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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 1 RELATÓRIO ELETRÔNICA 5 Polarização Transistor Emissor – Comum PROF. Cláudio R. do Nascimento Carlos Eduardo Moreira Flores T: 341 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 2 Introdução: Os circuitos com transistores polarizados emissor comum são utilizados para amplificar sinais de tensão pequenos, tais como os sinais de rádios fracos captados por uma antena. Eles também são utilizados em uma configuração especial de circuito analógico conhecida como fonte de corrente, onde uma única entrada compartilhada é utilizada para controlar uma série de transistores idênticos, cada uma dessas correntes de saída será aproximadamente igual às outras, mesmo que estes transistores estejam controlando cargas de saída distintas. O emissor comum é um tipo de estágio de um amplificador eletrônico baseado em um transistor bipolar em série com um elemento de carga tal como um resistor. O termo "emissor comum" se refere ao fato de que o terminal do emissor do transitor (indicado por um símbolo de flecha) é conectado a uma ligação "comum", tipicamente a referência de 0 volt ou ao terra. O terminal do coletor é conectado à carga da saída, e o terminal da base atua como a entrada de sinal. Esta configuração pode ser dividida em 3 tipos: Polarização fixada, resistor de emissor e Independente de beta ou divisor de tensão. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 3 Apresentação teórica Configuração Emissor Comum • Ganho de tensão elevado • Ganho de corrente elevado • Ganho de potência elevado • Impedância de entrada baixa • Impedância de saída alta • Ocorre a inversão de fase. Esta configuração é a mais utilizada em circuitos transistorizados. Por isso, os diversos parâmetros dos transistores fornecidos pelos manuais técnicos têm como referência a configuração emissor comum (90% das configurações). Podemos trabalhar com a chamada curva característica de entrada. Nesta curva, para cada valor constante de VCE, variando-se a tensão de entrada VBE, obtém-se uma corrente de entrada IB, resultando num gráfico com o seguinte aspecto. Observa-se que é possível controlar a corrente de base, variando-se a tensão entre a base e o emissor. Para cada constante de corrente de entrada IB, variando-se a tensão de saída VCE, obtém- se uma corrente de saída IC, cujo gráfico tem o seguinte aspecto. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 4 Através desta curva, podemos definir três estados do transistor, o CORTE, a SATURAÇÃO e a região ATIVA • CORTE: IC = 0 • SATURAÇÃO: VCE = 0 • ATIVA: Região entre o corte e a saturação. Para a configuração EC a relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada determina o ganho de corrente denominado de b ou hFE (forward current transfer ratio). O ganho de corrente b não é constante, valores típicos são de 50 a 900. 6 - Os Limites dos Transistores Os transistores, como quaisquer outros dispositivos têm suas limitações (valores máximos de alguns parâmetros) que devem ser respeitadas, para evitar que os mesmos se danifiquem. Os manuais técnicos fornecem pelo menos quatro parâmetros que possuem valores máximos: • Tensão máxima de coletor - VCEMAX • Corrente máxima de coletor - ICMAX • Potência máxima de coletor - PCMAX • Tensão de ruptura das junções UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 5 Região Ativa – As variações no valor da corrente IB fazem a corrente IC variar na mesma proporção; Região de Corte – Onde não corrente na base (IB), não há corrente no coletor (IC); Região de Saturação – A corrente IC chega ao seu valor máximo e não mais pode aumentar; Área Útil – Região determinada para o trabalho do componente com segurança, determinada pela máxima potência suportada. Na configuração EC, PCMAX = VCEMAX.ICMAX Para qualquer uma destas configurações usamos os métodos de Kirchoff É usado para que a amplificação de um transistor seja possível é necessário que ele seja devidamente polarizado, ou seja, seu ponto de operação esteja localizado no centro da região ativa, ou onde suas características sejam mais estáveis, sendo a polarização CC uma operação que visa estabelecer um valor fixo para o nível de corrente com uma queda de tensão constante nos terminais transistor. Uma vez que o principal objetivo deste tipo polarização é condicionar uma corrente e uma tensão chamada de ponto de operação ou ponto quiescente. O transistor polarizado é projetado para trabalhar (operar) dentro de uma região ativa (mais linear), sendo delimitado pelos seguintes valores: corrente máxima, tensão máxima, região de corte (Ib=0), região de saturação (Vce Sat) e potência máxima (dissipada). UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 6 Para fins de cálculo consideramos que a junção BASE EMISSOR do transistor (Vbe) tem uma tensão nominal de 0,7 V para o Transistor de Silício (valor teórico). Se na prática medirmos este valor, o mesmo deve estar aproximadamente pero do valor teórico. Sendo para fins de projetos, os valores Vcc e Vbe são determinados em projeto. O resistor de base (Rb) irá determinar a corrente de base (Ib). Para este tipo de polarização existem 3 tipos de subpolarizações ,digamos assim. São elas: polarização fixada, resistor de emissor e divisor de tensão ou independente de beta. Polarização emissor comum – Polarização fixada Para este tipo de3 polarização devemos cuidar a tensão de coletor, que é diferente de Rc.Ic, que automaticamente pensaríamos que seria igual a Vc. Então que esta engloba a fonte CC, o Rc e a função coletor-emissor, mas que Ic é aproximadamente igual a Ie, matematicamente surge uma relação de Ic/Ib adotado como ganho beta (β). β = Ic / Ib Ic = β . Ib Vcc = Ic . Rc + Vce Vce = Vcc – Ic . Rc Vcc = Ib . Rb + Vbe Ib = Vcc – Vbe / Rb O ganho β (hfe) mostra quantas a corrente do coletor é maior que a corrente de base ou também chamado de ganho de corrente. Resistor de emissor É um circuito cujo foi acrescido de um resistor no emissor do transistor, para fins de melhorar a estabilidade na polarização. Buscando compensar asa variações de β. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 7 Quando houver um aumento de β a Ic irá aumentar, aumentando a tensão no emissor, assim irá diminuir a Vbe e a corrente de base (Ib), que por sua vez irá diminuir a corrente de coletor (Ic) ocasionando o aumento de β. Utilizando as leis de Correntes de Kirchhoff, temos: Ie = Ib + Ic ; a soma das correntes que entram em um ponto é igual a soma das correntes que saem do mesmo ponto. Ou utilizando a lei das tensões de kirchoff, que diz que o somatória das tensões em umcircuito é igual a zero. E também temos: Vcc = Rc.Ic + Vce + Re.Ie Ib = Vcc / Rb+β.Re Divisor de tensão, independente de Beta ou universal Método de polarização muito utilizado em circuito lineares, devido á sua grande estabilidade térmica, ondeo valor de corrente praticamente independe de βCC. Para a construção deste circuito devemos levar em consideração algumas regras básicas: - Quando βCC >= 100, considerar que IC = IE; - Considerar I = 10% de IC; - Considerar VRE = 10% de VCC; - Considerar VCE = 50% de VCC. Tais considerações apresentam um resultado satisfatório na polarização do Transistor. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 8 Experimento prático em laboratório: Polarização fixada: Rb = 150KΩ Rc = 330Ω Transistor BC548 tipo NPN. Foi medido tensão de coletor emissor, tensão base emissor corrente de coletor corrente de base e corrente de emissor. A tensão entre base emissor (Vbe) foi medida e apresentou o valor de 0,71V. após estas definições de resistores identificação do tipo de transistor , seguimos nas medições estabelecidas: Vce = 1,12V Vbe = 0,71V Ic = 33,5mA Ie = 33,6mA Ib = 80µA A tensão aplicada neste circuito foi de 12Vcc, aplicada por uma fonte de tensão regulada. Resistor de emissor: Rc = 330Ω Rb = 150KΩ Re = 100Ω Foi utilizado o mesmo transistor do experimento anterior, BC548 do tipo NPN, com uma fonte de tensão cc variável de 12V. foi medido a tensão de base, tensão de coletor, tensão de emissor, corrente de coletor, corrente de base e corrente de emissor. Nota-se que neste experimento é medido a tensão de emissor, pois neste tipo de polarização temos um resistor no emissor do transistor, nos dando uma queda de tensão no emissor . Os valores medidos neste experimento formam: Vb = 8.79V Ib = 59µA Vc = 8,25V Ic = 25,9mA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 9 Ve = 2,54V Ie = 25,7mA O ganho beta é determinada pela divisão da corrente de coletor pela corrente de base, será de 439. Divisor de tensão, independente de beta ou universal Neste experimento são utilizados 4 resistores, destes 4 utilizamos 2 na polarização da base assim sendo temos duas tensões medidas, uma Rb1 e a outra a Rb2. Este tipo de configuração se chama independente de Beta é assim chamado pois não é necessário o valor do ganho de corrente Os resistores utilizados neste experimento prático tem os seus valores determinados a seguir: Rc = 330Ω Rb1 = 5K6Ω Rb2 = 1K2Ω Re = 100Ω Foi medido a tensão base emissor do transistor Vbe = 0,67V e a seguir foram feitas as demais medições de tensões e correntes. Vce = 6,07V Vc = 7,48V Ve =1,38V Ic = 14mA Ib = 44µA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE SANTA MARIA CURSO TÉCNICO ELETROTÉCNICA 10 Conclusão. Conclui-se que estes tipo de configurações onde o emissor é comum ao terra ou negativo da fonte cc, há uma variedade de possibilidades de configurações de polarização, isto é de acordo da utilização ou aplicação em que for usada, pois é principalmente utilizada para amplificação de pequenos sinais ou sinais de baixa tensão. Também são utilizados em circuitos analógicos como fonte de corrente.
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