hemus, 1976.

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