Apostila de Transistores

7/29/2019 Apostila de Transistores

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INTRODUO

O transistor de juno bipolar um dispositivo semicondutor de trs terminais, formado portrs camadas consistindo de: duas camadas de material tipo "n" e uma de tipo "p" ou de duas dematerial tipo "p" e uma de tipo "n".

O primeiro chamado de transistornpn enquanto que o segundo chamado de transistorpnp.Atravs de uma polarizao de tenso adequada consegue-se estabelecer um fluxo de corrente,permitindo que o transistor seja utilizado em inmeras aplicaes como: chaves comutadoraseletrnicas, amplificadores de tenso e de potncia, osciladores, etc.

O termo bipolar refere-se ao fato dos portadores lacunas e eltrons participarem do processo dofluxo de corrente. Se for utilizado apenas um portador, eltron ou lacuna, o transistor denominadounipolar (FET).

ESTRUTURA BSICA:As figuras abaixo ilustram a estrutura bsica de um transistor, representando um circuito T

equivalente com diodos, ligados de tal forma a permitir a identificao da polarizao das junes, asquais so: base-emissor e base-coletor (B-E e B-C respectivamente).

Observa-se que no transistorpnp a juno dos dois catodos do diodo forma a base, que negativa, sendo o emissor e o coletor positivos, enquanto que no transistor npn a juno dos doisanodos forma a base que positiva, sendo o emissor e o coletor negativos. A simbologia utilizada paraos transistores de juno mostrada logo abaixo dos circuitos equivalentes "T" com diodos.

POLARIZAO:

Para que um transistor funcione necessrio polarizar corretamente as suas junes, daseguinte forma:1 - Juno base-emissor: deve ser polarizada diretamente2 - Juno base-coletor: deve ser polarizada reversamente

Esse tipo de polarizao deve ser utilizado para qualquer transistor de juno bipolar, seja elenpn oupnp.

As figuras abaixo ilustram exemplos de polarizao para os dois tipos de transistores:

ETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 1


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Observe atentamente nas figuras acima a polaridade das baterias.

OPERAO BSICA:1 - Juno diretamente polarizada:

A figura abaixo mostra o desenho de um transistorpnp com a polarizao direta entre base ecoletor. Para estudar o comportamento da juno diretamente polarizada, foi retirada a bateria de

polarizao reversa entre base e coletor.

Observa-se ento uma semelhana entre a polarizao direta de um diodo com a polarizaodireta entre base e emissor, onde aparece uma regio de depleo estreita.

Neste caso haver um fluxo relativamente intenso de portadores majoritrios do material ppara o material n.


Transistor npn com polarizaodireta entre base e emissor e

polarizao reversa entre coletor ebase.

Transistor pnp com polarizaodireta entre base e emissor e

polarizao reversa entre coletor ebase


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2 - Juno reversamente polarizada:Passemos a analisar o comportamento da juno reversamente polarizada, conforme mostra a

figura abaixo. Neste caso, foi removida a bateria de polarizao direta entre emissor e base.Observa-se agora, em virtude da polarizao reversa um aumento da regio de depleo

semelhante ao que acontece com os diodos de juno, isto ocorre um fluxo de portadoresminoritrios (corrente de fuga nos diodos), fluxo este que depende tambm da temperatura. Podemos

ento dizer que uma juno p-n deve ser diretamente polarizada (base-emissor) enquanto que a outrajunop-n deve ser reversamente polarizada (base-coletor).

FLUXO DE CORRENTE:Quando um transistor polarizado corretamente, haver um fluxo de corrente, atravs das

junes e que se difundir pelas camadas formadas pelos cristaisp ou n.Essas camadas no tem a mesma espessura e dopagem, de tal forma que:

1. A base a camada mais fina e menos dopada;2. O emissor a camada mais dopada;3. O coletor uma camada mais dopada do que a base e menos dopada do que o emissor.

Uma pequena parte dos portadores majoritrios ficam retidos na base. Como a base umapelcula muito fina, a maioria atravessa a base a se difunde para o coletor.

A corrente que fica retida na base recebe o nome de corrente de base (IB), sendo da ordem demicroampres. As correntes de coletor e emissor so bem maiores, ou seja da ordem de miliampres,isto para transistores de baixa potncia, podendo alcanar alguns ampres em transistores de potncia.Da mesma forma, para transistores de potncia, a corrente de base significativamente maior.



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Podemos ento dizer que o emissor (E) o responsvel pela emisso dos portadoresmajoritrios; a base (B) controla esses portadores enquanto que o coletor (C) recebe os portadoresmajoritrios provenientes do emissor.

A exemplo dos diodos reversamente polarizados, ocorre uma pequena corrente de fuga,praticamente desprezvel, formada por portadores minoritrios. Os portadores minoritrios so geradosno material tipo n (base), denominados tambm de corrente de fuga e so difundidos com relativa

facilidade at ao material do tipo p (coletor), formando assim uma corrente minoritria de lacunas.Lembre-se de que os portadores minoritrios em um cristal do tipo n so as lacunas.

Desta forma a corrente de coletor (IC),formada pelos portadores majoritrios provenientes doemissor soma-se aos portadores minoritrios (ICO) ou (ICBO).

Aplicando-se a lei de Kirchhoff para corrente (LKT), obtemos:

IE = IC + IB, onde:IC = IC (PORTADORES MAJORITRIOS) + ICO ouICBO (PORTADORES MINORITRIOS)

Para uma melhor compreenso, a figura a seguir ilustra o fluxo de corrente em um transistor

npn, atravs de uma outra forma de representao. No entanto, o processo de anlise o mesmo.

Na figura acima oberva-se que os portadores minoritrios (ICO ou ICBO) provenientes da base soos eltrons, que se somaro a corrente de coletor.

Verifica-se ainda em relao ao exemplo anterior (transistorpnp), que a corrente de base (IB)tem um sentido oposto , uma vez que, essa corrente formada por lacunas. Da mesma forma ascorrentes de emissor (IE) e de coletor (IC) tambm tem sentidos opostos, por serem formadas poreltrons.

OBS: Os transistores do tipo pnp e npn so submetidos ao mesmo processo de anlise,bastando para isso, inverter a polaridade das baterias de polarizao e lembrar que:

Cristal N - os portadores majoritrios so os eltrons e os minoritrios as lacunas;Cristal P - os portadores majoritrios so as lacunas e os minoritrios os eltrons.



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A figura abaixo mostra um circuito com transistornpn.

A juno base-emissor est polarizada diretamente e por isto, representa uma regio de baixaimpedncia. A voltagem de polarizao base-emissor baixa (da ordem de 0,55V a 0,7V paratransistores de silcio), polarizao esta, caracterizada pela bateria VEE enquanto que, a juno base-coletor est reversamente polarizada em funo da bateria VCC. Na prtica, VCC assume valores maioresdo que VEE.

Como j foi dito anteriormente, a corrente IC o resultado dos portadores majoritriosprovenientes do emissor. A corrente de coletor divide-se basicamente em duas componentes: acorrente proveniente do emissor e a corrente proveniente do juno reversamente polarizada coletor-

base, denominada ICBO, sendo que esta ltima assume valores extremamente baixos que em muitoscasos podem ser desprezados.

A quantidade de corrente que chega no coletor proveniente do emissor depende do tipo dematerial e dopagem do emissor. Essa quantidade de corrente varia de acordo com o tipo de transistor.

A constante de proporcionalidade dessa corrente definida como (alfa)1, de forma que, acorrente de coletor representada por IE. Os valores tpicos de variam de 0,9 a 0,99. Isto significaque parte da corrente do emissor no chega ao coletor2.

Exemplo: Qual a corrente de coletor de um transistor com = 0,95, sabendo-se que acorrente de emissor 2mA?Soluo:

IC = IEIC = 0,95 . 2mA = 1,9mA

Caso ICBO no seja desprezada, a corrente de coletor dada por:

IC = IE + ICBO ( I )

Como dito anteriormente, parte da corrente do emissor que fica retida na base forma a corrente

de base, assim:

IE = IC + IB ( II )

Substituindo ( I ) em ( II ), podemos calcular a corrente de base:

IB = (1 - ) . IE - ICBO = -1

. IC - CBOI

A relao / (1 - ) representada por (beta)3.

1O smbolo hFB algumas vezes usado na lugar de 2Isto explicvel, pois menor do que 1.3O smbolo hFE algumas vezes usado no lugar de ETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 5


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Podemos ento estabelecer as relaes:

=-1

=1+

Exemplos:a) Um transistor possui um fator = 0,92. Qual o fator ?Soluo:

=0,92-1

0,92=0,08

0,92= 11,5

b) Um transistor possui um fator = 100. Qual o fator ?Soluo:

= 1+

= 101100

= 0,99

Podemos ento estabelecer uma relao entre e .4

Temos ento:

=B

C

I

Ie =

E

C

I

I

assume valores muito mais elevados em relao a (o valor tpico de da ordem de 30a 300). Ento, quanto maior for o valor de , mais o valor de tende a aproximar-se de 1.

Assim, levando-se em conta que IC = IE, para um valor de 100, podemos considerarpara fins prticos:

IC = IE

4Alguns autores utilizam a notao CC e CCETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 6


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CONFIGURAES BSICAS:Os transistores podem ser ligados em trs configuraes bsicas: base comum (BC), emissor

comum (EC) e coletor comum (CC). Essas denominaes relacionam-se aos pontos onde o sinal injetado e retirado, ou ainda, qual dos terminais do transistor referncia para a entrada e sada desinal. BASE COMUM:

No circuito a seguir, observa-se que o sinal injetado entre emissor e base e retirado entre

coletor e base.Desta forma, pode-se dizer que a base o terminal comum para a entrada e sada do sinal.O

capacitor "C" ligado da base a terra assegura que a base seja efetivamente aterrada para sinaisalternados.

EMISSOR COMUM:No circuito emissor comum, o sinal aplicado entre base e emissor e retirado entre coletor e

emissor. O capacitor no emissor "CE" assegura o aterramento do emissor para sinais alternados. CA um capacitor de acoplamento de sinal.


CARACTERSTICAS:

Ganho de corrente (Gi): < 1 Ganho de tenso (GV): elevado Resistncia de entrada (RIN): baixa Resistncia de sada (ROUT): alta

CARACTERSTICAS:

Ganho de corrente (Gi): elevado Ganho de tenso (GV) elevado Resistncia de entrada (RIN) mdia Resistncia de sada (ROUT) alta


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COLETOR COMUM:A figura a seguir mostra um circuito na configurao coletor comum.A configurao coletor comum tambm conhecida como seguidor de emissor. Essa

denominao dada devido a tendncia de todo o sinal aplicado na entrada estar praticamente presentena sada (circuito de emissor).

O sinal de entrada aplicado entre base e coletor e retirado do circuito de emissor. O capacitor"CC" ligado do coletor a terra assegura que o coletor esteja aterrado para sinais alternados. C A um

capacitor de acoplamento de sinal.

As configuraes emissor comum, base comum e coletor comum, so tambm denominadasemissor a terra, base a terra e coletor a terra. Essas configuraes tambm podem ser apresentadasconforme ilustram as figuras abaixo:

REPRESENTAO DE TENSES E CORRENTES:

Para representar tenses e correntes em um circuito com transistores, utiliza-se usualmente omtodo convencional (do + para o -), atravs de setas.

Para as tenses, a ponta da seta aponta sempre para o potencial mais positivo e as correntes sorepresentadas com setas em sentido contrrio as das tenses.

Podemos por exemplo representar uma tenso entre coletor e emissor por V CE quando otransistor fornpn. Isto significa que o coletor mais positivo do que o emissor. Em outras palavras, a


CARACTERSTICAS:

Ganho de corrente (Gi): elevado Ganho de tenso (GV): 1 Resistncia de entrada (RIN): muito

elevada Resistncia de sada (ROUT): muito

baixa


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primeira letra aps o V (neste caso o coletor) mais positiva do que a segunda letra (neste caso oemissor).

Para um transistorpnp a tenso entre coletor e emissor representada por VEC, indicando que oemissor mais positivo do que o coletor.

A figura abaixo ilustra dois transistores com polaridades opostas, utilizando essa representao.

Na figura abaixo temos um outro exemplo utilizando essas representaes; observe que as setasque indicam o sentido da corrente so opostas aquelas que indicam as tenses.

Para as tenses VRC (tenso no resistor de coletor) e VRE ( tenso no resistor de emissor), aponta da seta indica que a tenso na parte superior desses resistores mais positiva do que na parteinferior.

POLARIZAO COM UMA NICA BATERIA:

Temos visto at agora a polarizao de transistores utilizando duas baterias, sendo uma parapolarizao da juno base-emissor e outra para a juno base-coletor.

Na maioria das vezes, uma nica bateria pode polarizar um circuito transistorizado, visto que omesmo comporta-se como um circuito fechado.

As tenses nas junes do transistor e nos componentes externos, como resistores, capacitores,indutores, etc. podem ser calculadas utilizando-se as leis de Kirchhoff para tenso (LKT).

Da mesma forma, as correntes podem ser calculadas aplicando-se LKC.A figura a seguir mostra um transistor com polarizao por divisor de tenso na base, cuja

teoria ser vista no captulo referente aos circuitos de polarizao.

Observe atentamente as indicaes das tenses e das correntes em funo do sentido das setas.



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Aplicando-se LKT, podemos obter vrias equaes:

1.VCC - VRC - VCE - VRE = 02. VCE -VBE - VCB = 0

3. VCC - VRB1 - VRB2 = 04. VRB1 - VRC - VCB = 05. VRB2 - VBE - VRE = 06. VCC - VRC - VCB - VBE - VRE = 0

Aplicando-se LKC no ponto X, temos:

1. IB = I1 - I22. I1 = I2 + IB

CURVAS CARACTERSTICAS:

As curvas caractersticas definem a regio de operao de um transistor, tais como: regio desaturao, regio de corte, regio ativa e regio de ruptura.

De acordo com as necessidades do projeto essas regies de operao devem ser escolhidas.Quando necessitamos de um transistor como chave eletrnica, normalmente as regies de corte esaturao so selecionadas; no caso de transistor operando como amplificador, via de regra, escolhe-sea regio ativa.

A regio de ruptura indica a mxima tenso que o transistor pode suportar sem riscos de danos.A seguir so mostradas algumas curvas caractersticas, apenas como fim didtico, no sendo

obedecido a rigor nenhum tipo de escala.



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CURVA CARACTERSTICA PARA MONTAGEM EM EMISSOR COMUM:

A regio de corte mostrada na rea sombreada, onde IB = 0.A curva de potncia mxima representa a mxima potncia que pode ser dissipada pelo

transistor.

CURVA CARACTERSTICA PARA MONTAGEM EM BASE COMUM:

Observa-se na curva caracterstica para montagem em base comum, que a corrente de emissorcontrola a corrente de coletor, enquanto que na curva caracterstica para montagem em emissor

comum, a corrente de base controla a corrente de coletor.

CURVA CARACTERSTICA PARA MONTAGEM EM COLETOR COMUM:



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Observe a calibrao dos eixos de tenso e corrente para a montagem em coletor comum, ondea corrente de base controla a corrente de emissor.

A figura abaixo mostra a curva caracterstica para emissor comum semelhante a vista

anteriormente, no entanto, observe a rea sombreada, a qual denominada de rea til, na qual otransistor opera com total segurana.

A regio til delimitada pela curva de potncia mxima5 e conforme dito anteriormente, otransistor trabalha com segurana, no ultrapassando a mxima potncia permitida.

CIRCUITOS DE POLARIZAO:Apresentaremos a seguir alguns circuitos de polarizao muito utilizados e suas principais

caractersticas:

1 - POLARIZAO POR CORRENTE DE BASE CONSTANTE

Tambm denominado depolarizao fixa, um circuito muito utilizado quando deseja-se queo transistor opere como chaveamento eletrnico, com dois pontos bem definidos: corte e saturao.

Por esse motivo esse tipo de polarizao no utilizado em circuitos lineares, pois muitoinstvel, pois uma variao da temperatura provoca uma variao de .

Para este tipo de polarizao: IC = IB

Para evitar o disparo trmico, adota-se geralmente: VCE = 0,5VCC

5Tambm denominada hiprbole de mxima dissipao.ETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 12


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2 - POLARIZAO POR CORRENTE DE EMISSOR CONSTANTE

Diferente do caso anterior, procura-se compensar as variaes de atravs do resistor deemissor.

Assim, quando aumentar, a corrente de coletor aumenta, aumentando tambm a tenso noemissor, fazendo com que haja uma diminuio da tenso de polarizao VBE, reduzindo a corrente de

base. Isto resulta numa corrente de coletor menor compensando parcialmente o aumento original de .

Aplicando LKT:VCC = VRC + VCE + REIE

onde: VRC = RCIClogo:

VCC= RCIC + VCE + REIE

Adota-se como prtica para garantir a estabilidade trmica sem afetar o sinal de sada: VRE =0,1VCC

Equaes bsicas:IB =

EB

CC

RR

V

+ ou ainda: IB =CI

IE = ( + 1)IB



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3 - POLARIZAO POR REALIMENTAO NEGATIVA

Este circuito reduz o ganho, mas em compensao aumenta a estabilidade.

Equaes bsicas:

VRE = 0,1VCCVRC = VCC - (VCE + VRE)

IB =CB

CC

RR

V

+

4 - SEGUIDOR DE EMISSOR

O seguidor de emissor tem como caracterstica o ganho de tenso baixo ( 1)

Equaes bsicas: VCE = 0,5VCC

RE =E

CC

I

0,5V

IE = IB

IB =EB

CC

RR

V

+

5 - POLARIZAO POR DIVISOR DE TENSO NA BASE



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A polarizao por divisor de tenso na base ou polarizao universal um dos mtodos maisusados em circuitos lineares.

A grande vantagem desse tipo de polarizao sua estabilidade trmica (praticamenteindependente de ). O nome divisor de tenso proveniente do divisor de tenso formado por RB1 eRB2, onde RB2 polariza diretamente a juno base-emissor.

Passemos a analisar como opera esse tipo de polarizao.

Aplicando Thvenin:

Abrindo o terminal da base temos: VTH =B2B1

CCB2

RR

V.R

+

Ainda com o terminal da base aberto e VCC em curto, temos:

RTH =B2B1

B2B1

RR

R.R

+

Isto nos d o circuito equivalente de Thvenin:

OBS: A resistncia equivalente de Thvenin recebe o nome de RBB enquanto que a tensoequivalente de Thvenin recebe o nome de VBB

Aplicando LKT:

VTH - RTHIB - VBE - REIE = 0



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Sendo: IB = 1IE

+, temos: IE =

1

RR

V-V

THE

BETH

++

Se RE for 10 vezes maior do que 1RTH

+, podemos simplificar a frmula:

IE =E

BETH

RV-V

Para se conseguir uma boa estabilidade no circuito utiliza-se a regra 10:1, o que equivale dizerque:

RTH 0,1 REApresentamos a seguir algumas regras prticas para a elaborao de um projeto de polarizao

por divisor de tenso na base:

VE = 0,1VCCVCE = 0,5VCC

VRC = 0,4VCCRC = 4RE

RBB = 0,1 RE

RB1 =BB

CCBB

V

V.R ou RB1 = RBB .

BB

CC

V

V

RB2 =BBB1

BBB1

R-R

R.R ou RB2 =

CC

BB

BB

V

V-1

R

Clculo das correntes de emissor, base e coletor

Em funo de

IB = 1)(IE

+ - ICBO IE = ( + 1)IB + ( + 1)ICBO

IC = IB + ( + 1)ICBO onde: ( + 1)ICBO = ICEO

Em funo de :Partindo da equao ( II ) da pgina 6 desta apostila:

IC = IE + ICBO

temos: IE = IC + IBlogo: IC = (IC + IB) + ICBO

portanto: IC = IC + IB + ICBOresolvendo: IC - IC = IB + ICBOcolocando IC em evidncia resulta:

IC (1 - ) = IB + ICBOportanto:



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IC = +

-1

I

-1

I CBOB

CORRENTES DE FUGA NO TRANSISTOR:

IEBO: a corrente entre base e emissor com o coletor aberto. No normal termos estasituao, uma vez que a juno base-emissor de um transistor sempre polarizada diretamente.

ICEO:Esta corrente ao contrrio da anterior, tem um elevado significado. Trata-se da corrente

entre coletor e emissor com a base aberta.

ICEO = ( + 1)ICBOBasicamente determina a amplificao de um circuito, conforme ser visto mais adiante.

ICBO: Varia com a temperatura, sendo de grande importncia, uma vez que, para cada 10C deaumento de temperatura, essa corrente dobra. a corrente entre coletor e base, com o emissor aberto.

EXERCCIOS RESOLVIDOS SOBRE POLARIZAO:

1 - Dado o circuito abaixo, polarizar o transistor na regio ativa, determinando o valor dos resistores eas correntes.

Soluo:Adotando VE = 0,1VCC, VCE = 0,5VCC e VRC = 0,4VCC, temos:VE = VRE = 1,2VVCE = 6VVRC = 4,8V

Clculo de IB

Como = 100, podemos fazer IC = IE, logo: IB = CI =

1003mA = 30 A

Clculo de RE


DADOS: = 100IC = 3mAVBE = 0,7V


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RE =E

RE

I

V=3mA

1,2V= 400

Clculo de RBBRBB = 0,1 .400 = 4k

Clculo de VBB

VBB = RBBIB + VBE + VRE = 4.000.(30.10-6) + 0,7 +1,2 = 0,12 + 0,7 + 1,2

VBB = 2,02VClculo de RC

RC =C

RC

I

V=3mA

4,8V= 1,6k (equivalente a 4RE)

Clculo de R1

R1 =BB

CCBB

V

V.R=

02,2

(12).4.000=

2,02

48.000= 23.762

Clculo de R2

R2 =BB1

BB1

R-R

R.R=

4.000-762.23

4.000)(23.762).(=19.762

95.048= 4.817

Podemos tambm calcular R2 da seguinte forma:

R2 =CC

BB

BB

V

V-1

R

=12

2,02-1

4.000

=0,1683-1

4.000=0,8317

4.000= 4.809 4.817

RESPOSTAS:

RC 1,6kRE 400R1 23,762kR2 4,817kIB 30 AIE 3mAIC 3mA

2 - Dado o circuito a seguir, calcule: , ICEO, IC, IB, RC e RB.


DADOS:IE = 4mAVBE = 550mVVCE = 5VVCC = 12VICBO = 6 A = 0,92


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Clculo de

11,50,92-1

0,92

-1 ==

=

Clculo de ICEOICEO = ( + 1)ICBO = 12,5.(6 A) = 75 A

Clculo de ICIC = IE + ICBO = 0,92.(4mA) = 3,68mA + 75 A = 3,755mA

Clculo de IBIB = IE - IC = 4mA - 3,755mA = 245 A

Clculo de RC

RC =C

RC

I

V VRC = VCC - VCE - VRE (onde VRE = 0,1VCC)

VRC = 12 - 5 - 1,2 = 5,8V

RC =3,755mA

5,8V= 1.54k (1.544,6 )

Clculo de RE

RE =E

RE

I

V=4mA

1,2= 300

Clculo de RB

RB =B

RB

I

V VRB = VCC - VBE - VRE VRB = 12 - 0,55 - 1,2 = 10,25V

RB =A245

10,25V

= 41,84k (41.836,7 )

RESPOSTAS:

11,5ICEO 75 AIC 3,755mAIB 245 ARC 1.54k

RE 300RB 41,84k



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3 - No seguidor de emissor a seguir, calcule todas as tenses e correntes de polarizao, considerando = 40.

Clculo de IB

IB = A72,12208k15

108k100k15

)40(2,7k100k15

RRV

EB

CC ==+=+=+

Clculo de IEIE = ( + 1).IB = (41).72,12 A = 2,96mA

Clculo de VCEVCE = VCC - REIE = VCC - VRE = 15 - (2,7k . 2,96mA) = 15 - 7,992V = 7,008V 7VVRE = 7,992V 8V

RESPOSTAS:

IB 72,12 AIE 2,96mA

VCE 7VVRE 8V

4 - Calcule as correntes e as tenses de polarizao no circuito a seguir:

Considere = 100.

Clculo de IB



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IB = A20,27740k15

470k270k

15

100.4k7270k

15

RR

V

CB

CC==

+=

+=

+

Clculo de ICIC = IB = 100.(20,27 A) = 2,027mA

Clculo de VCE

VCE = VCC - RCIC = 15 - (4k7 . 2,027mA) = 15 - 9,527 = 5,473V

RESPOSTAS:

IB = 20,27 A IC = 2,027mA VCE = 5,473V

5 - Calcule IC, IB, RC e RB no circuito abaixo.

Equaes bsicas( I ) VCC - VRC - VCE - VRE = 0VRC = RCIC e VRE = REIE, temos:( II ) VCC = RCIC + VCE + REIE

Clculo de IC

=B

C

I

I, logo: IC = 6 A . 200 = 1,2mA

Clculo de IEIE = IC + IB = 1,2mA + 6 A = 1,206mA 1,2mAQuando > 100, podemos considerar IC = IEClculo de RCUtilizando a equao ( II )15 = (RC . 1,2mA) + 8 + (150 . 1,2mA) 15 = (RC . 1,2mA) + 8 + 0,1815 = (RC . 1,2mA) + 8,18

RC = =5,68kmA2,1

8,18-15(5.683,3 )

Clculo de RBVRB = VCB + VRC



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RBIB = VCB + RCIC como: VCE = VCB + VBE, ento: VCB = 8 - 0,6 = 7,4V

desta forma: RB . (6 A) = 7,4 + (5,68k . 1,2mA) = 7,4 + 6,816 = 14,216V

RB =A6

14,216V

= 2,37M (2.369.333,33 )

RESPOSTAS:

IC = 1,2mA RC = 5,68kIE= 1,2mA RB= 2,37M

RETA DE CARGA:Podemos determinar o ponto de operao de um transistor atravs da reta de carga, definindo

em um projeto ou aplicao os parmetros de tenso e corrente.

Esse mtodo grfico somente pode ser aplicado se tivermos disponvel a curva caracterstica dotransistor, fornecida pelo fabricante.

A vantagem da utilizao do mtodo grfico a rapidez na anlise dos pontos de operao deum transistor.

Neste captulo abordaremos apenas reta de carga para CC; reta de carga para CA ser abordadaposteriormente.

Entende-se como ponto de operao, um determinado ponto em que o transistor opera naausncia de sinal, podendo esse ponto ser escolhido ao longo da reta de carga, se quisermos que eleopere na regio linear, regio de corte ou regio de saturao.

Este ponto denominado "ponto quiescente" ou simplesmente "Q".

Tomemos como exemplo o circuito a seguir na montagem em emissor comum, onde a curvacaracterstica do transistor mostrada ao lado.

Observe as reas sombreadas, que representam as regies de corte e de saturao.Para determinarmos a reta de carga, necessitamos de dois pontos. Atravs da equao VCC =(RC + IE)IC + VCE, obtemos:



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1 ponto: para IC = 0, temos VCC = VCE = 25V

2 ponto: para VCE = 0, temos IC = 20mA1,25k

25V

RR

V

EC

CC=

=

+

Procedimento:

Traa-se ento a reta de carga unindo os dois pontos.

Para que o transistor opere na regio linear, o ponto Q dever ser o ponto mdio da reta decarga. No nosso exemplo o ponto mdio (bem aproximado) coincidiu com a corrente de baseequivalente a 30 A.

A partir da ento podemos determinar a corrente de coletor e a tenso entre coletor e emissor:ICQ = 11,25mA

VCEQ = 11VIBQ = 30 A

Podemos ento calcular o e aplicar LKT para determinar a tenso nos resistores:

= 375A30

11,25mA

I

I

B

C=

=

Partindo da equao: VCC = VRC + VCE + VREVRC = (11,25mA).1k = 11,25VVRE = (11,25mA).250 = 2,812VEnto: VCC = 11,25 + 11 + 2,812 = 25,062V 25V



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Se na mesma curva selecionarmos um ponto quiescente (Q1) mais prximo da regio desaturao, por exemplo IB = 45 A, teremos um aumento da corrente de coletor e uma diminuio deVCE; para um ponto quiscente (Q2) mais prximo da regio de corte, por exemplo IB = 10 A, teremosuma diminuio da corrente de coletor e um aumento de VCE, conforme ilustra a figura abaixo:

CONCLUSES:1. Quando um transistor opera na regio de saturao ou bem prxima dela, a tenso entre coletor e

emissor (VCE) tende a zero, pois aumenta consideravelmente a corrente de coletor.2. Quando um transistor opera na regio de corte ou bem prxima dela, a tenso entre coletor e

emissor (VCE) tende a se igualar a VCC, pois a corrente de coletor tende a zero.

A tenso de saturao tpica para um transistor de silcio da ordem de 150 a 250mV.

Podemos ento aplicar LKT referente aos pontos Q1 e Q2, e constatar a variao de ao longoda reta de carga.

Para Q1:

= 400A45

18mA

I

I

B

C=

=

VCC = VRC + VCE + VRE = 1k .(18mA) + 2,6 + 250 .(18mA)

VCC = 18 + 2,6 + 4,5 = 25,1V 25VPara Q2:

= 250A10

2,5mA

I

I

B

C =

=

VCC = VRC + VCE + VRE = 1k .(2,5mA) + 22 + 250 .(2,5mA)VCC = 2,5 + 22 + 0,625 = 25,125V 25V

A reta de carga pode ser tambm obtida para uma configurao base comum ou emissorcomum, seguindo o mesmo processo. Apresentaremos um exemplo de uma reta de carga para uma

montagem em base comum.



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Como no caso anterior, devemos determinar dois pontos para traar a reta de carga.1 ponto:

Quando IC = 0, temos VCB = VCE = VCC.Observe que o eixo da tenso est calibrado em VCB.Quando IC = 0, VBE = 0, como VCB = VCE - VBE, logo VCB = VCE - 0Portanto, VCB = 25V

2 ponto:

Para VCE = 0, temos: IC = 25mA1k

25V

R

V

C

CC=

=

Neste caso RE o circuito de entrada da configurao base comum, sendo ento desconsideradopara calcular um dos pontos da reta de carga.



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Podemos ento aplicar LKT no circuito em funo dos dados obtidos no grfico. Como trata-sede uma configurao base-comum, existem duas malhas definidas: uma para o circuito de entrada(base-emissor) e outra para o circuito de sada (base-coletor). Veja a figura abaixo:

Onde: VRC = RCIC = 1k .(12mA) = 12VVRE = REIE = 2k .(12,2mA) = 24,4VDesta forma: VCE = VCB + VBE = 13 + 0,6 = 13,6V

TRANSISTOR COMO CHAVE ELETRNICA:

a forma mais simples de operao de um transistor, pois ao longo da reta de carga sodefinidos apenas dois pontos: corte e saturao e, portanto, podemos dizer que quando um transistorest saturado, comporta-se como uma chave eletrnica fechada e quando est em corte, como umachave eletrnica aberta.

Para que efetivamente o transistor opere como uma chave eletrnica, preciso garantir suasaturao para qualquer tipo de transistor, sob todas as condies de funcionamento; variao da



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temperatura, correntes, , etc.Na prtica, ao projetar uma chave eletrnica com transistor, utiliza-se a corrente de base da

ordem de 1/10 da corrente de coletor no extremo superior da reta de carga, conforme mostra a figuraabaixo:

O valor de 20mA foi escolhido na curva caracterstica e portanto, a corrente de base ser1/20mA = 2mA.

OBS: Na elaborao do projeto, deve-se tomar o cuidado de no ultrapassar os valoresmximos especificados pelo fabricante, como corrente de coletor, corrente de base, tenso entrecoletor e emissor, potncia de dissipao, etc.

Estamos considerando o valor de 20mA plenamente compatvel com nosso exemplo de projeto.Podemos ento definir os valores de RC e RB

RB = ==== 5,65k2mA

11,3V

2mA

0,7-12

I

V-V

I

V

B

BECC

B

RB

Considerando VCE de saturao = 0, teremos: RC = == 6002mA

12V

I

V

C

CC

Para levar o transistor ao corte, basta abrir Sw, pois com isso, IB = 0.Admitamos que queiramos no mesmo circuito controlar um led.

Deveremos ento recalcular o valor de RC.

Supondo que a tenso no ledseja de 1,5V (valor tpico), ento:

RC = === 92520mA

18,5V

20mA

1,5-20

I

V-V

C

CC led

OBS: importante observar se o led suporta a corrente do projeto.



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Um outro exemplo de transistor usado como chave mostrado abaixo.

Um sinal cuja forma de onda quadrada e amplitude que varia de 0 a 5V aplicado na entrada.

No instante 1, com 0V na entrada o transistor entra em corte, operando como uma chave abertae teremos na sada 15V (VCC); no instante 2, com 5V na entrada o transistor entra em saturao,

operando como uma chave fechada e portanto, teremos na sada 0V.O prximo passo verificar se os valores adotados para RC e RB garantem a saturao do

transistor, ou seja, IB deve ser da ordem de 1/10 de IC.

IB = 0,915mAk7,4

0,7V-5V=

IC = 10mAk5,1

15V =

Portanto, a relao vlida (10/0,915 = 10,9), garantindo a saturao.

TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE:Consiste em tornar a tenso de emissor fixa, resultando assim em uma corrente de emissor fixa.Pelo fato da tenso VBE ser fixa (da ordem de 0,7V), VE seguir as variaes da tenso de

entrada (VBB), isto , se a tenso de entrada aumentar de 6V para 10V, a tenso V E (nos extremos deRE) variar de 5,3V para 9,3V.

Ao contrrio do transistor como chave eletrnica, o ponto de operao situa-se na regio ativaao longo da reta de carga.

A identificao entre um circuito com transistor operando como chave eletrnica e como fonteETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 28


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de corrente fcil; quando opera como chave eletrnica, o emissor aterrado e existe um resistor nabase, ao passo que, como fonte de corrente o emissor aterrado atravs de um resistor, no havendoresistor na base.

Quando desejamos acionar um led, o ideal faz-lo atravs de uma fonte de corrente,principalmente quando o valor de VCC baixo, levando-se em conta a queda de tenso no ledda ordemde 1,5 a 2,5V.

A ilustrao abaixo mostra as diferenas entre uma chave eletrnica e uma fonte de corrente.Para entender melhor o que foi acima exposto, vamos considerar um transistor operando como

chave de corrente.

Devemos ento estabelecer um valor ideal de RE para nosso projeto.Vamos supor:VBB (tenso de entrada) = +5VVCC = +12VIC = 5mA (um ponto mdio da reta de carga dentro da regio ativa)

Determinar: As tenses em RC para os valores de 10 e 1000 O valor de VCE nas duas condies

Determinando RE

Considerando IC = IE, temos:



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RE = ==== 8605mA

4,3V

mA5

0,7V-5V

I

V

I

V-V

E

RE

E

BEBB

Lembrar que VBB - VBE= VRE= VEA tenso de 4,3V ficar fixa, fixando tambm a corrente do emissor, para uma grande gama de

valores de RC, desde que o transistor opere dentro da regio ativa.

Calculando VRCLevando-se em conta que a tenso do emissor est amarrada em 4,3V ento, para os dois casos

IC = 5mA (estamos admitindo IE = IC).

Para RC = 470 VRC = 10 .(5mA) = 0,05VPara RC = 1,5k VRC = 1k .(5mA) = 5V

Para satisfazer a equao VCC - VRC - VCE - VRE = 0, a tenso VCE que variar, assim sendotemos:

Para RC = 10VCE = 12 - 0,05 - 4,3 = 7,65V

Para RC = 1kVCE = 12 - 5 - 4,3 = 2,7V

CONCLUSES: A corrente de coletor manteve-se constante para uma variao muito grandede RC (100 vezes).

Mesmo com RC = 0 a corrente de emissor se manter em 5mA. No entanto, se RC assumirvalores mais elevados, suponhamos 4k , teramos teoricamente VRC = 20V, o que invalidaria a

equao VCC - VRC - VCE - VRE = 0, em outras palavras, para satisfazer a dita equao, IC teria queassumir valores menores. Deve-se portanto evitar trabalhar com valores de RC que propiciem umatenso VCE muito prxima da regio de saturao.

O valor da corrente de coletor no depende do valor de , isto , ao substituir o transistor poroutro de diferente, a corrente de coletor permanecer praticamente igual.

Quanto maior for RE (respeitando-se as caractersticas do projeto), mais estvel torna-se acorrente de coletor.

Quando o valor de VCC for relativamente baixo (por exemplo 5V) o acionamento de leds maiseficaz com uma fonte de corrente, pois para leds de cores, tamanhos e fabricantes diferentes (a tenso

pode variar de 1,5V a 2,5V), a corrente ser praticamente constante no prejudicando a luminosidade.

Para fixar melhor o conceito referente ao transistor operando como fonte de corrente vamos



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admitir uma situao conforme ilustra a figura abaixo.Os leds L-1 e L-2 necessitam de uma corrente de 15mA para obter uma luminosidade ideal. No

entanto L-1 proporciona uma queda de 1,5V enquanto que L-2 uma queda de 2,5V. Poder o led 2 tersua luminosidade diminuda por necessitar de mais tenso?

Soluo:A primeira impresso de que realmente o led 2 ter sua luminosidade diminuda, pois em

comparao ao led 1 necessita de mais tenso em seus terminais.

No entanto como os leds esto sendo acionados por uma fonte de corrente tal no acontecer,conforme ser mostrado nos clculos a seguir:

Fixando a corrente de emissor:Se ambos os leds necessitam de 15mA para o brilho ideal ento basta fixar a corrente de

emissor em 15mA, dimensionando o valor de RE.

RE = 153,33315mA

0,7V-3V

I

V-V

E

BEBB== (onde VBB - VBE = VRE)

Adotaremos ento RE = 150

Para o led 1: VCE = 6 - Vled- VRE = 6 - 1,5 - 2,3 = 2,2VPara o led 2: VCE = 6 - Vled- VRE = 6 - 2,5 - 2,3 = 1,2V

Desta forma, a luminosidade do led 2 no ser diminuda.

A figura a seguir mostra que a corrente nos leds permanece constante, embora as tenses sejamdiferentes.

Reta de carga de L-11 ponto:

IC = 30mA150

1,5V-6V

R

V-V

E

CC=

=

led

2 ponto:VCE = VCC - Vled= 6 - 1,5 = 4,5V

Reta de carga de L-2



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1 ponto:

IC = 23,3mA150

2,5V-6V

R

V-V

E

CC=

=

led

2 ponto:VCE = VCC - Vled= 6 - 2,5 = 3,5V

REGULADOR SRIE:

O regulador srie na realidade uma fonte de alimentao regulada mais sofisticada em relaoaos reguladores que utilizam apenas diodo zener.

O diodo zener atua apenas como elemento de referncia enquanto que o transistor o elementoregulador ou de controle. Observa-se que o transistor est em srie com a carga, da o nome regulador

srie.FUNCIONAMENTO:

A tenso de sada estar disponvel na carga (VL), ento: VL = VZ - VBE Como VZ >> VBE podemos aproximar: VL = VZ Sendo VZ constante, a tenso no ponto "x" ser constante Caso VIN aumente podemos analisar o que acontece aplicando LKT:

VIN = VR + VZ, mas VR= VCB, logo: VIN = VCB + VZVCE = VCB + VBE

Portanto, quando VIN aumenta, como VZ constante, VCB tambm aumentar provocando umaumento de VCE, de modo a suprir a variao na entrada, mantendo VL constante.

VL = VIN - VCE

Ento: se VIN aumenta VCE aumenta VL no se altera

Caso VIN diminua podemos analisar o que acontece aplicando LKT, obedecendo os mesmosprincpios adotados anteriormente. Neste caso VCB diminui.

Com a diminuio de VIN VCE diminui VL no se altera

LIMITAES:Valores mnimos e mximos de VINComo VIN = VR+ VZ e VR= R.IR mas IR= IZ + IB

ento:VIN = R(IZ + IB) + VZ



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Para VIN mnima temos: VIN(MIN) = R(IZ(MIN) + IB(MAX))Portanto, abaixo do valor mnimo de entrada o diodo zener perder suas caractersticas de

estabilizao.

Para VIN mxima temos: VIN(MAX) = R(IZ(MAX) + IB(MIN))Acima do valor mximo de entrada o diodo zener perder tambm suas caractersticas de

estabilizao e ser danificado.

CONDIES PARA UM PROJETO:

Alguns parmetros devem ser observados para que o circuito opere em condies normais semdanificar seus componentes. Tenso de entrada mxima:

VIN(MAX) = (IB(MIN) + IZ(MAX)).R + VZ ( I )Na pior condio RL = (carga aberta), logo IB(MIN) = 0

VIN(MAX) = R.(IZ(MAX)) + VZ

onde: IZ(MAX) =Z

Z(MAX)

V

P

Tenso de entrada mnima:VIN(MIN) = (IB(MAX) + IZ(MIN)).R + VZ ( II )

De ( I ) tiramos: IZ(MAX) =R

V-V ZIN(MAX)( III)

De ( II ) tiramos: IZ(MIN) + IB(MAX) =R

V-V ZIN(MIN)( IV )

Dividindo ( III ) e ( IV ) temos:

ZIN(MIN)

ZIN(MAX)

B(MAX)Z(MIN)

Z(MAX)

V-V

V-V

II

I=

+

PROJETOProjetar uma fonte de alimentao estabilizada com diodo zener e transistor com as seguintes

caractersticas:Tenso de sada (VL): 6V

Corrente de sada mxima (IL(MAX)): 1,5ATenso de entrada (VIN): 12V 10%

Escolha do transistor

O transistor a ser utilizado dever obdecer as seguintes caractersticas:

VCBO > VIN(MAX) no caso 13,2VIC(MAX)6> IL(MAX) no caso 1,5APC(MAX)7> (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX)

Supondo que o transistor escolhido seja o BD235, que de acordo com o manual do fabricante

tem as especificaes:6IC(MAX) a mxima corrente que o coletor pode suportar7PC(MAX) a mxima potncia de dissipao do coletorETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 33


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VCBO(MAX) = 45VIC(MAX) = 2A

PC(MAX) = 25W > 40 < 250

Neste caso, o valor mnimo de beta 40 e o mximo 250. Para que o projeto funcione sem

problemas adota-se o beta de menor valor.

O transistor escolhido atende as exigncias quanto a VCBO(MAX) e IC(MAX). No entanto precisoverificar se a potncia que ser dissipada pelo coletor ser suficiente para este projeto.

Verificando a potncia que ser dissipada pelo coletor:

PC(MAX) = (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX)IC(MAX) = IE(MAX) - IB(MAX)IE(MAX) = IL(MAX) IC(MAX) = IL(MAX) - IB(MAX)

IB(MAX) =)MIN(

C(MAX)I

logo: IC(MAX) = IL(MAX) - )MIN(C(MAX)I

IC(MAX) =)MIN(

L(MAX)

11

I

+=

1,46A1,025

1,5

0,0251

1,5

40

11

1,5==

+=

+

PC(MAX) = (13,2V - 6V) . 1,46A = 10,5W

O transistor escolhido atender as necessidades do projeto quanto a dissipao de potncia,

por estar abaixo da potncia mxima especificada pelo fabricante. Torna-se necessrio entretanto ouso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor.

Escolha do diodo zener:

Levando-se em conta que VL = VZ - VBE e que VBE 0,7V, se adotarmos um diodo zener comtenso nominal de 6V, ento na carga teremos 5,3V. O ideal ento adotar um diodo zener com 6,7V,

porm este valor no comercial. O valor comercial mais prximo encontrado o BYXC6V8, que temuma tenso nominal de 6,8V e PZ(MAX) igual a 500mW com IZ(MIN) = 8mA.

PZ(MAX) = 73,53mA6,8V0,5W

=

Teremos ento na carga 6,1V, valor este, perfeitamente aceitvel.

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

IZ(MAX) = ( )B(MAX)Z(MIN)ZIN(MIN)

ZIN(MAX)II.

V-V

V-V+

IB(MAX) = 36,5mA40

1,46A

I

)MIN(

C(MAX) ==

IZ(MAX) = ( )36,5mA8mA.6,8V-10,8V

6,8V-13,2V+



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IZ(MAX) = 71,2mA44,5mA.4V

6,4V=

Como PZ(MAX) terico = 73,53mA e IZ(MAX) = 71,2mA o diodo zener escolhido pode ser utilizado.

Clculo de R:

Para a mxima de tenso de entrada: VIN(MAX) = 13,2V

VIN(MAX) = R.(IB(MIN) + IZ(MAX)) + VZ

Na pior condio: RL = IB(MIN) = 0

VIN(MAX) = (R . IZ(MAX)) + VZ

R = === 87,0473,53mA

6,4V

mA53,73

6,8V-13,2V

I

V-V

)MAX(Z

ZIN(MAX)

Para a mnima tenso de entrada: VIN(MIN) = 10,8V

R = ==+=

+89,89

44,5mA

4V

8mA36,5mA

6V-10,8V

II

V-V

Z(MIN)B(MAX)

ZIN(MIN)

Portanto R dever ser maior do que 87,04 e menor do que 89,89 . Adotaremos o valor comercialmais prximo: 91

Potncia dissipada pelo resistor:

P =R

E2

P =R

)V(V2

Z-IN(MAX) = 0,508W91

(6,8V)

91

6V)-(13,2V22

==

Podemos adotar um valor comercial mais prximo: 1W

REGULADOR PARALELO:A exemplo do regulador srie, o transistor atua como elemento de controle e o zener como

elemento de referncia.

Como a carga fica em paralelo com o transistor, da a denominao reguladorparalelo, cujocircuito mostrado abaixo.



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A anlise do seu funcionamento segue basicamente os mesmos princpios do regulador srie,no que diz respeito aos parmetros do transistor e do diodo zener.

FUNCIONAMENTO: VZ = VCB como VZ constante, VCB ser constante VCE = VCB + VBE, mas VCB >> VBE

logo: VCE = VCB, onde VCE = VZ

Ao variar a tenso de entrada dentro de certos limites, como VZ fixa, variar VBE variando acorrente IB e consequentemente IC. Em outras palavras, variando-se a tenso de entrada ocorrer umaatuao na corrente de base a qual controla a corrente de coletor.

Neste caso, VCE tende a parmanecer constante desde que IZ no assuma valores menores queIZ(MIN) e maiores que IZ(MAX).

Os parmetros para o projeto de em regulador paralelo so essencialmente: VIN, VL e IL(MAX).

Tenso de entrada mxima:

Na pior condio RL = IL = 0VIN(MAX) = R1.(IL(MAX) + IC(MAX)) + VZ + VBE

C(MAX)Z(MAX)

1

BEZIN(MAX)II

R

V-V-V+= ( I )

Tenso de entrada mnima:VIN(MIN) = R1.(IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + VZ + VBE

L(MAX)C(MIN)Z(MIN)

1

BEZIN(MIN)III

R

V-V-V+= + ( II )

Dividindo ( I ) e ( II ), temos:

BEZIN(MIN)

BEZIN(MAX)

L(MAX))MIN(CZ(MIN)

C(MAX)Z(MAX)

V-V-V

V-V-V

III

II=

+++

Isolando IZ(MAX):

IZ(MAX) = C(MAX)L(MAX)C(MIN)Z(MINBEZIN(MIN)

BEZIN(MAX)I-)II(I.

V-V-V

V-V-V++

( III )

OBS: IC(MIN) a corrente de coletor para uma tenso de entrada mnima. Em muitos projetos amesma pode ser desprezada por no ter influncia significativa no resultado final.



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Corrente em R2:

IR2 = IZ(MIN) - IB(MIN), onde IB(MIN) =)MIN(

C(MIN)I

portanto: IR2 = IZ(MIN) -)MIN(

C(MIN)I

( IV )

Quando a tenso de entrada for mxima e a carga estiver aberta (pior condio), um acrscimo

de corrente circular pelo diodo zener. Como VBE praticamente constante, essa corrente circularpela base do transistor, da ento teremos:

R 2Z ( M A X )B ( M A X )

B ( M A X.)M I N(C ( M A X )

I-II

II

=

=

IC(MAX) = (MIN) . (IZ(MAX) - IR2 ( V )

Substituindo ( V ) em ( III ), temos:

IZ(MAX) =

BEZIN(MIN)

BEZIN(MAX)

V-V-V

V-V-V

. (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) - (MIN).(IZ(MAX) - IR2

IZ(MAX) =1

1.I)II(I.

V-V-V

V-V-V

)MIN(

R2.)MIN(L(MAX)C(MIN)Z(MIN)

BEZIN(MIN)

BEZIN(MAX)

+

+++

Escolha do transistor:Devero ser observados os parmetros:

VCEO8 > (VZ + VBE)IC(MAX) > IL(MAX)

PC(MAX) > (VZ + VBE) . IC(MAX)

Escolha do diodo zener:Os parmetros so idnticos aos adotados no regulador srie.

PROJETOProjetar um regulador paralelo , com as seguintes caractersticas:

VL = 15VIC(MAX) = 600mA

VIN = 22V 10%

Escolha do transistor:O transistor dever ter as seguintes caractersticas:

VCEO > (VCE + VVBE)Ic(MAX) > IL(MAX)

PC(MAX) > (VZ + VBE) . IC(MAX)

Adotaremos o transistor 2N3534, que tem as caractersticas:

VCEO = 35VIC(MAX) = 3A

PC(MAX) = 35W

8VCEO a tenso entre coletor e emissor com a base abertaETE JOO LUIZ DO NASCIMENTO - TRANSISTORDEJUNOBIPOLAR I - Prof. Mrio Goretti 37


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(mnimo = 40; mximo = 120)

Escolha do diodo zener:O diodo zener escolhido foi o BZXC1C15, que tem as caractersticas:

PZ(MAX) = 1,3WIZ(MIN) = 20mA

VZ = 15V

IZ(MAX) = 86,67mA15V

1,3W

V

P

Z

Z(MAX)==

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

IZ(MAX) =1

1.I)II(I.

V-V-V

V-V-V

)MIN(

R2.)MIN(L(MAX)C(MIN)Z(MIN)

BEZIN(MIN)

BEZIN(MAX)

+

+++

Desprezando IC(MIN) ICMIN) = 0, ento como IR2 = IZ(MIN) -)MIN(

C(MIN)I

, IR2 = 20mA

IZ(MAX) =41

1.40.(20mA)600mA)0(20mA.

0,7V-15V-19,8V

0,7V-15V-24,2V

+++

IZ(MAX) = 0,0244.800mA)(620mA.4,1V

8,5V

+

= (2,073 . 1,42).0,0244 = 71,83mA

IZ(MAX) = 71,83mA (o zener pode escolhido compatvel)

Calculando IC(MAX):IC(MAX) = (MIN) . (IZ(MAX) - IR2)IC(MAX) = 40 . (71,83mA - 20mA)IC(MAX) = 40 . 51,83mA = 2,073A

IC(MAX) = 2,073A (o transistor compatvel quando a IC(MAX))

Calculando PC(MAX):PC(MAX) = (VZ + VBE) . IC(MAX) = 15,07 . 2,073 = 31,24W

PC(MAX) = 31,24W

O transistor escolhido atender as necessidades do projeto quanto a dissipao de potncia,por estar abaixo da potncia mxima especificada pelo fabricante. Torna-se necessrio entretanto ouso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor.

Calculando R2:VR2 = R2.IR2 VR2 = VBE

R2 = == 3520mA

0,7V

20mA

VBE(adotar 33 )

PR2 =( ) ( )

14,85mW33

0,49V

33

0,7

R

E2

2

2R2

=

=

=

Calculando R1:



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R1 = ==+=

++6,613

620mA

4,1V

600mA20mA

0,7V-15V-19,8V

III

V-V-V

L(MAX)C(MIN)Z(MIN)

BEZIN(MIN)

OBS: IC(MIN) = 0

R1 = ==+=

+3,94

2,16

V5,8

2,073A86,67mA

0,7V-15V-24,2V

II

V-V-V

C(MAX)Z(MAX)

BEZIN(MAX)

R1 dever ser maior do que 3,94 e menor do que 6,6133,94 < R < 6,61

R1 adotado = 5,6 (valor comercial)

Potncia dissipada por R1:

PR1 =( ) ( ) ( ) ( )

12,9W5,6

8,5V

5,6

0,7V-15V-24,2V

5,6

V-V-V

R

V222

BEZIN(MAX)

1

2R1

=

=

=

=

(adotar 15W - valor comercial)

REGULADOR COM AMPLIFICADOR DE ERRO:

O regulador com amplificador de erro torna o circuito mais sensvel s variaes da tenso deentrada, ou variaes da corrente de carga, atravs da introduo de um transistor junto ao elemento dereferncia.

A figura a seguir ilustra esse tipo de regulador, onde os elementos que compem o circuito temas seguintes funes:

Diodo Zener: utilizado como elemento de referncia de tenso;

Transistor T1: o elemento de controle, que ir controlar a tenso de sada a partir deuma tenso de correo a ele enviada atravs de um circuito comparador;

Transistor T2: basicamente um comparador de tenso DC, isto , compara duastenses, VR2 e VR3, sendo a tenso VR3 fixa (denominada tambm tenso de referncia), cujafinalidade controlar a tenso de polarizao do circuito de controle. Qualquer diferena detenso entre os dois resistores ir fornecer sada do comparador uma tenso de refernciaque ser aplicada ao circuito de controle.

FUNCIONAMENTO:



40/47

Quando houver uma variao da tenso de entrada, a tendncia ocorrer uma variao datenso de sada.

Supondo que VIN aumente, a tenso nos extremos de RL tender a aumentar, aumentando atenso VR2 e VR3, mas, como a tenso no emissor de T2 fixada por VZ, ento um aumento de tenso no

ponto "x" provocar um aumento de VBE2, que aumentar IB2 e consequentemente IC2.

Quando IC2 aumenta, haver um aumento da tenso em R1 (VR1), uma vez que a tenso doemissor de T2 fixada pela tenso de zener (VZ).

Como VBE1 fixa, ento um aumento de VR1 provocar um aumento de VCE1.

Lembrar que VR1 = VCB1 e que VCB1 + VBE1 = VCE1.

Um aumento de IC2 provocar tambm um discreto aumento na corrente de base de T1 (IB1).IC2 = IR1 - IB1IR1 = IC2 + IB1

FORMULRIO: Considerando a tenso de entrada mxima

VIN(MAX) = VL + VBE1(MIN) + R1.(IZ(MAX) + IB1(MIN))mas, IZ(MAX) >> IB1(MIN), logo:

VIN(MAX) = VL + VBE1(MIN) + R1.(IZ(MAX))

IZ(MAX) =1

BE1(MIN)LIN(MAX)

R

V-V-V( I )

Considerando a tenso de entrada mnima

VIN(MIN) = VL + VBE1(MAX) + R1.(IZ(MIN) + IB1(MAX))

IZ(MIN) + IB(MAX) =1

BE1(MAX)LIN(MIN)

R

V-V-V

mas, IB(MAX) =)MIN(1

L(MAX)I

IL(MAX) IC(MAX) temos ento:

1

BE1(MAX)LIN(MIN)

)MIN(1

L(MAX)Z(MIN)

R

V-V-V

II =

+ ( II )

dividindo ( I ) e ( II )

BE1(MAX)LIN(MIN)

BE1(MIN)LIN(MAX)

)MIN(1

L(MAX)Z(MIN)

Z(MAX)

V-V-V

V-V-V

II

I=

+

IZ(MAX) =

+

)MIN(1

L(MAX)Z(MIN)

BE1(MAX)LIN(MIN)

BE1(MIN)LIN(MAX) II.

V-V-V

V-V-V ( III )

Clculo de R1



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R1 >Z(MAX)

BE1(MIN)LIN(MAX)

I

V-V-V R1 IL(MAX) = 0,8AVCEO > VIN(MAX) - VL = 27,5 - 12 = 15,5V

PC(MAX) > (VIN(MAX) - VL).IL(MAX) = (27,5V - 12V).800mA = 12,4W

O transistor escolhido foi o BD233 que tem os seguintes parmetros:VCEO = 45VIC(MAX) = 2A

PC(MAX) = 25W (MIN) = 40 (MAX) = 250

Escolha do diodo zener:Podemos escolher uma tenso de referncia. Adotamos como tenso de referncia para nosso

projeto VZ aproximadamente 0,5VL. No entanto, outro valor pode ser escolhido.Para este projeto, optou-se pelo diodo zener BZX87-C5V1, que tem os parmetros:

IZ(MIN) = 50mAVZ = 5,1V

PZ(MAX) = 1,3W

Devemos verificar se o zener escolhido adequado ao projeto:

IZ(MAX) = 255mA5,1V

1,3W

V

P

Z

Z(MAX) ==

IZ(MAX) =

+

)MIN(1

L(MAX)Z(MIN)

BE1(MAX)LIN(MIN)

BE1(MIN)LIN(MAX) II.

V-V-V

V-V-V

Adotando para este projeto VBE1(MIN) = 0,6V e para VBE1(MAX) = 0,7V

IZ(MAX) =

+

40

800mA

50mA.0,7V-12V-22,5V

0,6V-12V-27,5V

IZ(MAX) = 106,43mA70mA.9,8V

14,9V=

Portanto, o diodo escolhido poder ser usado.

Escolha de T2:O transistor T2 dever ter as seguintes caractersticas:

VCEO > (VL + VBE2(MIN) - VZ) = (12V + 0,6V) - 5,1V = 12,6V - 5,1V = 7,5V

IC(MAX) > IZ(MAX) = 255mAPC(MAX) > [(VL + VBE1(MIN)) - VZ] . IZ(MAX)

PC(MAX) > [(12V + 0,6V) - 5,1V] . 255mA = 1,912W



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Para o transistor T2 tambm foram adotados os valores de 0,6V e 0,7V para VBE2(MIN) e VBE2(MAX)respectivamente.

O transistor escolhido foi o BD135 que tem as seguintes caractersticas:

VCEO = 45V

IC(MAX) = 1APC(MAX) = 8W (MIN) = 40 (MAX) = 250

Clculo de R1:

R1 >Z(MAX)

BE1(MIN)LIN(MAX)

I

V-V-V= == 58,4

255mA

14,9V

255mA

0,6V-12V-27,5V

R1 Z(MAX)

BE2(MIN)ZL

0,1.I

V-V-V IZ(MAX) = (adotado)R

V-V-V

1

BE1(MIN)LIN(MAX)

IZ(MAX) = 149mA100

0,6V-12V-27,5V=

R2 > == 422,8214,9mA6,3V

14,9mA

0,6V-5,1V-12V

R2

Apostila de Transistores

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