08 - Circuitos de Polarização do Transistor

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Capítulo 8
CIRCUITOSDEPOLARIZAÇÃO
DOTRANSISTOR
+
Umprotótipoéumcircuitobásicoqueumprojetistapodemudarparaobterumcircuito
cadavezmaisavançado.Um circuitodepolarizaçãodabaseé um protótipousado
numprojetodecircuitodigital.A polarizaçãodo emissoré umprotótipousadono
projetodecircuitosamplificadores.Nestecapítulo,vamosreforçaroestudodapolari-
zaçãodoemissoreoscircuitosimportantesderivadosdessapolarização.
Após o estudodestecapítulo,vocêdeverásercapazde:
4' ~ Desenharum diagramadeum circuitocompolarizaçãopor divisorde
tensão.
~ Calcularacorrentedodivisor,tensãonabase,tensãonoemissor,corrente
noemissor,tensãonocoletor,tensãonocoletor-emissornumcircuitode
polarizaçãopordivisordetensão(PDT).
~ DeterminarcomodesenharumaretadecargaecomocalcularopontoQ
paraumdadocircuitocompolarizaçãopordivisordetensão(PDT).
~ Desenharumcircuitocompolarizaçãodoemissorcomfontedealimenta-
çãosimétricaecalcularVRE,Ix,Vc eVCE.
~ MostrarcomousarostransistorespnpnocircuitoPDT.
~ Compararosváriostiposdepolarizaçãoedescrevercomocadaumdeles
funciona.
-------
r
297
298 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo8
8.1 A POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO
o circuitomaisusadona polarizaçãoé chamadopolarizaçãopordivisardetensão.Veja
aquicomoeleéderivadodocircuitodepolarizaçãodoemissor.A Figura8.1mostrao
protótipodapolarizaçãodoemissor.
o OivisordeTensão
Algumasvezes,a tensãodeumafontedealimentaçãoé muitoaltaparaserdireta-
menteaplicadanabase,conformemostradonaFigura8.1.Comopodemosreduziressa
tensãosemreprojetarafontedealimentação?O modomaissimplesépormeiodeum
divisordetensão,comomostradonaFigura8.2a.Pelaescolhaapropriadadosvalores
deRI eR2Ipodemosdiminuiratensãoparaoníveldesejadononossoprojeto.
A tensãoemR2ésimbolizadaporV2'Essatensãoéaplicadadiretamentena
base,o queimplicaqueVB=V2'O processodeanáliseéomesmodeantes,excetoque
começamoscomocálculodatensãoemR2'Umavezobtidaessatensão,subtraímos0,7
V dessevalorparaobteratensãonoemissoreentãoestamosnocaminhodeencontrar
umasolução.
+
+
-=-- Vcc
I- - -
Figura8.1 o protótipodapolarizaçãodoemissor.
1"
~
Capo8 Circuitosdepolarizaçãodo transistor 299
o SistemacomFonteSimples
Algunssistemaseletrônicostêmapenasumafontesimplesdealimentação.Nessecaso,
nossocircuitodeveserprojetadoconformemostradonaFigura8.2b.Issoestácerto,
porquepodemosusarquaisquervaloresdeRI e R2necessáriosparaobtera tensão
desejadanabase.Porexemplo,seatensãonasaídadeumafontedealimentaçãofosse
de10V, a tensãodealimentaçãodabaseseriaiguala 10V. Sefossenecessáriauma
tensãode 2 V, poderíamosusarumarazãode 4:1parao divisorde tensão.Isso
produziria2V nabase.
8.2 A ANÁLISEDAPOLARIZAÇÃOPORDIVISOR
DETENSÃO(PDT)
\
A Figura8.4mostraum circuitocompolarizaçãopor divisardetensão(PDT)com
valoresespecíficos.O processodeanálisedocircuitocomeçacomo cálculodatensão
na base.Depois,o restodo processoé o mesmodiscutidoparaa polarizaçãodo
emissor.Mas o modocomovocêprocedenesseprocessodependedeseuobjetivo,
especificamentesevocêestáverificandodefeito,projetandooualgoentreosdois.
'"
1'"
Figura8.2 Modificandoapolarizaçãodoemissor.
+ -.l!
-=- Vcc Vcc-=- -=- VCC
R2 <:" I 1 R2 r- - - - - - - -- - - - - - - -
(a) (b)
300 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.8
Na Figura8.2b,a tensãoentreo terminalsuperiordeRIe o terraéiguala
Vcc.Alémdisso,a tensãoentreo terminalsuperiordeRc e o terraéigual a Vcc.
Comoessesdoisterminaistêmtensõesiguais,podemosconectarumfioentreelese
redesenharo circuito,conformemostradona Figura 8.3.Nessecircuitosimpli-
ficado,a tensãono terminalsuperiordeRI e Rc aindaé Vco portanto,o circuito
operacomoantes.
+Vcc
+
+
+
RI
R2
- -
Figura8.3 A polarizaçãopordivisoretensão.
A Suposição
o projetistadeumcircuitocomoo daFigura8.4precisadeumaprecisãomaiornas
respostasqueumtécnicoaofazerumaverificaçãodedefeitos,masmesmoaquihá
lugarparaumcompromissosensívelentreeles.Comooprojetoéumaquestãoaberta
commuitasrespostascorretas,nãoháumaregraformalquecubratodososcasos.Em
algunsprojetos,oserrosdecálculosdeaté20%podemestarbem.Emoutros,oserros
decálculosdevemrespeitaramargemde1%oumenos.
O queestamosdiscutindoaquiéo projetotípicoquetoleraerrosde5%ou
menos.O projetistageralmentecomeçacomasegundaaproximação.Depois,àmedida
queo projetosedesenvolve,eleouelapodeusara terceiraaproximaçãoparaobter
respostasquaseperfeitas.Vejacomooscálculosdevemservistos.
O processocomeçacomo cálculodatensãonabase.Paraisso,fazemosuma
suposição.Supomosumacorrenteda basepequenao suficienteparanãoafetara
tensãodo divisor.Nessecaso,podemoscalculara correntepor meiodo divisorna
Figura8.4,comosegue:
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 301
VCC
I = RI + R2
(8.1)
IssoéaleideOhmaplicadanaresistênciatotaldodivisordetensão.Na Figura8.4,a
tensãodealimentaçãodocoletoréde10V earesistênciatotaldodivisoréde12,2kQ.
Portanto,acorrentenodivisorédeaproximadamente
1= lOV
12,2kQ =0,82mA
+10V
RI
10 kQ
Rz
2,2kQ
- -
Figura8.4 Exemplodeumapolarizaçãocomdivisordetensão.
ç;
AtéQueValorPodeSerConsideradoPequenoparaa Correnteda
Base?
Quevalordecorrentedabasepodeserconsideradopequeno?Umaregrageralpara
projetoéaquelaqueconsideraa correntedabasecomumvalorpelomenos20vezes
menordoqueacorrentedodivisor.Issolimitaoscálculosaumerrode5%,queacorda
comnossadiscussãoanteriorsobrearegrade20:1.Nesteexemplo,acorrentenabase
devesermenorque
r.~
0,82mA = 41~AIB = 20
302 Eletrônica- 48Edição- Volume1 Cap.8
Quandoessacondiçãoésatisfeita,podemoscalcularatensãonabasecomosegue:
VB = IRz (8.2)
EssaéatensãoemRzoComoabaseestáconectadanoterminalsuperiordeRz,atensão
nabaseétambémde1,8V.
VB = (0,82mA)(2,ZkQ) = 1,8V
ATensãoea CorrentenoEmissor
o próximopassonesseprocessoéobteratensãonoemissorcom
VE = VB - VBE (8.3)
Essaequaçãodiz queatensãonoemissoréigualàtensãonabasemenosaquedade
tensãonodiodoemissor.Usandoumasegundaaproximação,obtemos
VE = 1,8V - 0,7V = 1,1V
A correntenoemissorécalculadapelaleideOhmcomo:
VE
IE = RE
(8.4)
Empalavras,acorrentenoemissoréigualàtensãonoemissordivididapelaresistência
noemissor.Comoatensãonoresistorde1kQ éde1,1V,acorrentenoemissoré
1,1V = 1,1mA
. IE = 1kQ
ATensãonoColetore aTensãoColetor-Emissor
Comoantes,calculamosatensãonocoletorcom
Ve =Vee- leRe (8.5)
Cap.S Circuitos depolarizaçãodo transistor 303
Essa equaçãodiz que a tensãono coletoré igual à tensãode alimentaçãono coletor
menosa quedade tensãono resistordo coletor.Como a correnteno coletoréaproxi-
madamenteigualàcorrentedo emissor,
vC = 10V - (1,1mA)(3,6kQ) = 6,04V
Como o emissorestáacimado potencialdo terra, devemosusar essaequaçãopara
obtera tensãocoletor-emissor:
VCE = VC - VE (8.6)
Essaequaçãodiz quedevemossubtraira tensãono emissorda tensãono coletorpara
obtera tensãocoletor-emissor.Portanto,podemoscalcular
VCE = 6,04V - 1,1V = 4,94V
Testandoa Suposição
Nesteponto,o projetistadevetestarsuasuposiçãooriginal paraver sea correnteda
baseé20vezesmenorque a correnteno divisor de tensão.Aqui estáum exemplode
comoissoé feito.Suponhaque o ganhode correntepossavariar de 36a 300.O pior
casoéparaomenorganhodecorrente,porqueeleproduz amaiorcorrentedabase.No
pior caso,a correntedabaseé
1,1mA = 30,5!-tAIB = 36
Essacorrentenabaseémenorqueonívelcríticode41!-tA jácalculadoantes.Portanto,
o errono cálculoé menorque5%por centoquandoignoramosa correntenabase
duranteo cálculodatensãonabase.
UmDivisordeTensãoEstável
Existeumaconexãoentrea polarizaçãopor divisor detensãoe o divisor detensão
estáveldiscutidonoCapítulo 1.Sevocêserecorda,um divisor detensãoestável(quase
ideal)temuma tensãode cargaque estádentrode 1% da tensãode saídasemcarga.
Quandoa polarizaçãopor divisor detensãoestácorretamenteprojetada,o divisorde
tensãoaproxima-sedacondiçãoestável(quaseideal).Porisso,a tensãonabaseéquase
constantee igualàtensãoidealnasaídadeumdivisordetensãosemcarga.A tensão
304 Eletrônica- 4GEdição- Volume1 Cap.8nabasequaseconstanteéquemantémtodasasoutrascorrentesetensõesfixas,mesmo
queocorramvariaçõesnostransistores,temperaturaetc.(Sequiserconhecercommais
detalhes,vejaos"TópicosOpcionais".)
o Pontoa É ImuneàsVariaçõesnoGanhodeCorrente
Mantera correntedabasepequenasimplificaa análisedapolarizaçãododivisorde
tensão.Porém,maisimportanteé fazero pontoQ imuneàsvariaçõesno ganhode
corrente.Vejao motivo:sea correntenabaseforpequenao suficienteparaqueseu
efeitonãoafetea tensãonabase,entãoasvariaçõesnoganhodecorrentenãoterão
efeitosobrea tensãodabase.Masumatensãofixanabasesignificaquea tensãodo
emissorestáfixa,acorrentenoemissorestáfixaeacorrentenocoletorestáfixa,assim,
a tensãono coletortambémestáfixa.Em outraspalavras,o pontoQ estáimuneàs
variaçõesnoganhodecorrente.Quandoo ganhodecorrentevaria,aúnicacoisaque
podemudaré a correntena base.Ela podeaumentarou diminuir.Mas issonão
importa,porqueacorrentedabaseestáefetivamenteforadessequadro.
Defato,a polarizaçãopordivisordetensãoénaverdadeumapolarizaçãodo
emissordisfarçada.Quandoo divisordetensãoéestável(quaseideal),eleproduzuma
tensãonabasequenãovariafacilmente.Masissoéequivalenteaocircuitodepolarização
doemissor.No Capítulo7,vocêviuquãoperfeita(quase)éapolarizaçãodoemissorpara
manteropontoQ fixo.Portanto,umcircuitodepolarizaçãopordivisardetensãoaproxi-
ma-sedoníveldefuncionamentodeumcircuitocompolarizaçãodoemissor.
ResumodoProcessoe'dasFórmulas
Aquiestãoasfórmulasusadasemnossaanálise:
A Correnteno Divisor:
Vcc
I =RI +Rz
A Tensãona Base: VB =IRz
A Tensãono Emissor: VE = VB - VBE
A Correnteno Emissor:
VE
IE = RE
A Tensãono Coletor: Vc =Vcc - lc RC (8.7)
A TensãoColetor-emissor: VCE = Vc - VE (8.8)
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor
305
Um
eatensão
Exemplo8.1
NaFigura8.5,.
Solução
Essecircuitoéo
foidobrada.Pi
disso,a tensão
dobrada,acm;:
+10V
~
RI
10 kQ
Rc
3,6kQ
Rz
2,2kQ
- -
Figura8.5 Exemplo.
306 Eletrônica - 4GEdição- Volume1 Cap.8
Exemplo 8.2
A tensãodealimentaçãodocoletordaFigura8.5foi triplicada.O queacontececom
atensãocoletor.emissor?
Solução
Vocênãoprecisarecalcularatensãona.base~iPoispodeusarumaregraproporcional.
Como a tensãodafonteíripIlcou, <I.correnteno divisor tambémtriplica. Isso
significaqueatensãonabaseéo triplo de1,8V,ouseja,5,4V.Portanto,atensãono
emissoraumentade1,1V para
VE.,5,4V -0,'7'V."".4,7V
A correnteno emissoraumentapara
4,7V i.Z,35.mA- ikQ
A tensãonocoletoré
Vc -30 V... (2A~5mAJ(3,6EkQ) "".21,.5V
ea tensãocoletor-emissoré
VCE - 21,5\1- 4,7V= 16,8V
8.3 A RETADE CARGA E O PONTO a PARA O CIRCUITO POT
Comoa tensãono divisoré estávelna Figura8.6,a tensãono emissoré mantida
constanteem1,1V nadiscussãoaseguir.
oPontoa
O pontoQ foicalculadonaSeção8.2.Eletemumacorrentedocoletorde1,1mAeuma
tensãocoletor-emissorde4,94V.Essesvaloressãoplotadosparaobtero pontoQ da
Figura8.6.Comoapolarizaçãopordivisordetensãoderivadapolarizaçãodoemissor,
o pontoQ é virtualmenteimuneàsvariaçõesno ganhodecorrente.A maneirade
moveropontoQ évariandoo resistordoemissor.
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor
307
+10V
Ic
RI
10kQ IC(sat)
VB
1,1mA ~ ;
1 kQ
VCE(corte)
VCE
- -
Figura8.6 A retadecargaparaapolari~açãopor divisardetensão.
Ri'"
R2""
Agora,analiseo
Comoa
Exemplo8.3
Osresistore$nalFi~~
todas asresist~ncia~1i~
Solução
Quandoessa
Subtraiaa
A seguir,
Essacorrente
308 Eletrônica - 4gEdição- Volume1 Cap.8
Por exemplo,sea resistência doemissormudarpara2,2kQ, a correnteno
coletordiminuirápara
IE = 1,1V
2,2kQ =0,5mA
A tensãovariacornosegue:
Vc = 10V - (0,5mA)(3,6kQ) = 8,2V
e
VCE = 8,2V - 1,1V = 7,1V
Portanto,onovopontoQteráascoordenadasde0,5mAe7,1V,
Poroutrolado,sediminuirmosaresistênciadoemissorpara510Q,acorrente
doemissoraumentarápara
IE = 1,1V510Q =2,15mA
eatensãovariarápara
vC = 10V - (2,15mA)(3,6kQ) =2,26V
e
VCE = 2,26V - 1,1V = l,16V
Nessecaso,opontodesloca-separaurnanovaposiçãocomascoordenadasde2,15mA
e1,16V.
oPontoa noCentrodaRetadeCarga
vCCtRI' RzeRc controlamacorrentedesaturaçãoeatensãodecorte,Urnavariação
emqualquerumdessescomponentesmudaráICCsat)e/ouVCE(corte)'Urnavezestabele-
cidososvaloresdasvariáveiscitadas,o projetIstausaa resistênciadoemissorpara
ajustaro pontoQ emqualquerposiçãoaolongodaretadecarga,SeREtivervalor
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 309
muitoalto,opontoQ irámover-separaopontodecorte.SeREtivervalormuitobaixo,
o pontoirámover-separaasaturação.Algunsprojetistasajustamo pontoQ nocentro
daretadecarga.
8.4 A POLARIZAÇÃODOEMISSORCOMFONTESIMÉTRICA
Algunsequipamentoseletrônicostêmumafontedealimentaçãosimétrica,aquelaque
possuiduaspolaridades(positivae negativa).Por exemplo,a Figura8.7mostraum
circuitocomtransistorcomumafontesimétrica:+10V e-2V.O pólonegativodafonte
polarizao diodoemissordiretamente.O pólonegativopolarizao diodocoletorrever-
samente.Essecircuitoderivadapolarizaçãodoemissor.Poressarazão,vamoschamá-
10decircuitodepolarizaçãodoemissorcomfontedealimentaçãosimétrica.
A Análise
Seuprimeiropassoéredesenharo circuitocomoelegeralmenteaparecenosdiagra-
mas.Issosignificaretirarossímbolosdasbaterias,conformemostradonaFigura8.8.
Issoénecessárioporquenãoháumaposiçãoparaabateriano diagramanocasode
esquemascomplexos.Todasasinformaçõescontinuamnodiagrama,sóqueeleapare-
cecondensado.Ouseja,umafontedealimentaçãode-2V éaplicadanoladodebaixo
doresistorde1kQ e umafontedetensãode+10V é aplicadanapartedecimado
resistorde3,6kQ.
+
2,7kQ
+
-=- 10V
I
\<
+
- -
2V--=-
~-
Figura8.7 A polarizaçãodoemissorcomfontedealimentaçãosimétrica.
310 Eletrônica- 4GEdição- Volume1 Cap.8
2,7kQ
3,6kQ
-
-2V
Figura8.8 o diagramadapolarizaçãodoemissorcomfontesimétrica.
Quandoessecircuitoestivercorretamentedesenhado,acorrentenabaseserá
pequenao suficienteparaserdesprezada.Issoequivaleadizerqueatensãonabaseé
deaproximadamenteOV,conformemostradonaFigura8.9.
A tensãonodiodoemissoréde0,7V,oquejustificaovalorde0,7V mostrado
nonóemissor.Seissonãoestiverclaro,pareepensesobreisso.Existeumaquedado
maiorparaomenorpotencialindodabaseparaoemissor.SeatensãonabasefordeO
V,atensãonoemissornãoseráde+0,7V.Eladeveserde-0,7V.
NaFigura8.9,oresistordoemissoréoelementoprincipalnoajustedacorrente
doemissor.Paracalcularessacorrente,vocêaplicaa leideOhmnoresistordoemissor
comomostradoaseguir:apartedecimadoresistortemumatensãode-0,7V eapartede
baixotemumatensãode-2V.Portanto,atensãonoresistordoemissoréigualàdiferença
entreessasduastensões.Paraobterarespostacorreta,vocêdevesubtrairo valormais
negativodovalormaispositivo.Nessecaso,ovalormaisnegativoéde-2V,logo
VRE= -0,7V - (-2 V) = 1,3V
Ohm:
Umavezobtidaatensãonoresistordoemissor,calculeacorrentepelaleide
1,3V = 1,3mAIE = 1kQ
Essacorrentecirculapeloresistorde3,6kQ eproduzumaquedadetensão
queésubtraídade+10V comosegue:
\
...
f
I
1I
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 311
vC = 10V - (1,3mA)(3,6kQ) = 5,32V
A tensãocoletor-emissoréadiferençaentreatensãonocoletoreatensãono
emissor:
VCE= 5,32V - (-0,7V) = 6,02V
+10V
OV
-0,7 V
2,7kQ
l -
Figura8.9 A polarizaçãodoemissorcomfontesimétricaecomosvaloresdetensão.
UmaAnáliseMais Precisa
Por causadosentidodacorrentenoresistordabase,atensãonabaseéligeiramente
negativa.Suponhaquea tensãonabasesejade-0,1V.Issosignificaquea tensãona
basepodevariardeOa-0,1V quandoo ganhodecorrentevariarcomatemperatura,
correntedocoletoroucomasubstituiçãodotransistor.
No piorcaso,portanto,atensãonabasepodeserde-0,1V.Então,atensãono
emissorpodesernegativa,-0,8V.Nessecaso,atensãonoresistordoemissorficasendo
de1,2emvezde1,3V,queécalculadocomosegue:
VRE= -0,8V - (-2 V) = 1,2V
Portanto,acorrentenoemissorseráligeiramentemenor:
1,2V = 1,2mAIE = 1kQ
312 Eletrônica- 4B Edição - Volume1 Cap.S
As outrastensõessãoligeiramentemaiores:
Vc = 10V - (1,2mA)(3,6kQ)= 5,68V
e
VCE= 5,68V - (-0,8mA) = 6,48V
De agoraemdiante,quandovocêtiverum circuitocompolarizaçãodo
emissorcomfontesimétricacomoo da Figura8.9,considere-ocomosendobem
projetado.Paratodososcálculos,portanto,vocêpodeusarumatensãonabasedeOV.
Sevocêaindaestiveremdúvidasobreessasuposição,calculea correntenabasee
multipliquepelovalordaresistêncianabase.A tensãodeveserpequena,tipicamente
de-0,1V.Sevocêestiververificandodefeitosnumcircuitocomoesse,umvoltímetro
medindoentreabaseeo terradeveproduzirumvalorbaixo,casocontrário,algoestá
erradocomocircuito.
Exemplo8.4
QualéatensãonocoletordaFigura8.9seoresistoraumentarpara1,8kQ?
Solução
A tensãonoresistordoemissoraindaéde1,3V.A correntenoemissoré
I - 1,3V
E - 1,8kQ =0,722mA
A tensãonocoletoré
Vc =10V - (O,722mA)(3,6kQ) = 7,4V
8.5 OS TRANSISTORES PNP
A Figura8.10mostraaestruturadeumtransistorpnpjuntamentecomseudiagrama
esquemático.Comoasregiõesdopadassãodo tipo oposto,devemosmudarnosso
mododepensarparaessecaso.Especificamente,issosignificaqueaslacunassãoos
portadoresmajoritáriosnoemissoremvezdoselétronslivres.
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 313
C
n
p
p
E
Figura8.10 o transistorpnp.
As PrincipaisIdéias
Resumidamente,aquiestáo queocorrecomos níveisatômicos.O emissorinjeta
lacunasnabase.A maiorpartedessaslacunascirculaparao coletor.Poressarazão,a
correnteno coletoré quaseigualà correnteno emissor.A correntenabaseé muito
menorqueessasduascorrentes.Comoantes,oganhodecorrentedotransistoréigual
àcorrentenOcoletordivididapelacorrentenabase.Comonocasodostransistoresnpn,
o ganhode correntevariaenormementecoma correntedo coletor,temperaturae
substituiçãodotransistor.
A Figura8.11amostraastrêscorrentesdotransistornosentidodacirculação
decorrenteconvencional.A Figura8.11bmostraacorrentenosentidodacirculaçãode
correntereal.Comoantes,essascorrentesrelacionam-secomosegue:
IE =Ic +IB (8.9)
O ganhodecorrenteéexpressopor
IC
I3cc= IB
(8.10)
quetemasseguintesformas:
IC = I3cc e
IC
IB = ~
Pcc
314 Eletrônica- 4aEdição- Volume1 Cap.8
IB- IB-fIe
(a) (b)
Figura8.11 o símboloesquemáticoparao transistorpnp.
A FontedeAlimentaçãoNegativa
Sevocêtiverumcircuitocomtransistoresnpn,podeusarsempreomesmocircuitocom
umafontede alimentaçãonegativae transistorespnp.Por exemplo,a Figura8.12
mostraumapolarizaçãopordivisordetensãocomumtransistorpnpeumafontede
alimentaçãode-laVoO transistor2N3906éo complementodo2N3904.Issosignifica
quesuascaracterísticastêmvaloresabsolutosiguaisaosdo 2N3904,mastodasas
correntesepolaridadesdastensõessãoinvertidas.O circuitoésimilaraocircuitocom
transistornpndaFigura8.4.
RI
lOkQ
-lOV
2N3906
R2
2,2kQ
- -
Figura8.12 A polarizaçãopordivisordetensãocomtransistorpnp.
--
j
j
l'
p
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 315
A FontedeAlimentaçãoPositiva
As fontesdealimentaçãopositivassãomuitomaisusadasdoqueasfontesdealimen-
taçãonegativas.Por isso,vocêverásempreos transistorespnpdesenhadoscomo
invertidos,conformemostradonaFigura8.13.Vocênãoprecisadenenhumaoutra
equaçãonessecaso.Sevocêaplicara lei deOhmeasidéiasbásicasdiscutidasante-
riormente,poderáanalisaressecircuitorápidaefacilmente.
Sea correntedabasefor suficientementepequenaparaserdesprezada,po-
demoscalcularacorrentepormeiododivisordetensãodaFigura8.13comosegue:
I = 10V
12,2kQ = 0,82mA
A tensãoemR2é
V2 = (0,82mA)(2,2kQ) = 1,8V
Agora,subtraindo0,7V dessevalor,obtemosatensãonoresistordoemissor:
VRE= l,8V - 0,7V = 1,1V
A seguir,calculamosacorrentenoemissorcomo
IE = 1,1V1kQ = 1,1mA
eatensãonocoletorcomo
Vc = (1,1mA)(3,6kQ) =3,96V
Essaéatensãoentreo coletoreo terra.Esseéovalordatensãoquevocêdevemedir
quandoconectaro terminalpositivodovoltímetronocoletoreo terminalcomumno
terra.
316 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo8
Figura8.13 o transistorpnpdesenhadoinvertido.
A tensãono emissoré igualà tensãonafontemenosa quedadetensãono
resistordoemissor:
VE = 10V - 1,1V = 8,9V
Essaéatensãoentreoemissoreo terra.Esseéovalordetensãoquevocêdevemedirquando
conectaro terminalpositivodovoltímetronoemissoreo terminalcomumnoterra.
A tensãocoletor-emissoré a diferençaalgébricada tensãono coletore a
tensãono emissor:
VCE= 3,96V - 8,9V = -4,94V
Observequeessatensãoénegativaporqueéatensãoentreocoletoreo emissor.Dito
deformadiferente,essaéatensãodocoletorcomoemissortomadocomoreferência.
Sevocêcomeçardoemissor,devesairdeumpotencialde8,94V para3,96V,porissoa
variaçãoénegativa.
8.6 OUTROSTIPOSDEPOLARIZAÇÃO
Nestaseçãofinal,discutiremosoutrostiposdepolarização.Umaanálisedetalhada
dessestiposdepolarizaçãonãoé necessáriaporqueelesraramentesãousados.Mas
vocêdevesaberdaexistênciadessaspolarizaçõesnocasodeencontrá-Iasemalguns
circuitos.
Rz
2,2kQ
2N3906 -=- 10V
RI
Rc I10kQ- - -- - -
f
T
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 317
(-r-
Solução
Comecepelo
tensão.Cornoli
fornece
Exemplo',8
Quandoessac'
NaFigura
doemissor.
emissor:
A seguir,
Essacorrentecirc-ula.
Subtraindo2,91V;
,,",
A tensãocoletor~etni5511M'e:
... ""
o sinaldemenos
318 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.8
-
Figura8.14 Exemplo.
A PolarizaçãoporRealimentaçãodoEmissor
A Figura8.lSamostraapolarizaçãodabase.Essecircuitoéopiordelesseforconside-
radoo casodeobterumpontoQ fixo.Porquê?Porquenaregiãoativaacorrentedo
coletorémuitosensívelaoganhodecorrente.Issosignificaqueasvariaçõesnoponto
Q sãodiretamenteproporcionaisàsvariaçõesnoganhodecorrente.
RB
430kQ
+Vcc
RB
- -
(a) (b)
Figura8.15 (a) A polarizaçãodabase; (b) apolarizaçãopor realimentaçãodoemissor.
RE
1,5kQ
1
2N3906 -=-- 20V
Rc I3,6kQ- -- -
~
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 319
Historicamente,aprimeiratentativadeestabilizaçãodopontoQ foiquando
seintroduziuumresistornoemissor,conformemostradonaFigura8.15b.Comopode
esseresistorestabilizaropontoQ?O processoimaginadopeloinventorfoio seguinte:
Suponhaqueoganhodecorrenteaumenteporcausadeumaumentonatempera-
tura. Issofará comquea correntenocoletorea correntenoemissoraumentem.
Um aumentonacorrentedoemissoraumentaráa tensãonoemissor,queporsua
vezaumentaráa tensãona base.Um aumentodetensãona baseproduziráuma
diminuiçãonatensãodoresistordabase,oquesignificamenorcorrentenabase.
"
Nessemomento,o inventorestavapertodeumanovadescoberta.Eleobser-
vou queum aumentonoganhodecorrenteproduzumadiminuiçãonacorrenteda
base.Vejao queocorreuaseguir:
Consegui!Umacorrentemenornabaseimplicaumacorrentemenornocoletoreuma
correntemenorno emissor.Essa diminuição varia no sentidoopostoà variaçãode
aumentoinicial. Logo,o resistordo emissorproduz uma quedadetensãoqueseopõe
à variaçãonoganhodecorrente.
Oinventordescobriuarealimentaçãonegativa,umconceitojábemconhecidoemeletrônica.
O quevema serrealimentaçãonegativa?A correntenabaseéumaentrada
parao transistor,enquantoascorrentesdocoletoredoemissorsãoassaídas.Quando
o ganhode correnteaumenta,issoaumentaa saída(correnteno emissor)emum
determinadovalor.Essacorrentedesaídacirculapeloresistordoemissor,quediminui
aentrada(correntenoemissor)emumdeterminadovalor.Issoémuitoimportante:a
saídamudaa entrada.Essaéaprimeiravezquevocêobservaessefenômenonestelivro.
Eleéchamadorealimentaçãoerefere-seaumasaídacontrolandoaentrada,pelomenos
parcialmente.Como um aumentona correntedo emissorproduz uma diminuiçãona
correntedabase,chamamosessetipoderealimentaçãoderealimentaçãonegativa."
A AnálisedaPolarizaçãoporRealimentaçãodoEmissor
A polarizaçãoporrealimentaçãonuncasetornoupopular.A realimentaçãonegativa
realmentereduzodeslocamentodopontoQ comavariaçãonoganhodecorrente,mas
elanãorealizaissocomoapolarizaçãopordivisordetensão.O deslocamentodoponto
Q éaindamuitograndeparaamaioriadasaplicações.
Aquiestãoasfórmulasexatas:
Vcc - VBE
Ic =
RE +RB(l3cc+ 1)
(8.11)
320 Eletrônica- 4«Edição- Volume1 eap.8
e
Ve =Vee- leRe (8.12)
E aquiestãooscálculosexatosparaumganhodecorrentede100:le = 15V - 0,7V100Q+430kQ/101 = 3,28mA
e
vC = 15V - (3,28mA)(910Q) = 12V
Escrevendoasduasequaçõessimultaneamente(umaparao circuitodabasee outra
paraocircuitodocoletor),podemosderivarasequações(8.11)e(8.12).Nãomostramos
essaderivação,porém,poisessescircuitosnãosãolargamenteusadosemeletrônica.
A PolarizaçãoporRealimentaçãodoColetor
A Figura8.16mostraapolarizaçãoporrealimentaçãodocoletor.Historicamente,essa
foi umaoutratentativadeestabilizaro pontoQ comumarealimentaçãonegativa.
Comopodeo circuitoestabilizaro pontoQ? O mododepensardo inventordesse
circuitodeu-seconformedescritoabaixo:
-
Figura8.16 A polarizaçãoporrealimentaçãodocoletar.
...
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 321
Suponhaqueoganhodecorrenteaumenteporcausadeumaumentonatemperatura.
Issofará comquea correntedocoletoraumenteediminuirá a tensãono coletor.Uma
diminuiçãona tensãodocoletorresultaránumadiminuiçãona tensãodabase,quepor
suavezresultaránuma diminuiçãona correntedabase.Mas umacorrentemenorna
basesignificaquea correntedocoletorserámenor.Portanto,o resistorentreocoletor
ea baseestáproduzindouma realimentaçãonegativa.
Escrevendoas duas equaçõessimultaneamente,podemosderivaras se-
guintesfórmulas:
11.-
VCC - VBE
Ic = Rc + RB/(I3cc+ 1)
(8.13)
e
.; Vc =Vcc- IcRc (8.14)
Paraumganhodecorrentede100,acorrenteeatensãonocoletorsão
IC = 15V - 0,7V1kQ +200kQ/101 =4,79mA
e
Vc = 15V - (4,79mA)(l kQ) = 10,2V
APolarizaçãocomRealimentaçãodoColetore doEmissor
~
A polarizaçãocomrealimentaçãodo emissore a polarizaçãocomrealimentaçãodo
coletorforamosprimeirospassosembuscadeurnaestabilizaçãoparaoscircuitoscom
transistores.Emboraaidéiadarealimentaçãonegativafossemuitoboa,essescircuitos
nãoderamosresultadosesperados,porquenãohárealimentaçãonegativasuficiente
paraseuperfeitofuncionamento.Essaéarazãodopróximopassonapolarização,que
é o circuitomostradonaFigura8.17.Nessafigura,vocêpodepercebero quepassou
pelacabeçadoinventor:
322 Eletrônica- 4GEdição- Volume1 Capo8
+15V
Rc
1kQ
RE
lOOQ
-
Figura8.17 A polarizaçãodocoletaredoemissor.
Se necessitamosdemais realimentaçãonegativa,por quenão usamosumacombina-
ção de um resistor no emissor e um resistor no coletor? Então, devemosobter
resultadosainda melhores.Essafoi a pior tentativa.
Quandoseobserva,maisnemsempresignificamelhor.Masvocênãosabeenquanto
nãotentar.Nessecaso,combinarambosostiposderealimentaçãonumcircuitoúnico
ajudamasaindanãofuncionaparaumaproduçãoemmassa.
Sevocêencontrarum circuitocomoesse,aquiestãoasequaçõesparasua
análise:
Vee - VBE
le =
Re +RE +RB/(~cc+ 1)
(8.15)
e
Ve =Vee- leRe (8.16)
NaEquação(8.15),oefeitocombinadodasresistênciasdocoletoredoemissor
éreduziroimpactonasvariaçõesdoganhodecorrente.Contudo,independentemente
decomovocêdeterminaosvaloresdo circuito,nãoconseguea mesmaestabilidade
obtidacomapolarizaçãopordivisordetensão.
....
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 323
- - --
~
- - - - - -
Figura8.18 A evoluçãodapolarizaçãodotransistor.
,J
A PolarizaçãoporOivisordeTensão
A Figura8.18mostracomoapolarizaçãodotransistorevoluiudesuaformaprimitiva
atéchegarnapolarizaçãopordivisordetensão.
A polarizaçãopordivisordetensãoéaúltimaformaderealimentaçãonega-
tiva:oqueoinventorbuscavaemprimeirolugar.Quandooganhodecorrenteaumen-
ta,a correnteno emissoraumenta.Issofaz aumentara tensãono emissor.Comoa
tensãonabaseéfixadapelodivisordetensão,atensãobase-emissordiminui,fazendo
comquea correntenabasediminua.Dessavez,a realimentaçãonegativafunciona
muitobem,porquequasetodoaumentonoganhodecorrenteproduzumadiminuição
proporcionaldacorrentenabase.As correntesdo coletore do emissorapresentam
apenasumligeiroaumento.Conformevocêviunasanálisesanterioresdessecircuito,
o deslocamentodopontoQ comasvariaçõesdoganhodecorrenteéquasezero.
8.7 VERIFICAÇÃODEDEFEITOS
Vamosdiscutiraverificaçãodedefeitosdapolarizaçãopordivisordetensãoporque
essemétododepolarizaçãoé o maisusado.Nestaseção,descobriremoso queum
técnicoemmanutençãopensaenquantoanalisaum circuitocompolarizaçãopor
divisordetensão.
324 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.8
AAnálise
AquiestácomoumtécnicoemmanutençãoagecomumcircuitocomoodaFigura8.19:
Nessecircuito, a correnteda baseé muito pequena,a pontode ser desprezada.Isso
significaquea correnteno divisardetensãoéde10 V divididopor 12kQ, queresulta
emcercade1 mA. Quandoesse1 mA circulapeloresistorde2,2kQ, produzuma
tensãopróximade2 V. Esseéo valor aproximadodatensãona base.
A análiseexatadessecircuitomostraquea tensãonabaseé de1,8V. Isso
significaquenossopensamentohipotéticodeverificaçãodedefeitosnãoserámuito
diferenteseusarmos2V emvezde1,8V.A análisedaFigura8.19continuacomosegue:
Agora,2 V menos0,7 V é 1,3 V. Issoresultaemumacorrentedoemissorde1,3mA.
Quando essacorrentecircular pelo resistor do coletar, produzirá uma queda de tensão
de cercade4 V. Subtraindo4 V de 10 V, obtemos6 V no coletar.Portanto, seesse
circuitoestiverfuncionandocorretamente,a tensãoentreocoletareo terradeveráser
deaproximadamente6 V. Se a tensãomedidanão estiverpróximade6 V, háalgum
problemacomo circuito.
RI
lOkQ
Rz
2,2kQ
- -
Figura8.19 A verificaçãodedefeitosnocircuitocompolarizaçãopor divisordetensão.
o técnicoemmanutençãosabequecomponentesdefeituosos,comocurtose
circuitosabertosetc.,produzemvariaçõesaltasnastensõesqueelaouelemedir.Um
técnicoemmanutençãoé espertoo suficienteparasaberque os cálculosmentais
iniciaisproduzirãorespostasquesãoadequadasem9entre10vezes.É raroverum
técnicoemmanutençãousarumacalculadoraparacalcularumatensãoqueeleprecisa
medir.
iL-
Cap.8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 325
o maisestranhosobreoscálculosrudimentaresmentaisé queelessempre
produzemvalorespróximosdasrespostasprecisas.Paraestecircuito,umaanálise
exatausandoaterceiraaproximaçãodeumtransistormostraqueatensãonocoletoré
de6,14V,oqueestábempertodarespostadotécnicoemmanutenção,queéde6V.As
respostasrudimentaresgeralmentenãosãoprecisas,masestãosempremaispróximas
doqueesperamos.
OsDefeitosMais Comuns
Depoisdeterfeitoalgumasaproximaçõesiniciaisdetensõesnumcircuito,otécnicoem
manutençãoestáprontopararealizaraverificaçãodedefeitos.Porexemplo,suponha
queumtécnicoemmanutençãotenhaobtidoumatensãode10Ventreabaseeoterra
naFigura8.19.Aquiestácomoelaouelereagirá:
í.,- AlgumacoisaestáerradacomR 1.Elepodeestarabertoouemcurto.Um resistor
abertotemsempreuma correntezeroe uma tensãodesconhecida.Essa descriçãonão
correspondeaoqueestáacontecendo.Por outrolado,umresistoremcurtosempretem
uma tensãozeroe uma correntedesconhecida.Perfeito.Deveser esseo caso.RI em
curtofaz aparecerumatensãode10 V diretamentena basedo transistor.
Conformediscutidoanteriormente,quandoum resistorqueima,a possibi-
lidadede eleabriré maiordo que o de eleentrarem curto,comoé o casodos
dispositivossemicondutores.Portanto,RI emcurtosignificaumcurtoindiretocausa-
doporalgumpingodesoldaououtracondiçãoqueestácurto-circuitandoRI'
"/.
Na maioriadasvezes,umcomponenteabertoouumcomponenteemcurto
produzumaúnicatensão.Porexemplo,aúnicaexplicaçãoparaseobter10V nabase
deumtransistornumcircuitocomoodaFigura8.19écomRI emcurto.Nenhumoutro
componenteemcurtoouabertopodeproduziromesmoresultado.
Algunsdefeitosnãoproduzemumúnicovalordetensão.Emoutraspalavras,
qualquerumdosdoisdefeitospodeproduzirasmesmastensões.Nessecaso,otécnico
emmanutençãodevedesconectaro componentesuspeitoe usarum ohmímetroou
outroinstrumentodemedidaparafazero teste.Aquiestáumexemplo.Suponhaque
umtécnico,aofazerumaverificaçãodedefeitos,tenhaobtidoasseguintestensõesna
Figura8.19:VB=1,8V, VE=1,1V e Vc =10V. Sevocêpensarnissoporalgunsmo-
mentos,perceberáquehá duaspossibilidadesdeocorreressastensões.O problema
tantopodesero resistordo coletoremcurtoquantoo resistordo emissoraberto.O
primeirodefeitofaz comquea tensãode 10V apareçadiretamenteno coletor.O
segundodefeitofazamesmacoisa,porquenãohácorrentenocoletor.Vocêobtém1,1
V noemissorcomo resistordeemissorabertoporque,quandoovoltímetroéligado
entreo emissore o terra,o circuitoé fechadopeloprópriovoltímetro.Lembre-se:o
326 Eletrônica- 48Edição- Volume1 Cap.8
voltímetrofuncionacomumaresistênciadealtovaloremsériecomo diodoemissor,
demodoqueovalorde1,1V seráindicadopelovoltímetro.Comoqualquerumdesses
doisdefeitospodeocorrer,otécnicopodedesconectaroresistordoemissoremedirsua
resistência.O resultadodessamediçãoindicaráimediatamenteodefeitopeloprocesso
deeliminação.
TÓPICOSOPCIONAIS
8.8 MAISINFORMAÇÕESSOBREA POLARIZAÇÃOPOR
DIVISORDETENSÃO
Estaseçãofaráumadiscussãomatemáticamaisavançadasobrea polarizaçãopor
divisordetensão.Elapodeserútilparaoprojetistaeoutrosquedesejamaprofundar-
seumpoucomaisnamatemáticaaplicadaportrásdessemétododepolarizaçãodo
transistor.
A CorrentedoEmissor
A Figura8.20amostraa polarizaçãopor divisordetensão.Abramentalmenteo ter-
minalnabasedaFigura8.20a.Então,vocêestaráolhandoparaumdivisordetensão
semcargacujatensãodeTheveniné
Rz VccVTH=RI +Rz
(8.17)
Agora,reconectenormalmenteoterminaldabase.Seo divisordetensãoforestável,a
tensãonabaseserádemaisde99%da tensãodeThevenin.Em outraspalavras,o
circuitoésimplificadoparao daFigura8.20b.Nessecircuitoequivalente,acorrenteno
emissoréde
VTH - VBE
IE =
RE
(8.18)
A correntenocoletoréaproximadamenteigualaessevalor.
.!
I"
.!-
Cap.S Circuitos depolarizaçãodo transistor 327
Observeque I3ccnão aparecenessafórmula. Isso significaque o circuitoé
imune às variaçõesem I3cc'o que implica um ponto Q estável.Por isso,o circuitode
polarizaçãopor divisor detensãoéa formapreferidadepolarizaçãolineardecircuitos
com transistores.Vocêverá que o uso dessapolarizaçãoé quaseuniversal,por isso
tambémchamadapolarizaçãouniversal.
+vcc
+vcc
VB VB
RI
+VTH
Rz
- - -
(a) (b)
Figura8.20 A polarizaçãopor divisordetensão.
oDivisordeTensãoEstável
A chaveparaumcircuitobemprojetadoéobterumdivisordetensãoestável.Aquiestá
comoobterumaregraparaoprojetodeumcircuitoestável.SeaplicarmosTheveninno
circuitodaFigura8.20a,obteremoso circuitoequivalentedaFigura8.21,noqual
RIRz
RTH = RI +Rz
(8.19)
Parasimplificar,issoésempreescritocomo
RTH = RIII Rz (8.20)
ondeasduasbarrasinclinadasrepresentamaligação/I emparalelocom".A Equação
(8.20)podeserlidacomo/I RTHéigualaRI emparalelocomRz".Somandoastensões
namalhadabasedaFigura8.21,obtemos
328 Eletrônica- 4~Edição- Volume1 Cap.8
VBE + hRE - VTH + IBRTH = O
Como IB =IE/l3cc' aequação seguintesereduza
VTH - VBE
IE = RE + RTH/l3cc
(8.21)
SeREfor 100vezesmaiorqueRTH/l3cc'osegundotermoficaquasesemefeito
eaequaçãoésimplificadapara
VTH - VBE
IE =
RE
Nestelivro,um circuitopor polarizaçãopor divisordetensãoestávelé aqueleque
satisfazestacondição:
RTH < O,Oll3ccRE (8.22)
Essaregrade100:1devesersatisfeitaparao valormínimode I3ccencontradosobre
essascondições.Porexemplo,seumtransistortiverumI3ccquevariede80a400,useo
menorvalor(80).
Rc
+
-vcc
Figura8.21 o circuitoequivalenteparaapolarizaçãopor divisordetensão.
Geralmente,R2émenorqueRI eaEquação(8.22)ésimplificadacomo
R2 < O,Oll3ccRE (8.23)
~
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 329
u
Isso é feitonum projetoconservativoporque,satisfazendoaEquação(8.23),automa-
ticamenteestaremossatisfazendoaEquação(8.22).Por conveniência,usamosa Equa-
ção(8.23)quandoprojetamosumapolarizaçãopor divisor detensãoestável.
111
I!i
o OivisordeTensãoFirme
Algumas vezes,o resultadode um projetoestávelsãode RI e R2tão pequenosque
outros problemascomeçama aparecer(discutidosmais tarde).Nesse caso,muitos
projetistassolucionamissousandoaseguinteregra:
!li RTH < 0,1~ccRE (8.24)
.. Uma vezmais,éconvenientetrabalharcomestaregradeprojeto:
Rz < 0,1~ccRE (8.25)
No pior caso,satisfazeressaregra significa que a correntedo coletorserá aproxi-
madamente10%menorqueo valor ideal dadopelaEquação(8.18).
Daqui parafrente,vamoschamarum divisor de tensãodefirmequandoele
estiverde acordo com a Equação(8.25).Como regra,tentaremosfazer a tensãodo
divisor de tensãoestável.Por razões dadas posteriormente(impedânciadeentrada),
algumasvezesassumimosocompromissodeusarum divisordetensãoestávelporque
issonosgaranteum circuitomelhorprojetado.
'y
As RegrasdeProjeto
A Figura 8.22mostra um amplificador.Os capacitoresacoplamum sinal capara a
entradae para a saída do amplificador.Tão logo a correntecomeçaa circular, os
capacitoresfuncionamcomocircuitosabertos.Assim,vocêpodeignoraroscapacitores
na discussãoaseguir.
A nãoserquandoindicadoo contrário,usaremosa regrado um décimo,que
faz com que a tensãono emissorseja aproximadamenteum décimo da tensãode
alimentação:
VE = 0,1VCC (8.26)
330 Eletrônica- 4BEdição- Volume1 Cap.S
Essaregradeprojetoéconvenienteparaamaioriadoscircuitos,maslembre-
se de queelaé apenasumaregra.Nem todosos projetistasa usam,logonãose
surpreendaseencontrarastensõesnoemissorcomvaloresdiferentesdeumdécimoda
tensãodealimentação.
RI
+Vcc
Vent0---1 E--o Vsaída
RI
- -
Figura8.22 Um amplificador.
Comececalculandoo valordeREnecessárioparaestabelecerumacorrente
especificadanocoletor:
VE
RE =1E
(8.27)
Alémdisso,estabeleçaopontoQ próximodocentrodaretadecargacc.Issosignifica
que0,5Vccapareceráentreocoletoreoemissor.Logo,
RC =4RE (8.28)
A seguir,vocêpodeprojetarumdivisordetensãoestável,usandoaregrade100:1:
Rz < 0,01~ccRE
Sevocêpreferirumdivisordetensãofirme,entãoapliquearegrade10:1:
Rz < 0,1~ccRE
Finalmente,calculeRI usandoumaregradeproporção:
r
fi
:1
(I..,
rrf
I
Capo8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 331
VI
RI = -R2
V2
(8.29)
8.9 POLARIZAÇÃOPORREALIMENTAÇÃODOEMISSOR
A Figura8.23mostraa polarizaçãopor realimentaçãodo emissor.Sesomarmosas
tensõesemtomodamalhadocoletor,obteremos
VCE + IE RE - VCC+ Ic Rc = O
ComoIE é aproximadamenteiguala le, essaequaçãopodeserrearranjada
para
Vcc - VCE
lc -
- Rc +RE
(8.30)
FazendoVeEigualazero,obtemosacorrentedesaturaçãodeVeel(Re+RE).Fazendo
le igualazero,obteremosatensãodecortedeVee.
A seguir,podemossomarastensõesemtornodamalhadabaseparaobter
VBE + hRE - Vcc + IBRB = O
RB
RE
-
Figura8.23 A polarizaçãoporrealimentaçãodoemissor.
332 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo8
Como IE =Ie eIB =Idl3CC'podemosreescreveraequaçãocomo
Vee- VBE
Ic =RE+RB/l3cc
(8.31)
A tensãonocoletorédadapor
Ve =Vce- leRe (8.32)
eatensãonoemissorpor
VE = IE RE (8.33)
eatensãonocoletor-emissorpor
VeE = VC - VE (8.34)
430kQ
+15V Ic
14,9mA
9,33mA .-
3,25mA ._nu
15V
f3cc=100
VCE
-
(a) (b)
Figura8.24 A polarizaçãoporrealimentaçãodoemissorea retadecarga.
o objetivodoresistornoemissorédiminuiro efeitodasvariaçõesdeI3ccno
circuito.IssoequivaleafazerREmuitomaiorqueRB/l3cc.Porém,noscircuitospráticos,
vocênãopodefazerREaltoo suficienteparadiminuiroefeitodavariaçãodeI3ccsem
saturarotransistor.Paraosprojetostípicos,saibaqueapolarizaçãoporrealimentação
doemissoréquasetãosensívelàsvariaçõesemI3ccquantoapolarizaçãodabase.Por
exemplo,a Figura8.24amostraum circuitode polarizaçãopor realimentaçãodo
emissor.A Figura8.24bmostrasuaretadecargacceospontosdeoperaçãoparadois
ganhosdecorrentediferentes.Conformevocêpodever,umavariaçãode3:1noganho
decorrenteproduzumagrandevariaçãonacorrentedocoletor.
\
,
..
j'rp
I
"
f
Capo8 Circuitosdepolarizaçãodotransistor 333
8.10 POLARIZAÇÃOPORREALIMENTAÇÃODOCOLETOR
A Figura8.25mostraa polarizaçãopor realimentaçãodo coletor(tambémchamada
autopolarização).Somandoastensõesemtornodamalhadocoletor,obtemos
VCE - Vcc+ (Ic + lB)Rc =O
ComolBémuitomenorquelenaregiãoativa,podemosignorarlBerearran-
jaraequaçãocomo
Vce - VCE
lc = Rc
(8.35)
FazendoVeEiguala zero,obtemosumacorrentedesaturaçãodeVeelRe.
Fazendole igualazero,obtemosatensãodecortedeVee.
Rc
VCE
-
Figura8.25 A polarizaçãoporrealimentaçãodocoletar.
Sesomarmosastensõesemtornodamalhadabase,entãoVBE - Vee + (Ic + lB)Rc + lB RB = O
ou
VBE - Vce+ IcRc + lBRB = O
Como lB=lei I3cc'aequaçãoanteriorpodeserresolvidaparale:
334 Eletrônica- 4«Edição- Volume1 Cap.8
VCC - VBE
IC = Rc + RB//3cc
(8.36)
A polarizaçãopor realimentaçãodo coletortemoutravantagemsobrea
polarizaçãoporrealimentaçãodoemissor:vocênãopodesaturarotransistor.Quando
vocêdiminuia resistênciadabase,o pontodeoperaçãodesloca-separao pontode
saturaçãonaretadecargacc.Maselenuncaatingeasaturação,nãoimportandoquão
baixasejaaresistênciadabase.
VCE- 15V
(a) (b)
Figura8.26 A polarizaçãoporrealimentaçãodocoletorearetadecarga.
o pontoQ geralmenteé colocadono centroda retade cargacc.Paraa
polarizaçãoporrealimentaçãodocoletor,énecessárioque
RB = /3ccRc (8.37)
o modomaisfácildeverissoésubstituindoessevalornaEquação(8.36).Issodáuma
correntedecoletorqueéaproximadamentemetadedovalordesaturação.
A polarizaçãoporrealimentaçãodocoletoré maiseficazquea polarização
por realimentaçãodo emissor.Emborao circuitoaindasejasensívelao efeitodas
variaçõesem/3cc'eleé usadonaprática.Eletema vantagemdasimplicidadee de
apresentarumamelhorrespostaemfreqüência(queserádiscutidamaistarde).A
Figura8.26amostraumcircuitodepolarizaçãoporrealimentaçãodocoletor.A Figura
8.26bmostrasuaretadecargacceospontosdeoperaçãoparadoisdiferentesvalores
de ganhodecorrente.Conformevocêpodever,umavariaçãode3:1no ganhode
correnteproduzumavariaçãomenornacorrentedocoletordoqueapolarizaçãopor
realimentaçãodoemissor(Figura8.24b).
~
Ic
+Vcc
15mA
1kQ
8,58mA
4,77mA
I.,
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodotransistor 335
8.11 POLARIZAÇÃODOEMISSORCOMFONTESIMÉTRICA
A Figura8.27mostraapolarizaçãodoemissor,queàsvezeséusadaquandoumafonte
simétricaestádisponível(tensõespositivae negativa).SeRBfor suficientementepe-
quena,atensãonabaseseráaproximadamentezero.A tensãonoemissoréumaqueda
VBEabaixodessevalor.Portanto,atensãonoresistorderealimentaçãodoemissoré
VEE - VBE
IE = RE
(8.38)
Como~ccnãoaparecenafórmula,o pontoQ éestável.Seumafontesimétricaestiver
disponível,apolarizaçãodoemissorcomfontesimétricapodeserusada,porqueela
proporcionaumpontoQ estáveldo mesmomodoquea polarizaçãopor divisorde
tensão.
RB
-VEE
~
r
-
1'1í
Figura8.27 A polarizaçãodoemissorcomfontesimétrica.
A chaveparaumcircuitobemprojetadoé o valord~RB'Eledevetervalor
pequeno.Maspequenoatéqueponto?Porumaderivaçãosimilaràquelafeitaparaa
polarizaçãopordivisordetensão,afórmulaexataparaacorrentedoemissoré
VEE - VBE
IE = RE + RB/~cc
Paraumprojetoestável,REdeveserpelomenos100vezesmaiorqueRB/~cC'Issoé
equivalentea
336 Eletrônica- 4BEdição- Volume1 Cap.S
RB < O,Oll3ccRE (8.39)
Quandoforverificardefeitosnessetipodecircuito,vocêprecisaestimarastensõesno
transistoremrelaçãoaoterra.A tensãonocoletoré
Ve =Vee- leRe (8.40)
Paraumprojetoestável,atensãonabaseéaproximadamenteOV eatensãonoemissor
éaproximadamente-0,7V.
i Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 337
RESUMO
Seção8.1A PolarizaçãoporDivisorde
Tensão
o circuitomais famosobaseadono
protótipoda polarizaçãodo emissoré
chamadopolarizaçãopordivisordeten-
são.Vocêpodeidentificá-Iopelodivisor
detensãonocircuitodabase.
Seção8.2AAnálisedaPolarizaçãopor
DivisãodeTensão(PDT)
A idéiabásicaéfazeracorrentedabase
muitomenorquea correnteatravésdo
divisordetensão.Quandoessacondição
ésatisfeita,odivisordetensãomantéma
tensãonabasequaseconstanteeigualà
saídadeumdivisordetensãosemcarga.
Issoproduzum pontoQ estávelsobre
quaisquercondiçõesdeoperação.
Seção8.3A RetadeCargaeoPontoa
paraoCircuitoPDT
I, A retadecargaédesenhadaentreasatu-
raçãoeocorte.O pontoQ repousasobre
a retade cargacom a posiçãoexata
determinadapelapolarização.Umava-
riaçãoaltano ganhodecorrentequase
nãoafetaopontoQ,porqueessetipode
polarizaçãoestabeleceum valor cons-
tantenacorrentedoemissor.
"
t
Seção8.4A PolarizaçãodoEmissorcom
FonteSimétrica
Esseprojetousa uma fontesimétrica:
umafonteformadaporduasoutras,sen-
doumapositivaeumanegativa.A idéia
é estabelecerumvalorconstanteparaa
correntedo emissor.O circuitoé uma
variaçãodoprotótipodapolarizaçãodo
emissordiscutidoanteriormente.
Seção8.5OsTransistoresPNP
Essesdispositivospnptêmtodasascor-
rentesetensõesinvertidasemrelaçãoao
seucomplementarnpn.Elespodemser
usadoscomasfontesdealimentaçãone-
gativas.Geralmentesãousadostambém
com fontes de alimentaçãopositiva
numaconfiguraçãoinvertida.
Seção8.6 OutrosTIposdePolarização
Estaseçãointroduzarealimentaçãone-
gativa,umfenômenoqueocorrequando
um aumentonumavariávelde saída
produzumadiminuiçãonumavariável
deentrada.Essafoiumaidéiabrilhante
quenoslevouà polarizaçãopor divisor
detensão.Osoutrostiposdepolarização
nãopodemusararealimentaçãonegati-
va,portantoelasnãoalcançamonívelde
funcionamentodapolarizaçãopordivi-
sordetensão.
Seção8.7VerificaçãodeDefeitos
A verificaçãodedefeitoséumaarte.Por
issoelanãopodeserreduzidaaumcon-
junto de regras.Vocêaprendea veri-
ficaçãodedefeitosmelhorpormeiode
experiências.
338 Eletrônica- 4~Edição- Volume1 Cap.8
EQUAÇÕESIMPORTANTES
Equação8.1A CorrentenoDivisorde
Tensão
Vcc
1=-
RI + Rz
Esteé o primeiropassona análiseda
polarizaçãopordivisordetensão.Estaé
a correntenum divisorde tensãosem
cargaou a correnteondea correntede
basefoi desprezada.Ela diz quea cor-
renteéigualàtensãodealimentaçãodo
coletordividida pela resistênciatotal.
IssoénadamaisquealeideOhm.
Equação8.2A TensãonaBase
VB = IRz
Esteé o segundopassonaanáliseda
polarizaçãopor divisorde tensão.Ela
diz quea tensãonabaseé igualà cor-
rentenodivisordetensãovezesaresis-
tênciaRz.Novamente,estaé a lei de
Ohm.
Equação8.3A TensãonoEmissor
VE = VB - VBE
Esteéoterceiropassonaanálisedapolari-
zaçãopor divisordetensão.Vocêpodeter
urnaidéiaaquieusarovalorexatodeVBE
seelefor conhecido.Muitaspessoasusam
0,7V ou mesmoOV.A equaçãodiz quea
tensãonoemissoréigualàtensãonabase
menosatensãonodiodoemissor.
Equação8.4A CorrentenoEmissor
VE
IE = RE
Esteéoquartopassonaanálisedapola-
rizaçãopordivisordetensão.Vocêapli-
caaleideOhmnoresistordoemissor.
Equação8.5A TensãonoColetor
vc = Vcc - Ic Rc
Estaequaçãojáébemfamiliaragora.
Equação8.6A TensãoColetor-Emissor
VCE = Vc - VE
Cornooemissornãoestámaisnopoten-
cialdoterra,vocêdevesubtrairatensão
doemissordatensãonocoletorquando
quisersabero valorda tensãocoletor-
emissor.
ATlVIDAOESPAMUESTUDANTE
QUESTÕES
1. Para a polarizaçãodo emissor,a tensão
no resistordo emissoré a mesmatensão
entreo emissore
---......
a) A base
b) O coletor
c) O emissor
d) O terra
z. Para a polarizaçãodo emissor,a tensão
noemissoré0,7V abaixoda
,t;.
I
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 339
a) Tensãonabase 9. A tensãono coletorde um circuitocom
b) Tensãonoemissor PDT nãoésensívelàsvariações
c) Tensãono coletor a) Na fontedealimentação
d) Tensãonoterra b) Na resistênciado emissor
c) No ganhodecorrente
3. Comumapolarizaçãopordivisordeten- d) Na resistênciado coletor
são,atensãonabaseé
a) Menor quea tensãode 10. Se a resistênciado emissoraumentar
alimentaçãodabase numcircuitocomPDT,atensãonocole-
b) Igual à tensãodealimentaçãodabase tor
c) Maior queatensãodealimentação a) Diminuirá
dabase b) Permaneceráa mesma
d) Maior quea tensãodealimentação c) Aumentará
do coletor d) Duplicará
4. A PDT énotávelporque 11. A polarizaçãodabaseestáassociada
a) A tensãono coletoré instável a) Aos amplificadores
b) A correnteno emissorvaria b) Aos circuitosdigitais
c) A correntenabaseéalta c) o pontoQ estável
d) O pontoQ éestável d) A correntedo emissorfixa
5. Com a PDT, um aumentona resistência 12. Searesistênciadoemissorduplicarnum
doemissorirá circuitocomPDT, a correnteno coletor
a) Diminuiratensãonoemissor irá
b) Diminuira tensãonocoletor a) Duplicar
c) Aumentaratensãono emissor b) Cairparaa metade
T d) Diminuir a corrente no emissor c) Permanecera mesma
I d) Aumentar6. A PDT temumpontoQ estávelcomo
a) A polarizaçãodabase 13. Searesistênciadocoletoraumentarnum
b) A polarizaçãodo emissor circuitocomPDT,atensãonocoletorirá
c) A polarizaçãopor realimentação a) Diminuir
do coletor b) Permanecera mesma
d) A polarizaçãopor realimentação c) Aumentar
do emissor d) Duplicar
7. A PDT necessitade 14. O pontoQ numcircuitocomPDT é
a) Apenastrêsresistores a) Muitosensívelàsvariaçõesno
b) Apenasumafontedealimentação ganhodecorrente
c) Resistoresdeprecisão b) Um poucosensívelàsvariações
d) Mais resistoresparapoder do ganhodecorrente
trabalharmelhor c) Totalmenteinsensívelàs
variaçõesno ganhodecorrente
8. A PDT normalmenteoperanaregião d) Muito afetadopelasvariações
a) Ativa natemperatura
b) De corte
c) De saturação 15. A tensãona basede umapolarizaçãodo
d) De ruptura emissorcomfontesimétrica(PEFS) é
340 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.8
--.......
a) 0,7V
b) Muito alta
c) Próximadezero
d) 1,3V
16. Sea resistênciadoemissordobrardeva-
lor numcircuitocomPEFS,acorrenteno
coletor
a) Cairá pelametade
b) Permaneceráamesma
c) Duplicará
d) Aumentará
17. Se um pingo de solda curto-circuitaro
resistordo emissorde um circuitocom
PEFS,atensãonocoletor
a) Cairá azero
b) Seráigual à tensãodealimentação
do coletor
c) Permaneceráamesma
d) Duplicará
18. Se a resistênciado emissoraumentar
numcircuitocomPEFS,atensãonocole-
tor
a) Diminuirá
b) Permaneceráamesma
c) Aumentará
d) Seráigual à tensãodealimentação
do coletor
19. Seoresistordoemissorabrirnumcircui-
to comPEFS,atensãonocoletor
a) Diminuirá
b) Permaneceráa mesma
c) Aumentará
d) Seráigual à tensãodealimentação
do coletor
20. Num circuitocom PEFS, a correnteda
basedevesermuito
a) Pequena c) Instável
b) Alta d) Estável
21. o pontoQ num circuitocomPEFS não
depende
a) Da resistênciado emissor
b) Da resistênciado coletor
c) Do ganhodecorrente
d) Da tensãodo emissor
22. Osportadoresmajoritáriosnoemissorde
umtransistorpnpsão
a) Lacunas
b) Elétronslivres
c) Átomostrivalentes
d) Átomospentavalentes
23. O ganhodecorrentedeumtransistorpnpé
a) O valor negativodo ganhode
correntedo npn
b) A correntedo coletordividida
pelacorrentedo emissor
c) Próximadezero
d) A razãoda correntedo coletor
pelacorrentedabase
24. Qual é o maiorvalor de correntenum
transistorpnp?
a) A correntedabase
b) A correntedo emissor
c) A correntedo coletor
d) Nenhumadessas
25. As correntesdeumtransistorpnpsão
a) Geralmentemenoresqueas
correntesdo npn
b) Opostasàscorrentesdo npn
c) Geralmentemaioresqueas
correntesdo npn
d) Negativas
26. Numa polarizaçãopor divisordetensão
comumtransistorpnp,vocêdeveusar
a) Uma fontedealimentaçãonegativa
b) Uma fontedealimentaçãopositiva
c) Resistores
d) Terra
PROBLEMASBÁSICOS
Seção8.2AAnálisedaPolarizaçãode
Tensão(POT)
8.1 Qual é a tensãono emissorda Figura
8.28?E atensãonocoletor?
(.
"
;.
I
1
I
I
j
T
1
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 341
RI
10kQ
Rz
2,2kQ
Figura8.28
RE
1 kQ
- -
8.2 Qual é a tensão no emissor da Figura
8.29?E a tensãono coletor?
Rz
2,2kQ
Figura8.29
RI
10kQ
- -
8.3 Qual é a tensão no emissor da Figura
8.30?E a tensãono coletor?
RI
330kQ
Rz
100kQ
Figura8.30
- -
8.4 Qual é a tensão no emissor da Figura
8.31?E a tensãono coletor?
RI
150Q
Figura8.31
Rz
33Q
- -
8.5 Todos os resistores na Figura 8.30 têm
tolerâncias de :t5%.Qual é o menor valor
possível da tensãono coletor?E o maior?
A fonte de alimentação da Figura 8.31
tem uma tolerância de :t10%. Qual é o
menor valor possível na tensão de cole-
tor? E o maior possível? (Use os valores
nominais para os resistores.)
8.6
342 Eletrônica- 4~Edição- Volume1 Cap.8
Seção8.3A RetadeCargaeo Pontoa
paraoCircuitoPOT
8.7 Detennineo pontoQ naFigura8.28.
8.8 DetennineopontoQ naFigura8.29.
8.9 Detennineo pontoQ naFigura8.30.
8.10 DetennineopontoQ naFigura8.31.
8.11 Todosos resistoresda Figura 8.30têm
umatolerânciade:1:5%.Qual é o menor
valordacorrentedecoletor?E omaior?
8.12 A fonte de alimentaçãoda Figura 8.31
temuma tolerânciade :1:10%.Qual é o
menorvalorpossíveldacorrentedocole-
tor?E o maior?(Useosvaloresnominais
dosresistores.)
Seção8.4A PolarizaçãodoEmissorcom
FonteSimétrica
8.13 Qual é a correntedo emissorna Figura
8.32?E atensãonocoletor?
lOkQ
- -15 V
Figura8.32
8.14 Se todasas resistênciasda Figura 8.32
foremdobradas,qual seráa correnteno
emissor?E atensãono coletor?
8.15 Todosos resistoresda Figura 8.32têm
tolerânciade:1:5%.Qualé o menorvalor
possíveldatensãonocoletor?E o maior?
Seção8.5 OsTransistoresPNP
8.16 QualéatensãodocoletornaFigura8.33?
8.17 Qualéatensãodo coletor-emissornaFi-
gura8.33?
8.18 Qualéacorrentedesaturaçãodocoletor
na Figura 8.33?E a tensãode coletor-
emissordecorte?
+
-=-lOV
I
2N3906
- - -
Figura8.33
8.19 Qual é a tensãodo emissorna Figura
8.34?E atensãodocoletor?
Seção8.6OutrosTIposdePolarização
8.20 A tensãonocoletoraumenta,diminuiou
permaneceamesmanaFigura8.31para
umapequenavariaçãoemcadaum dos
seguintescasos?
.1,."
lr /'
l,
I
J,
~,
\
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodotransistor 343
a) RI aumenta
b) Rz diminui
c) RE aumenta
d) Rc diminui
e) Vcc aumenta
f) Pccdiminui
-10 V
RE
lOkQ
2N3906
Rz
2,2kQ
- -
Figura8.34
8.21 A tensãono coletor aumenta, diminui ou
permanecea mesma na Figura 8.33para
o caso de uma pequena variação em
a) RI d) Rc
b) Rz e) Vcc
c) RE f) pcc
Seção8.7VerificaçãodeDefeitos
8.22 Qual é o valor aproximado da tensãono
coletor da Figura 8.31para cada um dos
seguintesdefeitos?
a) RI aberto
b) Rz aberto
c) RE aberto
d) Rc aberto
e) Coletor-emissor aberto
8.23 Qual é o valor aproximado da tensãono
coletorpara cadaum dos seguintesdefei-
tos?
a) RI aberto
b) Rz aberto
c) RE aberto
d) Rc aberto
e) Coleto r-emissor aberto
PROBLEMASEXTRAS
8.24 Suponha que alguém tenha montado o
circuito da Figura 8.31, exceto para as
modificações no divisor de tensão, con-
forme segue:RI =150kQ e Rz =33kQ. A
pessoaque montou não entendepor que
a tensão na base é apenas de 0,77V em
vez de 2,7V (a saída ideal do divisor de
tensão). Você pode explicar o que está
acontecendo?
8.25 Alguém montou o circuito da Figura 8.31
comum2N3904.O quevocêtem a dizer
sobre isso?
8.26 Um estudantequermedira tensãocole-
tor-emissornaFigura8.31eparaissoco-
nectouum voltímetroentreo coletore o
emissor.Quevalordeveserindicado?
8.27 Vocêpodevariarqualquervalornocir-
cuitodaFigura8.31.Citetodososmodos
possíveisdedestruiro transistor.
8.28 A fonte de alimentaçãona Figura 8.31
devefornecera correnteparao circuito
com transistor. Cite todos os modos de
determinar essacorrente.
PROBLEMASAVANÇADOS
8.29 Calcule a tensãono coletorpara cada
transistornaFigura8.35.(Sugestão:osca-
pacitoresagemcomo circuitosabertos
emcc.)
344 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap.8
+15V
Vento-1
Figura8.35
8.30 O circuitona Figura8.36ausadiodosde
silício. Qual é o valor da correnteno
emissor?E atensãonocoletor?
8.31 QualéovalordatensãonaFigura8.36b?
8.32 Qual é a correnteno LED da Figura
8.37a?
8.33 Qual é a correnteno LED da Figura
8.37b?
8.34 Desejamosprojetarum divisordetensão
comoo da Figura8.30demodoqueele
sejaestável.Mude osvaloresdeRI e R2
conformea necessidadesem mudar o
pontoQ.
+20V
lOkQ
1kQ
- -
(a)
Figura8.36
GND
PROBLEMASCOMODISPOSITIVO
VERIFICADORDEDEFEITOS
UseaFigura8.38paraosproblemasrestantes.
8.35 Encontreo defeito1.
8.36 Encontreo defeito2.
8.37 Encontreosdefeitos3e4.
8.38 Encontreosdefeitos5e6.
8.39 Encontreosdefeitos7e8.
8.40 Encontreosdefeitos9e10.
8.41 Encontreosdefeitos11e12.
+20V
+2V Vsaída
- -
(b)
I
,...
Cap.8 Circuitos depolarizaçãodo transistor 3
Figura8.38
+12V+12V
T7 T8 1'9 TlO Tll Tl2
o verificadordedefeitosTM.(Patenteado:CortesiadeMalvinoInc.)
//
1620Q 1//
- - - -- - - -
(a) (b)
Figura 8.37
+vcc 1
2 3 4 5 6 7
(10V) A
B
C
D
E
E
Rz
RE
F
2,2kQ
lkQ G
- - Medições-
OK Tl 1'2 1'3 T4 T5 T6