Projetos Eletronicos Com Transistor

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Centro de Formao Profissional Aloysio Ribeiro de Almeida

ELETRNICA I

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrnio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leo dos Santos Gerente de Educao e Tecnologia Edmar Fernando de Alcntara

Elaborao Vanderlei Batista Flausino Unidade Operacional Centro de Formao Profissional Aloysio Ribeiro de Almeida Varginha - MG 2004.

Sumrio

APRESENTAO ..............................................................................................................................4 TRANSISTOR BIPOLAR....................................................................................................................6 POLARIZAO..................................................................................................................................7 OPERAO BSICA.........................................................................................................................8 CONFIGURAES BSICAS:........................................................................................................13 REPRESENTAO DE TENSES E CORRENTES ......................................................................16 CURVAS CARACTERSTICAS: ......................................................................................................18 CIRCUITOS DE POLARIZAO:....................................................................................................20 RETA DE CARGA ............................................................................................................................31 TRANSISTOR COMO CHAVE ELETRNICA. ...............................................................................37 TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE. .............................................................................40 REGULADOR SRIE. ......................................................................................................................45 REGULADOR PARALELO ..............................................................................................................50 REGULADOR COM AMPLIFICADOR DE ERRO ...........................................................................54 CONFIGURAO DARLINGTON ...................................................................................................60 PR AMPLIFICADORES .................................................................................................................64 AMPLIFICADOR DE POTNCIA CLASSE A E B.........................................................................76 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................................83

Fundamentos de Eletrnica I ____________________________________________________________

Apresentao

Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informao exige mudanas profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produo, coleta, disseminao e uso da informao. O SENAI, maior rede privada de educao profissional do pas,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a gide do conceito da competncia: formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resoluo de problemas, com conhecimentos tcnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e conscincia da necessidade de educao continuada. Vivemos numa sociedade da informao. O conhecimento , na sua rea tecnolgica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualizao se faz necessria. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliogrfico, da sua infovia, da conexo de suas escolas rede mundial de informaes internet- to importante quanto zelar pela produo de material didtico.

Isto porque, nos embates dirios,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratrios do SENAI, fazem com que as informaes, contidas nos materiais didticos, tomem sentido e se concretizem em mltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didticos, aguar a sua curiosidade, responder s suas demandas de informaes e construir links entre os diversos conhecimentos, to importantes para sua formao continuada ! Gerncia de Educao e Tecnologia

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Transistor BipolarO transistor de juno bipolar um dispositivo semicondutor de trs terminais, formado por trs camadas consistindo de: duas camadas de material tipo "n" e uma de tipo "p" ou de duas de material tipo "p" e uma de tipo "n". O primeiro chamado de transistor npn enquanto que o segundo chamado de transistor pnp. 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 comutadoras eletrnicas, amplificadores de tenso e de potncia, osciladores, etc. O termo bipolar refere-se ao fato dos portadores lacunas e eltrons participarem do processo do fluxo de corrente. Se for utilizado apenas um portador, eltron ou lacuna, o transistor denominado unipolar (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, as quais so: base-emissor e base-coletor (B-E e B-C respectivamente). Observa-se que no transistor pnp 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 dois anodos forma a base que positiva, sendo o emissor e o coletor negativos. A simbologia utilizada para os transistores de juno mostrada logo abaixo dos circuitos equivalentes "T" com diodos.

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PolarizaoPara que um transistor funcione necessrio polarizar corretamente as suas junes, da seguinte forma: 1 - Juno base-emissor: deve ser polarizada diretamente 2 - Juno base-coletor: deve ser polarizada reversamente Esse tipo de polarizao deve ser utilizado para qualquer transistor de juno bipolar, seja ele npn ou pnp. As figuras abaixo ilustram exemplos de polarizao para os dois tipos de transistores: Transistor npn com polarizao direta entre base e emissor e polarizao reversa entre coletor e base.

Transistor pnp com polarizao direta entre base e emissor e polarizao reversa entre coletor e base

Observe atentamente nas figuras acima a polaridade das baterias.

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Operao BsicaJuno Diretamente Polarizada:A figura abaixo mostra o desenho de um transistor pnp com a polarizao direta entre base e emissor. 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 polarizao direta entre base e emissor, onde aparece uma regio de depleo estreita. Neste caso haver um fluxo relativamente intenso de portadores majoritrios do material p para o material n.

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.

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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 portadores minoritrios (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 outra juno p-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 cristais p 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 uma pelcula 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 de microampres. 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 menor. Podemos ento dizer que o emissor (E) o responsvel pela emisso dos portadores majoritrios; a base (B) controla esses portadores enquanto que o coletor (C) recebe os portadores majoritrios provenientes do emissor.

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A exemplo dos diodos reversamente polarizados, ocorre uma pequena corrente de fuga, praticamente desprezvel, formada por portadores minoritrios. Os portadores minoritrios so gerados no 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 do emissor soma-se aos portadores minoritrios (ICO) ou (ICBO). Aplicando-se a lei de Kirchhoff para corrente , obtemos: IE = IC + IB, onde:

IC = IC (PORTADORES MAJORITRIOS) + ICO ou ICBO (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 observa-se que os portadores minoritrios (ICO ou ICBO) provenientes da base so os eltrons, que se somaro a corrente de coletor.Verifica-se ainda em relao ao exemplo anterior (transistor pnp), que a corrente de base (IB) tem um sentido oposto , uma vez que, essa corrente formada por lacunas. Da mesma forma as correntes de emissor (IE) e de coletor (IC) tambm tem sentidos opostos, por serem formadas por eltrons. 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.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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A figura abaixo mostra um circuito com transistor npn.

A juno base-emissor est polarizada diretamente e por isto, representa uma regio de baixa impedncia. A voltagem de polarizao base-emissor baixa (da ordem de 0,55V a 0,7V para transistores 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 maiores do que VEE. Como j foi dito anteriormente, a corrente IC o resultado dos portadores majoritrios provenientes do emissor. A corrente de coletor divide-se basicamente em duas componentes: a corrente 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 muitos casos podem ser desprezados. A quantidade de corrente que chega no coletor proveniente do emissor depende do tipo de material 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, a corrente de coletor representada por IE. Os valores tpicos de variam de 0,9 a 0,999. Isto significa que parte da corrente do emissor no chega ao coletor2. Exemplo: Qual a corrente de coletor de um transistor com = 0,95, sabendo-se que a corrente de emissor 2mA? Soluo: IC = IE IC = 0,95 . 2mA = 1,9mA Caso ICBO no seja desprezada, a corrente de coletor dada por: IC = IE + ICBO ( I )

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O smbolo hFB algumas vezes usado na lugar de Isto explicvel, pois menor do que 1.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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- ICBO . IC

A relao / (1 - ) representada por (beta)3. Podemos ento estabelecer as relaes:

=

1- +1

=

Exemplos: a) Um transistor possui um fator = 0,92. Qual o fator ? Soluo: 0,92 0,92 = = = 11,5 1 - 0,92 0,08 b) Um transistor possui um fator = 100. Qual o fator ? Soluo: 100 = = = 0,99 + 1 101 Podemos ento estabelecer uma relao entre e .4 Temos ento: IC IC = e = IB IE assume valores muito mais elevados em relao a (o valor tpico de da ordem de 30 a 600). 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 considerar para fins prticos: IC = IE

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O smbolo hFE algumas vezes usado no lugar de Alguns autores utilizam a notao CC e CC____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 de sinal.

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 sinais alternados.

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

Emissor ComumNo 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.

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

Coletor ComumA 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 presente na 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. CA um capacitor de acoplamento de sinal.

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

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Representao de Tenses e CorrentesPara representar tenses e correntes em um circuito com transistores, utiliza-se usualmente o mtodo convencional , atravs de setas. Para as tenses, a ponta da seta aponta sempre para o potencial mais positivo e as correntes so representadas com setas em sentido contrrio as das tenses. Podemos por exemplo representar uma tenso entre coletor e emissor por VCE quando o transistor for npn. Isto significa que o coletor mais positivo do que o emissor. Em outras palavras, a primeira letra aps o V (neste caso o coletor) mais positiva do que a segunda letra (neste caso o emissor). Para um transistor pnp a tenso entre coletor e emissor representada por VEC, indicando que o emissor mais positivo do que o coletor. A figura abaixo ilustra dois transistores com polaridades opostas, utilizando essa representao. ( na maioria das literaturas VEC simbolizada por VCE )

Na figura abaixo temos um outro exemplo utilizando essas representaes; observe que as setas que 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), a ponta da seta indica que a tenso na parte superior desses resistores mais positiva do que na parte inferior.

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Polarizao com uma nica Bateria:Temos visto at agora a polarizao de transistores utilizando duas baterias, sendo uma para polarizao da juno base-emissor e outra para a juno basecoletor. Na maioria das vezes, uma nica bateria pode polarizar um circuito transistorizado, visto que o mesmo 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.

Aplicando-se LKT, podemos obter vrias equaes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. VCC - VRC - VCE - VRE = 0 VCE -VBE - VCB = 0 VCC - VRB1 - VRB2 = 0 VRB1 - VRC - VCB = 0 VRB2 - VBE - VRE = 0 VCC - VRC - VCB - VBE - VRE = 0

Aplicando-se LKC no ponto X, temos: 1. IB = I1 - I2 2. I1 = I2 + IB

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Curvas Caractersticas:As curvas caractersticas definem a regio de operao de um transistor, tais como: regio de saturao, 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 e saturao so selecionadas; no caso de transistor operando como amplificador, via de regra, escolhe-se a 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.

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.

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

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Tambm denominada hiprbole de mxima dissipao.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Circuitos de Polarizao:Apresentaremos a seguir alguns circuitos de polarizao muito utilizados e suas principais caractersticas:

Polarizao por Corrente de Base Constante

Tambm denominado de polarizao fixa, um circuito muito utilizado quando deseja-se que o 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 muito instvel, 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

Polarizao por Corrente de Emissor Constante

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Diferente do caso anterior, procura-se compensar as variaes de atravs do resistor de emissor. Assim, quando aumentar, a corrente de coletor aumenta, aumentando tambm a tenso no emissor, 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: Logo: VRC = RCIC 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 =

VCC IC ou ainda: IB = RB + RE

IE = ( + 1)IB

Polarizao por Realimentao NegativaEste circuito reduz o ganho, mas em compensao aumenta a estabilidade.

Equaes bsicas: VRE = 0,1VCC VRC = VCC - (VCE + VRE) IB =

VCC RB + RC

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Seguidor de EmissorO seguidor de emissor tem como caracterstica o ganho de tenso baixo ( 1) Equaes bsicas: VCE = 0,5VCC RE =

0,5VCC IE

IE = IB

Polarizao por Divisor de Tenso na Base

A polarizao por divisor de tenso na base ou polarizao universal um dos mtodos mais usados em circuitos lineares. A grande vantagem desse tipo de polarizao sua estabilidade trmica (praticamente independente de ). O nome divisor de tenso proveniente do divisor de tenso formado por RB1 e RB2, 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 =

RB2 . VCC RB1 + RB2____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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

RB1 . RB2 RB1 + RB2

Isto nos d o circuito equivalente de Thvenin:

OBS: A resistncia equivalente de Thvenin recebe o nome de RBB enquanto que a tenso equivalente de Thvenin recebe o nome de VBB Aplicando LKT: VTH - RTHIB - VBE - REIE = 0 Sendo: IB =

IE VTH - VBE , temos: IE = RTH +1 RE + +1RTH , podemos simplificar a frmula: +1

Se RE for 10 vezes maior do que

IE =

VTH - VBE RE

Para se conseguir uma boa estabilidade no circuito utiliza-se a regra 10:1, o que eqivale dizer que: RTH 0,1RE Apresentamos a seguir algumas regras prticas para a elaborao de um projeto de polarizao por divisor de tenso na base: VE = 0,1VCC VCE = 0,5VCC____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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VRC = 0,4VCC RC = 4RE RBB = 0,1RE RB1 =

RBB . VCC VCC ou RB1 = RBB . VBB VBB RB1 . RBB RBB ou RB2 = VBB RB1 - RBB 1VCC

RB2 =

Clculo das correntes de emissor, base e coletorEm funo de IB =

IE - ICBO ( + 1)

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

IC = IB + ( + 1)ICBO

Em funo de : Partindo da equao ( II ) da pgina 6 desta apostila: IC = IE + ICBO Temos: IE = IC + IB Logo: IC = (IC + IB) + ICBO Portanto: IC = IC + IB + ICBO Resolvendo: IC - IC = IB + ICBO Colocando IC em evidncia resulta: IC (1 - ) = IB + ICBO Portanto: IC =

IB ICBO + 1- 1-

Correntes de Fuga no Transistor:____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Existem trs situaes distintas para o transistor: coletor aberto; emissor aberto e base aberta.

IEBO: a corrente entre base e emissor com o coletor aberto. No normal termos esta situao, 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)ICBO Basicamente 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 de aumento 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 e as correntes.

DADOS: = 100 IC = 3mA VBE = 0,7V

Soluo:____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Adotando VE = 0,1VCC, VCE = 0,5VCC e VRC = 0,4VCC, temos: VE = VRE = 1,2V VCE = 6V VRC = 4,8V Clculo de IB Como = 100, podemos fazer IC = IE, logo: IB = Clculo de RE RE =

3mA IC = = 30A 100

VRE 1,2V = = 400 IE 3mA

Clculo de RBB RBB = 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 = 2,02V Clculo de RC RC =

VRC 4,8V = = 1,6k (equivalente a 4RE) IC 3mA

Clculo de R1 R1 =

RBB . VCC 4.000 . (12) 48.000 = = = 23.762 2,02 2,02 VBB

Clculo de R2 R2 =

R1 . RBB (23.762).(4.000) 95.048 = = = 4.817 R1 - RBB 23.762 - 4.000 19.762

Podemos tambm calcular R2 da seguinte forma: R2 =

4.000 4.000 4.000 RBB = = = = 4.809 4.817 2,02 VBB 1 - 0,1683 0,8317 11VCC 12

2 - Dado o circuito a seguir, calcule: , ICEO, IC, IB, RC e RB.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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DADOS: I = 4mA

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Clculo de 0,92 = = = 11,5 1 - 1 - 0,92 Clculo de ICEO ICEO = ( + 1)ICBO = 12,5.(6A) = 75A Clculo de IC IC = IE + ICBO = 0,92.(4mA) = 3,68mA + 75A = 3,755mA Clculo de IB IB = IE - IC = 4mA - 3,755mA = 245A Clculo de RC RC =

VRC IC

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

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

5,8V = 1.54k (1.544,6) 3,755mA

Clculo de RE RE =

VRE 1,2 = = 300 IE 4mA

Clculo de RB____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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RB =

VRB IB

VRB = VCC - VBE - VRE

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

RB =

10,25V = 41,84k (41.836,7) 245A

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

Clculo de IB

Clculo de IE IE = ( + 1).IB = (41) 68,75A = 2,82mA Clculo de VCE VCE = VCC - REIE = VCC - VRE = 15 - (2,7k. 2,82mA) = 15 - 7,61V = 7,3V

4 - Calcule as correntes e as tenses de polarizao no circuito a seguir: Considere = 100.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Clculo de IB

Clculo de IC IC = IB = 100.(19,32A) = 1,932mA Clculo de VCE VCE = VCC - RCIC = 15 - (4k7 . 1,932mA) = 15 - 9,08 = 5,91V 5 - Calcule IC, IB, RC e RB no circuito abaixo.

Equaes bsicas____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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( I ) VCC - VRC - VCE - VRE = 0 VRC = RCIC e VRE = REIE, temos: ( II ) VCC = RCIC + VCE + REIE Clculo de IC IC = , logo: IC = 6A . 200 = 1,2mA IB Clculo de IE IE = IC + IB = 1,2mA + 6A = 1,206mA 1,2mA Quando > 100, podemos considerar IC = IE Clculo de RC Utilizando a equao ( II ) 15 = (RC . 1,2mA) + 8 + (150 . 1,2mA) 15 = (RC . 1,2mA) + 8,18 RC = 15 = (RC . 1,2mA) + 8 + 0,18

15 - 8,18 = 5,68k (5.683,3) 1,2mA

Clculo de RB VRB = VCB + VRC RBIB = VCB + RCIC como: VCE = VCB + VBE, ento: VCB = 8 - 0,6 = 7,4V Desta forma: RB . (6A) = 7,4 + (5,68k . 1,2mA) = 7,4 + 6,816 = 14,216V RB =

14,216V = 2,37M (2.369.333,33) 6A

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Reta de CargaPodemos 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 do transistor, fornecida pelo fabricante. A vantagem da utilizao do mtodo grfico a rapidez na anlise dos pontos de operao de um transistor. Neste captulo abordaremos apenas reta de carga para CC; reta de carga para CA ser abordada posteriormente. Entende-se como ponto de operao, um determinado ponto em que o transistor opera na ausncia de sinal, podendo esse ponto ser escolhido ao longo da reta de carga, se quisermos que ele opere 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 curva caracterstica 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 = (RE. IE) +(R .IC ) + VCE, obtemos: 1 ponto: para IC = 0, temos VCC = VCE = 25V____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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2 ponto: para VCE = 0, temos IC =

VCC 25V = = 20mA RC + RE 1,25k

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 de carga. No nosso exemplo o ponto mdio (bem aproximado) coincidiu com a corrente de base equivalente a 30A. A partir da ento podemos determinar a corrente de coletor e a tenso entre coletor e emissor: ICQ = 11,25mA VCEQ = 11V IBQ = 30A Podemos ento calcular o e aplicar LKT para determinar a tenso nos resistores:

=

IC 11,25mA = = 375 IB 30A

Partindo da equao: VCC = VRC + VCE + VRE VRC = (11,25mA).1k = 11,25V VRE = (11,25mA).250 = 2,812V Ento: VCC = 11,25 + 11 + 2,812 = 25,062V 25V____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Se na mesma curva selecionarmos um ponto Quiescente (Q1) mais prximo da regio de saturao, por exemplo IB = 45A, teremos um aumento da corrente de coletor e uma diminuio de VCE; para um ponto Quiescente (Q2) mais prximo da regio de corte, por exemplo IB = 10A, teremos uma 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 longo da reta de carga. Para Q1: IC 18mA = = = 400 IB 45A VCC = VRC + VCE + VRE = 1k.(18mA) + 2,6 + 250.(18mA) VCC = 18 + 2,6 + 4,5 = 25,1V 25V____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Para Q2: IC 2,5mA = = = 250 IB 10A 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 emissor comum, seguindo o mesmo processo. Apresentaremos um exemplo de uma reta de carga para uma montagem em base comum. 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 - 0 Portanto, VCB = 25V 2 ponto: Para VCE = 0, temos: IC =

VCC 25V = = 25mA RC 1k

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

Podemos ento aplicar LKT no circuito em funo dos dados obtidos no grfico. Como trata-se de 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) = 12V VRE = REIE = 2k.(12,2mA) = 24,4V VCE = VCB + VBE = 13 + 0,6 = 13,6V 35Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

Desta forma:

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

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

O valor de 20mA foi escolhido na curva caracterstica e portanto, a corrente de base ser 1/20mA = 2mA. OBS: Na elaborao do projeto, deve-se tomar o cuidado de no ultrapassar os valores mximos especificados pelo fabricante, como corrente de coletor, corrente de base, tenso entre coletor 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____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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RB =

VRB VCC - VBE 12 - 0,7 11,3V = = = = 5,65k 2mA IB IB 2mA

Considerando VCE de saturao = 0, teremos: Rc =

12 Vcc = = 600 0,02 Ic

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 led seja de 1,6V (valor tpico), ento: Rc = Vcc Vled 12 1,6 10,4 = = = 520 20mA 0,02 Ic

OBS: importante observar se o led suporta a corrente do projeto. Um outro exemplo de transistor usado como chave mostrado abaixo.

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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 aberta e 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.

5V - 0,7V = 0,915mA 4,7 k 15V IC = = 10mA 1,5kIB = Portanto, a relao vlida (10/0,915 = 10,9), garantindo a saturao

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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 VE (nos extremos de RE) variar de 5,3V para 9,3V. Ao contrrio do transistor como chave eletrnica, o ponto de operao situa-se na regio ativa ao longo da reta de carga.

A identificao entre um circuito com transistor operando como chave eletrnica e como fonte de corrente fcil; quando opera como chave eletrnica, o emissor aterrado e existe um resistor na base, ao passo que, como fonte de corrente o emissor aterrado atravs de um resistor, no havendo resistor 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 led da ordem de 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 fonte de corrente.____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Devemos ento estabelecer um valor ideal de RE para nosso projeto. Vamos supor: VBB (tenso de entrada) = +5V VCC = +12V IC = 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: RE =

VBB - VBE VRE 5V - 0,7V 4,3V = = = = 860 5mA IE IE 5mA

Lembrar que VBB - VBE = VRE = VE A 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 VRC Levando-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 = 10 VRC = 10.(5mA) = 0,05V VRC = 1k.(5mA) = 5V Para RC = 1,0k Para satisfazer a equao VCC - VRC - VCE - VRE = 0, a tenso VCE que variar, assim sendo temos: Para RC = 10 VCE = 12 - 0,05 - 4,3 = 7,65V Para RC = 1k____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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VCE = 12 - 5 - 4,3 = 2,7V CONCLUSES: A corrente de coletor manteve-se constante para uma variao muito grande de RC (100 vezes). Mesmo com RC = 0 a corrente de emissor se manter em 5mA. No entanto, se RC assumir valores 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 que assumir valores menores. Deve-se portanto evitar trabalhar com valores de RC que propiciem uma tenso VCE muito prxima da regio de saturao. O valor da corrente de coletor no depende do valor de , isto , ao substituir o transistor por outro de diferente, a corrente de coletor permanecer praticamente igual. Quanto maior for RE (respeitando-se as caractersticas do projeto), mais estvel torna-se a corrente de coletor.

Quando o valor de VCC for relativamente baixo (por exemplo 5V) o acionamento de leds mais eficaz 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 admitir uma situao conforme ilustra a figura abaixo.

Os leds L-1 e L-2 necessitam de uma corrente de 15mA para obter uma____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 ter sua 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 =

VBB - VBE 3V - 0,7V = = 153,333 (onde VBB - VBE = VRE) 15mA IE

Adotaremos ento RE = 150 Para o led 1: VCE = 6 - Vled - VRE = 6 - 1,5 - 2,3 = 2,2V Para 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 sejam diferentes.

Reta de carga de L-1____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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1 ponto: VCC - Vled 6V - 1,5V IC = = = 30mA RE 150 2 ponto: VCE = VCC - Vled = 6 - 1,5 = 4,5V Reta de carga de L-2 1 ponto: VCC - Vled 6V - 2,5V IC = = = 23,3mA RE 150 2 ponto: VCE = VCC - Vled = 6 - 2,5 = 3,5V

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

O diodo zener atua apenas como elemento de referncia enquanto que o transistor o elemento regulador 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 + VZ VCE = VCB + VBE Portanto, quando VIN aumenta, como VZ constante, VCB tambm aumentar provocando um aumento 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 mesmos princpios adotados anteriormente. Neste caso VCB diminui. Com a diminuio de VIN VCE diminui VL no se altera

Limitaes:Valores mnimos e mximos de VIN como

VIN = VR + VZ e VR = R.IR mas IR = IZ + IB____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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Ento: VIN = R(IZ + IB) + VZ Para VIN mnima temos: VIN(MIN) = R(I Z(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(I Z(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 sem danificar 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) =

PZ(MAX) VZ

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

VIN(MAX) - VZ ( III) R VIN(MIN) - VZ ( IV ) R

De ( II ) tiramos: IZ(MIN) + IB(MAX) = Dividindo ( III ) e ( IV ) temos:

IZ(MAX) VIN(MAX) - VZ = IZ(MIN) + IB(MAX) VIN(MIN) - VZ

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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)): 1,5A Tenso de entrada (VIN): 12V 10%

Escolha do transistorO transistor a ser utilizado dever obedecer as seguintes caractersticas:

VCBO > VIN(MAX) no caso 13,2V IC(MAX) 6> IL(MAX) no caso 1,5A 7 PC(MAX) > (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX)Supondo que o transistor escolhido seja o BD235, que de acordo com o manual do fabricante tem as especificaes: VCBO(MAX) = 45V IC(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 preciso verificar 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) IB(MAX) = IC(MAX) = IL(MAX) - IB(MAX) logo: IC(MAX) = IL(MAX) -

IC(MAX) ( MIN)

IC(MAX) ( MIN)

IC(MAX) =

IL(MAX) 1,5 1,5 1,5 = = = = 1,46A 1 1 + 0,025 1,025 1+ 1 1+ ( MIN ) 40

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

6 7

IC(MAX) a mxima corrente que o coletor pode suportar PC(MAX) a mxima potncia de dissipao do coletor____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 o uso 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 com tenso 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 tem uma tenso nominal de 6,8V e PZ(MAX) igual a 500mW com IZ(MIN) = 8mA.

0,5W = 73,53mA 6,8V Teremos ento na carga 6,1V, valor este, perfeitamente aceitvel. PZ(MAX) =Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

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

IC(MAX) 1,46A = = 36,5mA 40 ( MIN)

13,2V - 6,8V IZ(MAX) = . (8mA + 36,5mA ) 10,8V - 6,8V IZ(MAX) =

6,4V . 44,5mA = 71,2mA 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 = VIN(MAX) = (R . IZ(MAX)) + VZ IB(MIN) = 0

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R=

VIN(MAX) - VZ 13,2V - 6,8V 6,4V = = = 87,04 IZ( MAX) 73,53mA 73,53mA

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

VIN(MIN) - VZ 10,8V - 6V 4V = = = 89,89 IB(MAX) + IZ(MIN) 36,5mA + 8mA 44,5mA

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

Potncia dissipada pelo resistor:E2 R (13,2V - 6V) 2 (6,8V) 2 (VIN(MAX) - VZ) 2 = = = 0,508W 91 91 R

P=

P=

Podemos adotar um valor comercial mais prximo: 1W

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Regulador ParaleloA 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 regulador paralelo, cujo circuito mostrado abaixo.

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 a corrente IB e consequentemente IC. Em outras palavras, variandose a tenso de entrada ocorrer uma atuao na corrente de base a qual controla a corrente de coletor. Neste caso, VCE tende a permanecer constante desde que IZ no assuma valores menores que IZ(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 = 0 VIN(MAX) = R1.(IL(MAX) + IC(MAX)) + VZ + VBE

VIN(MAX) - VZ - VBE = IZ(MAX) + IC(MAX) ( I ) R1Tenso de entrada mnima: VIN(MIN) = R1.(IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + VZ + VBE____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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VIN(MIN) - VZ - VBE = IZ(MIN) R1

+ IC(MIN)

+ IL(MAX) ( II )

Dividindo ( I ) e ( II ), temos:

IZ(MAX) + IC(MAX) VIN(MAX) - VZ - VBE = IZ(MIN) + IC ( MIN) + IL(MAX) VIN(MIN) - VZ - VBEIsolando IZ(MAX):

VIN(MAX) - VZ - VBE IZ(MAX) = . (IZ(MIN + IC(MIN) + IL(MAX)) - IC(MAX) ( III ) VIN(MIN) - VZ - VBE OBS: IC(MIN) a corrente de coletor para uma tenso de entrada mnima. Em muitos projetos a mesma pode ser desprezada por no ter influncia significativa no resultado final. Corrente em R2: IR2 = IZ(MIN) - IB(MIN), onde IB(MIN) =

IC(MIN) ( MIN)

Portanto: IR2 = IZ(MIN) -

IC(MIN) ( IV ) ( MIN)

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 circular pela base do transistor, da ento teremos:

IC(MAX) = ( MIN ) . IB(MAX) IC(MAX) = (MIN) . (IZ(MAX) - IR2 ( V ) IB(MAX) = IZ(MAX) - IR2Substituindo ( V ) em ( III ), temos:

VIN(MAX) - VZ - VBE IZ(MAX) = . (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) - (MIN).(IZ(MAX) - IR2 VIN(MIN) - VZ - VBE VIN(MAX) - VZ - VBE 1 IZ(MAX) = . (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + ( MIN ) . IR2 . VIN(MIN) - VZ - VBE ( MIN) + 1

Escolha do transistor:Devero ser observados os parmetros: VCEO 8 > (VZ + VBE) IC(MAX) > IL(MAX)8

VCEO a tenso entre coletor e emissor com a base aberta____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 = 15V IC(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 = 35V IC(MAX) = 3A PC(MAX) = 35W (mnimo = 40; mximo = 120) Escolha do diodo zener: O diodo zener escolhido foi o BZXC1C15, que tem as caractersticas: PZ(MAX) = 1,3W IZ(MIN) = 20mA VZ = 15V IZ(MAX) =

PZ(MAX) 1,3W = = 86,67mA VZ 15V

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado: VIN(MAX) - VZ - VBE 1 IZ(MAX) = . (IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX)) + ( MIN ) . IR2 . VIN(MIN) - VZ - VBE ( MIN) + 1

Desprezando IC(MIN)

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

IC(MIN) , IR2 = 20mA ( MIN)

24,2V - 15V - 0,7V 1 IZ(MAX) = . (20mA + 0 + 600mA) + 40.(20mA) . 19,8V - 15V - 0,7V 41 8,5V IZ(MAX) = . (620mA + 800mA) . 0,0244 = (2,073 . 1,42).0,0244 = 71,83mA 4,1V

IZ(MAX) = 71,83mA (o zener pode escolhido compatvel)____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 o uso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor. Calculando R2: VR2 = VBE VR2 = R2.IR2 R2 =

VBE 0,7V = = 35 (adotar 33) 20mA 20mA

PR2 =

(ER2 )2 = (0,7 )2R2 33

=

0,49V = 14,85mW 33

Calculando R1: VIN(MIN) - VZ - VBE 19,8V - 15V - 0,7V 4,1V R1 = = = = 6,613 IZ(MIN) + IC(MIN) + IL(MAX) 20mA + 600mA 620mA OBS: IC(MIN) = 0 R1 =

VIN(MAX) - VZ - VBE 24,2V - 15V - 0,7V 8,5V = = = 3,94 IZ(MAX) + IC(MAX) 86,67mA + 2,073A 2,16

R1 dever ser maior do que 3,94 e menor do que 6,613 3,94 < R1 < 6,61 R1 adotado = 5,6 (valor comercial) Potncia dissipada por R1: (VR1) 2 = (VIN(MAX) - VZ - VBE ) 2 = (24,2V - 15V - 0,7V ) 2 = (8,5V ) 2 = 12,9W PR1 = R1 5,6 5,6 5,6 (adotar 15W - valor comercial)

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Regulador com Amplificador de ErroO regulador com amplificador de erro torna o circuito mais sensvel s variaes da tenso de entrada, ou variaes da corrente de carga, atravs da introduo de um transistor junto ao elemento de referncia. A figura a seguir ilustra esse tipo de regulador, onde os elementos que compem o circuito tem as 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 de uma tenso de correo a ele enviada atravs de um circuito comparador; Transistor T2: basicamente um comparador de tenso DC, isto , compara duas tenses, VR2 e VR3, sendo a tenso VR3 fixa (denominada tambm tenso de referncia), cuja finalidade controlar a tenso de polarizao do circuito de controle. Qualquer diferena de tenso entre os dois resistores ir fornecer sada do comparador uma tenso de referncia que ser aplicada ao circuito de controle.

Funcionamento:Quando houver uma variao da tenso de entrada, a tendncia ocorrer uma variao da tenso de sada. Supondo que VIN aumente, a tenso nos extremos de RL tender a aumentar, aumentando a tenso 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 do emissor de T2 fixada pela tenso de zener (VZ).____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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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 - IB1 IR1 = 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) =

VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) (I) R1

Considerando a tenso de entrada mnima VIN(MIN) = VL + VBE1(MAX) + R1.(IZ(MIN) + IB1(MAX)) IZ(MIN) + IB(MAX) = mas, IB(MAX) =

VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX) R1IL(MAX) IC(MAX) temos ento:

IL(MAX) 1( MIN )

IZ(MIN) +

IL(MAX) VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX) = ( II ) 1( MIN ) R1

dividindo ( I ) e ( II )

VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) IZ(MAX) = IL(MAX) VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX) IZ(MIN) + 1( MIN )IZ(MAX) =

IL(MAX) VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) ( III ) . IZ(MIN) + 1( MIN ) VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX)

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Clculo de R1

VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX) IL(MAX) IZ(MIN) + 1( MIN ) A potncia desenvolvida em R1 no pior caso dada por: VR1 = VIN(MAX) - (VL + VBE1(MIN))R1 > R1 < PR1 =

VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) IZ(MAX)

[(VIN(MAX) - (VL + VBE(MIN) )] 2R1 (adotado)

Clculo de R2 Adota-se uma regra prtica, onde: IR2 = 0,1.IC2 Quando IC2 = IZ(MIN) Quando IC2 = IZ(MAX)

VL - VZ - VBE2(MAX) 0,1.IZ(MIN) VL - VZ - VBE2(MIN) R2 > 0,1.IZ(MAX)R2 IL(MAX) = 0,8A VCEO > 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 = 45V IC(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) = 50mA VZ = 5,1V PZ(MAX) = 1,3W Devemos verificar se o zener escolhido adequado ao projeto: PZ(MAX) 1,3W IZ(MAX) = = = 255mA VZ 5,1V IZ(MAX) =

IL(MAX) VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) . IZ(MIN) + 1( MIN ) VIN(MIN) - VL - VBE1(MAX)

Adotando para este projeto VBE1(MIN) = 0,6V e para VBE1(MAX) = 0,7V____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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800mA 27,5V - 12V - 0,6V IZ(MAX) = . 50mA + 40 22,5V - 12V - 0,7V 14,9V IZ(MAX) = . 70mA = 106,43mA 9,8V 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) = 255mA PC(MAX) > [(VL + VBE1(MIN)) - VZ] . IZ(MAX) PC(MAX) > [(12V + 0,6V) - 5,1V] . 255mA = 1,912W 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) = 1A PC(MAX) = 8W (MIN) = 40

(MAX) = 250

Clculo de R1: VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) R1 > IZ(MAX) R1

VL - VZ - VBE2(MIN) 0,1.IZ(MAX)

IZ(MAX) =

VIN(MAX) - VL - VBE1(MIN) R1 (adotado)

IZ(MAX) =

27,5V - 12V - 0,6V = 149mA 100____________________________________________________________ Curso Tcnico em eletrnica - Mdulo II

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R2 >

12V - 5,1V - 0,6V 6,3V = = 422,82 14,9mA 14,9mA VL - VZ - VBE2(MAX) 0,1.IZ(MIN)IZ(MIN) =

R2