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INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - CAMPUS JOINVILLEDEPARTAMENTO DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃOCOORDENAÇÃO DE ELETROELETRÔNICACURSO TÉCNICO EM ELETROELETRÔNICA
ELETRÔNICA GERAL
Profª. Bárbara Taques
1
CAPÍTULO 1 – ELEMENTOS ELETRÔNICOS FUNDAMENTAIS
1.1 ÁTOMO
Em um átomo, quanto maior a distância do núcleo (raio de sua órbita), maior aenergia cinética.
Fig. 1 – Camadas de valência do átomo
Um elétron precisa estar a uma determinada distância do núcleo, com umadeterminada velocidade, para que a força centrífuga Fc, equilibre-se com a forçaeletrostática Fe, tornando-se estável:
Fig. 2 – Equilíbrio atômico
Para estas condições de estabilidade deve existir um número máximo deelétrons em cada camada.
A órbita mais externa recebe o nome de banda de valência, onde os elétrons têmmaior facilidade de sair do átomo. Isto porque tem uma energia maior e uma força deatração ao núcleo menor. A região mais afastada, onde os elétrons têm energia suficientepara moverem-se pelo corpo é chamada banda de condução.
Isolante Condutor Semi-Condutor
Fig. 3 - Distribuição das Bandas de Energia
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1.2 SEMICONDUTORES
Os semicondutores possuem ligações iônicas covalentes, isto é, os átomoscompartilham pares de elétrons.
A ausência de um elétron numa ligação é representada por uma lacuna, que emcontraposição com a carga do elétron, pode ser chamada de carga positiva de igualmagnitude.
Os semicondutores mais usados são o silício e o germânio, que possuem 4elétrons na sua camada de valência, sendo chamados tetravalentes.
Fig. 4 – Elétron que se libertou do átomo por ter recebido energia suficiente,tornando-se livre.
SEMI-CONDUTOR PORTADORESINTRÍNSECOS (por cm3)
GaAs 1,7 x 106
Si 1,5 x 1010
Ge 2,5 x 1013
1.2.1 - SEMICONDUTORES TIPO N E TIPO P
O silício e o germânio encontram-se na natureza no seu estado puro, recebendoa denominação de semicondutores intrínsecos.
Existem também semicondutores extrínsecos, em que são acrescentadassubstâncias com átomos com 5 ou 3 elétrons de valência.
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Fig. 7 – Estrutura atômica dos principais semicondutores
Quando num cristal de silício é acrescentado uma quantidade de átomospentavalentes como, por exemplo, o arsênio (As), o antimônio (Sb) e o Fósforo (P),acabam gerando elétrons livres, pois um dos cinco elétrons da impureza fica semparticipar das ligações.
Neste caso, como os elétrons livres são cargas elétricas negativas, estesemicondutor é chamado Tipo N.
Fig. 5 – Estrutura atômica do semicondutor tipo N
Em outra situação, é acrescentado ao átomo de silício uma impureza trivalente,como por exemplo, o alumínio (Al), o boro (B) e o gálio (Ga). Neste caso faltam elétronspara completar as ligações, formando assim, lacunas.
Fig. 6 – Estrutura atômica do semicondutor tipo P
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Como as lacunas podem ser consideradas cargas elétricas positivas, estesemicondutor é chamado Tipo P.
A técnica de acrescentar impurezas ao semicondutor para aumentar tanto onúmero de elétrons livres quanto o número de lacunas, é chamado de dopagem e, porisso, a impureza é chamada de dopante.
CAPÍTULO 2 – DIODO SEMICONDUTOR
2.1 – JUNÇÃO PN
Portadores majoritários Portadores majoritáriosElétrons Lacunas
Fig. 8 – Junção PN
Fig. 8 – Recombinação Elétron-Lacuna
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Fig. 9 – Barreira de potencial formada na camada de depleção
Na camada de depleção cria-se uma diferença de potencial chamada barreira depotencial, cujo símbolo é Vɤ. Este valor em 25o é aproximadamente 0,7V para diodos desilício e 0,3V para diodos de germânio.
SIMBOLOGIA
O lado P do diodo chama-se ANODO (pois possui íons negativos) e o lado Nchama-se CATODO (pois possui íons positivos).
2.2 – POLARIZAÇÃO DA JUNÇÃO PN
Quando é colocado uma fonte entre os terminais do diodo.
POLARIZAÇÃO DIRETA
Ocorre quando o potencial positivo da fonte encontra-se ligado no lado P e opotencial negativo no lado N.
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Fig. 11 - Polarização direta da junção PN
Os elétrons do lado N são repelidos pelo terminal negativo da fonte, rompem opotencial de barreira, e do outro lado (P) recombinam-se de lacuna em lacuna, pois sãoatraídos pelo terminal positivo. Assim, forma uma corrente de polarização direta, de altaintensidade, Ip.
POLARIZAÇÃO REVERSA
Fig. 12 – Polarização reversa da junção PN
Neste caso ocorre um aumento da região de depleção, até que a diferença depotencial se iguale a tensão da fonte.
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Existe somente uma corrente reversa, devido aos portadores minoritariospresente no material, mas que é muito pequena, sendo considerada desprezível, IR.
CURVA CARACTERÍSTICA
Fig. 13 – Curva característica do diodo semicondutor
VD – Tensão aplicada ao diodo > VγIDM – Corrente direta máximaIR – Corrente de fugaVR – Tensão de rupturaPDM – Potência máxima PDM=VD xIDM
Exemplo:
IDM – 1AIR – 10μAVR – 50VPDM – 1W
2.3 – RETA DE CARGA
A ligação de um diodo a uma fonte de alimentação deve ser feita sempre por umresistor limitado em série para protegê-lo contra a corrente máxima.
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Fig. 14 – Reta de carga para diodo semicondutor
VD e ID: Valores de tensão e corrente aos quais o diodo está submetido nocircuito.
Diodo ideal: VD=VγID=IS
VC – TENSÃO DE CORTE:Tensão no diodo quando ele está aberto;IS – CORRENTE DE SATURAÇÃO: Corrente no diodo quando ele está em curto;Q – PONTO QUIESCENTE: Corresponde as coordenadas do ponto onde a reta de
carga intercepta a curva característica do diodo;PD – POTÊNCIA DE DISSIPAÇÃO:
PD=VD . ID
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CAPÍTULO 3 – DIODO RETIFICADOR
3.1 – RETIFICADOR DE MEIA ONDA
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TENSÃO MÉDIA NA CARGA:
Para diodo ideal (modelo 1):
Para diodo com Vγ (modelo 2):
CORRENTE MÉDIA NA CARGA:
Portanto, para não danificar o diodo, além da tensão de ruptura VR, ele devesuportar também a corrente média Im:
IDM ≥ Im e VR ≥ V2p
Exemplo: Para o circuito acima, considerando V2rsm=12V e RL=10Ω, determinar:a) a tensão e corrente média na cargab) a corrente média na cargac) a especificação do diodo
a)
Vm=5,2V
b)
Im=520mA
c) IDM ≥ 520mA e VR ≥ 17V
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3.2 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM DERIVAÇÃOCENTRAL
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CAPÍTULO 4 - CIRCUITOS LIMITADORES
O circuito limitador é um circuito que tem como objetivo limitar a tensão desaída do circuito num valor pré-determinado. Este valor pode ser positivo, negativo ouambos, em função das características do circuito.
4.1 LIMITADOR POSITIVO
ENTRADA NEGATIVA:
Considerando a equação da malha de entrada: +Vi - VD + VL = 0VD = (Vi + VL)
E a malha de saída: V0 - VD + VL = 0V0 = VD - VL
Portanto obtém-se: V0 = Vi
ENTRADA POSITIVA (Vi < VL): Nesta situação o diodo está polarizadoreversamente, portanto:
E, V0 = Vi
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ENTRADA POSITIVA (Vi > VL): Se Vi > VL, VD é positivo e portanto o diodoestá polarizado diretamente:
V0 = VL + Vγ
EXEMPLO: Determinar a forma de onda na saída do circuito limitador positivomostrado abaixo, considerando diodo de silício e sabendo-se que a tensão deentrada é senoidal com Vip = 5V.
Para Vi positivo:
Enquanto Vi < 3V → V0 = Vi
Quando Vi > 3V → V0 = 3,7V
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4.2 LIMITADOR NEGATIVO
ENTRADA POSITIVA: Nesta situação o diodo ficará polarizado reversamente,com tensão dada por:
-Vi + VD - VL = 0 e V0 = VD - VL
VD = Vi + VL V0 = Vi + VL - VL
V0 = Vi
ENTRADA NEGATIVA (Vi < VL): O diodo continuará polarizado reversamente,e:Vi + VD - VL = 0 e V0 = VD - VL
VD = -Vi +VL V0 = -Vi + VL - VL
V0 = Vi
ENTRADA NEGATIVA (Vi > VL): Nesta situação o diodo ficará polarizadodiretamente.
V0 = - (VL + Vγ)
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EXEMPLO 2: Para o exemplo anterior, considere o circuito abaixo:
4.3 LIMITADOR DUPLO
Associando-se o limitador positivo e negativo, pode-se obter oLimitador Duplo, como mostra o circuito abaixo:
Neste caso, para uma entrada senoidal, o sinal de saída fica limitadopositivamente em VL1, e negativamente em VL2.
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EXERCÍCIOS:
1 – Esboce a forma de onda de saída dos circuitos abaixo, considerandoVγ=0,7V.
a)
b)
2 – Esboce a forma de onda de VL, VD e V0 do circuito abaixo, considerandoVγ=0,7V.
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CAPÍTULO 4 – DIODO ZENER
O diodo Zener se difere do diodo normal na sua construção. Ele éconstruído com uma área de dissipação de potência suficiente para operar natensão de ruptura, o que não acontece com o diodo normal. No diodo normal,quando polarizado reversamente, se atingir a tensão de ruptura, este pode serdanificado. A tensão de ruptura, neste caso, é chamada de tensão zener (VZ) epode variar de 2V a 200V.
SÍMBOLO CURVA CARACTERÍSTICA
Com VZ dado pelo fabricante.
Pela curva característica do diodo, é mostrado que a tensão VZ se mantémconstante entre IZm (corrente zener mínima) e IZM (corrente zener máxima).
Potência PZ = VZ IZ
Vi =RS IZ + VZ
4.1 DIODO ZENER COMO REGULADOR DE TENSÃO
A grande aplicação do diodo zener é como regulador de tensão, como mostra oexemplo abaixo:
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Exemplo: determinar RS do regulador de tensão utilizado para que uma fonte de12V possa ser ligada em um circuito que represente uma carga de 1kΩ.
ESPECIFICAÇÃO DO DIODO
VZ = 5,6 V
IZM = 100 mA
IZm: Caso não seja dado o valor de IZm, considera-se como sendo 10% de IZM, ouseja:
IZm = 0,1 . 100x10-3 → IZm = 10mA
IRL=V ZRL
=5,61k→ IRL=5,6mA
RSM=V i−V ZI Sm
=V i−V Z
I Zm+ IRL=
12−5,6(10+5,6 )×10−3
RSM = 410Ω
RSm=V i−V ZI SM
=V i−V Z
I ZM+ IRL=
12−5,6(100+5,6 )×10− 3
RSm = 61Ω
Portanto RS deve ser 61Ω ≤ RS ≤ 410Ω
Valor comercial: RS = 330Ω
Potência: PRS=V RS2
RS=
(12−5,6)2
330→PRS=124mW
Então, RS pode ser um resistor de ½ W ou ¼ W.
TENSÃO DE ENTRADA COM RIPPLE
O diodo zener pode ser colocado na saída de um circuito com tensão com ripple,para tornar esta tensão com valor constante, sem oscilação.Então:
RSm=V ℑ −V ZI ZM+ I RL
e RSM=V ℑ −V ZI Zm+ IRL
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EXEMPLO: Calcular o valor de RSM e RSm para o funcionamento do circuito.
ESPECIFICAÇÕES DO DIODOVZ = 15vIZM=250mAIZm=23mA
ENTRADA
SAÍDA
IRL=15V1kΩ
IRL = 15mA
RSm=28,5−15
(250+15)×10−3RSm = 63Ω
RSM=31,5−15
(23+15)×10−3RSM = 355Ω
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4.2 DIODO ZENER COMO LIMITADOR
LIMITADOR POSITIVO
Para Vi > VZ → Z segura tensão VZ
D conduzV0 = VZ + VD
Para 0 < Vi < VZ → Z não conduzV0 = Vi
Para Vi < 0 → D não conduzV0=Vi
LIMITADOR NEGATIVO
Para Vi > 0 → D não conduzV0=Vi
Para 0 > Vi > VZ → Z não conduzV0 = Vi
Para Vi < VZ → Z segura tensão VZ
D conduzV0 = -(VZ + VD)
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LIMITADOR DUPLO
Quando Vi > VZ1 → Z1 segura a tensão -VZ1
Z2 conduzV0 = Vγ + VZ1
Para VZ1> Vi > 0 → Z1 não conduzV0 = Vi
Para 0> Vi > VZ2 → Z2 não conduzV0 = Vi
Para Vi < VZ2 → Z2 segura tensão -VZ2
Z1 conduzV0 = -(VD+VZ)
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LIMITADOR DUPLO ASSIMÉTRICO
Quando Vi > VZ → Z segura a tensão VZ
V0 = VZ
Para VZ > Vi > 0 → Z não conduzV0 = Vi
Para Vi < 0 → Z conduzV0 = Vγ
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EXERCÍCIOS
1- Para o circuito abaixo, determinar:a) VL, IL, IZ e IR se RL=180Ω.b) Repetir o item anterior, se RL=470Ω.c) Determinar o valor de RL que estabelece as condições de máxima potência para o
diodo Zener.d) Determinar o valor mínimo de RL para garantir que o diodo Zener está no estado
"ligado".
VZ=10V
PZM=400mW
2- a) Projetar o circuito da figura abaixo para manter VL em 12V para uma variação na carga (IL) de 0 a 200mA. Ou seja, determinar RS e VZ.b) Determinar PZM do diodo Zener do item anterior.
3- Para o circuito abaixo, determinar a faixa de Vi que manterá VL em 8V e não excederá a potência máxima nominal do diodo Zener.
VZ=8V
PZM=400mW
4- Para um circuito regulador de tensão, determinar os valores máximo e mínimo tensão de entrada do circuito abaixo para que o diodo Zener funcione corretamente.
VZ=9,1VPZM=1,5W
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CAPÍTULO 5 – TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR
5.1 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DO TRANSISTOR
iE=iC+iBV CE=V BE+V CBV EC=V EB+V BC
Um “aumento” na corrente de base iB provoca um número maior derecombinações “aumentando” a corrente de coletor iC.
“A corrente de base controla a corrente entre emissor e coletor”
Uma pequena variação ΔiB provoca uma grande variação ΔiC. Sendo assim otransistor possui “efeito de amplificação”, tendo:
Ganho de Corrente =ΔiCΔiB
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5.2 – CONFIGURAÇÕES BÁSICAS
CONFIGURAÇÃO BASE COMUM
CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM
CONFIGURAÇÃO COLETOR COMUM
Em geral os fabricantes fornecem as curvas características de entrada (relaçãoentre corrente e tensão de entrada, para vários valores de tensão de saída), e
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características de saída (relação de corrente e tensão de saída, para vários valores decorrente de entrada).
CONFIGURAÇÃO BASE COMUM
Será tomado como referência o transistor NPN, por ser o mais utilizado, pois otransistor PNP assemelha-se a esse, somente invertendo-se todas as correntes e tensões.
CURVA CARACTERÍSTICA DE ENTRADA
CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
REGIÃO DE CORTE: As duas junções estão polarizadas reversamente, fazendocom que a corrente de coletor (saída) seja praticamente nula (IC=0). È como se otransistor estivesse DESCONECTADO do circuito – CORTADO.
REGIÃO DE SATURAÇÃO: As duas junções estão polarizadas diretamente,fazendo com que uma pequena variação de tensão VCB (saída), resulte numa enormecorrente de coletor (saída). É como se os seus terminais estivessem em CURTOCIRCUITO (VCB=0)
REGIÃO ATIVA: Esta é a região central do gráfico de saída, onde as curvas sãolineares. Portanto, é esta a região utilizada na AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS.
TRANSISTOR CORTADO TRANSISTOR SATURADO
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Ganho de Corrente: α=Δ iCΔiE|V CB=cte α=
iCiE
Como, iE = iC+iB, α é sempre < 1.
Geralmente α varia entre 0,9 e 0,998, pois a corrente IB é muito pequena.
CONFIGURAÇÃO EMISSOR COMUM
CURVA CARACTERÍSTICA DE ENTRADA
Observa-se que é possível controlar a corrente iB variando-se a tensão de entradavBE.
CURVA CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
Para esta configuração, a relação entre corrente de saída e corrente de entrada, édada é dada por hfe ou β:
β=I cI B
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Sendo iC » iB, β é sempre » 1, ou seja, nesta configuração o transistor funcionacomo AMPLIFICADOR DE CORRENTE. Como a inclinação da curva varia, β tambémvaria: 50<β<900.
Assim como o diodo os transistores têm seus valores máximos e mínimos de algunsparâmetros, que devem ser respeitados, para evitar que danifiquem os mesmos:
Tensão máxima de coletor VCEMÁX
Corrente máxima de coletor ICMÁX
Potência máxima de coletor:Para configuração ECe CC PCMÁX=VCEMÁX.ICMÁX
Para configuração BC PCMÁX=VCBMÁX.ICMÁX
Tensão de ruptura das junções Vbr (Breakdown Voltage)VbrCB0 – Tensão de ruptura entre coletor e base, com emissor aberto;VbrCE0 – Tensão de ruptura entre coletor e emissor, com base aberta;VbrCES – Tensão de ruptura entre coletor e emissor, com base e emissor curto-
circuitadas.
CURVA DE SAÍDA DO TRANSISTOR
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CAPÍTULO 6 – CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
6.1 – PONTO QUIESCENTE
Polarizar um transistor é fixá-lo num ponto de operação em corrente contínua,dentro de suas curvas características.
Este ponto de operação é chamado de ‘ponto quiescente (Q)’.A escolha do ponto quiescente é feita em função da aplicação que se deseja para o
transistor, ou seja, ele pode estar localizado nas regiões de corte, saturação ou ativa dacurva característica de saída.
6.2 – RETA DE CARGA
6.3 – CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EM BASE COMUM
A junção base-emissor deve estar polarizada diretamente e a base-coletorreversamente.
As fontes VEE e VCC e os resistores RE e RC são utilizados para fixar o pontoquiescente.
MALHA DE ENTRADA: RE . iE+V BE=V EE
RE=V EE−V BE
iEMALHA DE SAÍDA: RC .iC+V CB=V CC
RC=V CC−V CB
iC
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DETERMINAÇÃO DA RETA DE CARGA
PONTO DE SATURAÇÃO: VCBSAT=0, assim:
RC=V CC−0
iCSAT→ ICSAT=
V CCRC
PONTO DE CORTE: ICCORTE = 0
VCBCORTE = VCC – RC.iCCORTE → VCBCORTE=VCC
Fixando o ponto quiescente (ICQ e VCBQ) através dos resistores RE e RC, qualquervariação de tensão ou corrente no transistor corresponderá a um deslocamento desteponto sobre a reta de carga.
EXEMPLO: Polarizar e traçar a reta de carga de um transistor β=150, sabendo-seque o mesmo deve operar no meio da região ativa, no ponto quiescente formado por:
VCBQ=10V, ICQ=2mA e VBEQ=0,7V, DADOS DO CIRCUITO: VEE=5V e VCC=20V
- Cálculo de RC: RC=V CC−V CBQ
ICQ=20−10
2 x10− 3→ RC=5kΩ
- Cálculo de RE: α=ββ+1
α=0,9934 IEQ=ICQ∝
=2,013mA
RE=V EE−V BEQ
IEQ=
5−0,72,013 x10− 3
→
RE=2136Ω
- Para traçar a curva usar os valores de ICSAT=V CCRC
=4mA e VCC=20V
CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO BC COM UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO
VF=VEE+ VCC
V CCV EE
=RB1RB2
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EXERCÍCIOS:
1 – Polarize o transistor (β=100) do circuito a seguir no ponto quiescente:VCBQ=15V, ICQ=100mA e VBEQ=0,65V
2 – Determine ICQ e mostre em que região da curva característica de saídaencontra-se o ponto quiescente do transistor (β=120) do circuito a seguir:
3 – Como fazer para que o transistor do exercício anterior fique polarizado naregião ativa?
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6.4 – CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM
Da mesma forma que o circuito anterior, a junção base-emissor deve serpolarizada diretamente e base coletor reversamente.
MALHA DE ENTRADA: RB.iB+VBE=VBB
RB=V BB−V BE
iB
MALHA DE SAÍDA: RC.iC+VCE=VCC
RC=V CC−V CE
iC
CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EC COM CORRENTE DE BASECONSTANTE:
Para garantir a polarização direta da junção base-emissor e reversa da junçãobase-coletor, RB > RC
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MALHA DE ENTRADA: RB.iB+VBE=VCC
RB=V CC−V BE
iB
MALHA DE SAÍDA: RC.iC+VCE=VCC
RC=V CC−V CE
iC
PROBLEMA COM AUMENTO DE TEMPERATURA: Temp.↑ β ↑ podendo até
dobrar o valor. β=iC/iB, como iB é praticamente constante (iB=V CC−V BE
RB ) : iC↑, VRC↑,
VCE↓
Como iC=V CC−V CERC
→ iC↑, gerando realimentação positiva.
SOLUÇÃO:
CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO EC COM REALIMENTAÇAÕ DE EMISSOR:
iC ↑ → iE ↑ → VRC ↑ → VRE ↑
VRB + VBE + VRE – VCC =0
VRB = VCC – VBE – VRE
Como VCC e VBE são constantes:
VRE ↑ → VRB ↓ IB ↓ → iC= β.iB,
como β↑ e iB↓, o sistema fica estável!
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MALHA DE ENTRADA: RB.IB+VBE+RE.iE=VCC
RB=V CC−V BE−RE .iE
iB
MALHA DE SAÍDA: RC.iC+VCE+RE.iE=VCC
RC=V CC−V CE− RE . iE
iC
Como existem 2 equações e 3 incógnitas: RB, RC e RE, pode-se:
1) Adotar RE compatível com as tensões e correntes do circuito;
2) Adotar VRE=VCC/10
EXEMPLO: Dado um transistor com β=250 e uma fonte de alimentação de 20V,determinar os resistores de polarização (valores comerciais) para o ponto quiescente:VCEQ=VCC/2, ICQ=100mA e VBEQ=0,7V
Vℜ=V CC10
=2V
RC=V CC−V CEQ−Vℜ
ICQ=20−10−2100×10− 3
→RC=80Ω
PRC=RC.iC2 = 82(100x10-3)2 → PRC=0,82W (1,5W)
iBQ=iCQβ→iBQ=
100×10−3
250→iBQ=400 μA
RB=V CC−V BEQ−V ℜ
iBQ=20−0,7−2
400×10− 6→RB=43. 250Ω , comercial: RB=47kΩ
PRB=RB.iB2=47x10-3(400x-6)2=7,52mW (1/8W)
RE=Vℜ
iEQ→ iE=iC+iB =100x10-3+400x10-6 → iE=100,4mA
RE=2
100,4×10− 3→ RE=19,92Ω, Comercial: RE=22Ω
PRE=RE.iE2=22(100,4x10-3)=222mW (1/2) W
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EXERCÍCIOS:
1 – Dado um transistor com β=200 e uma fonte de alimentação de 12V, para umcircuito na configuração EC com corrente de base constante, determinar os resistores depolarização (valores comerciais) para o ponto quiescente: VCE=VCC/2, ICQ=15mA eVBEQ=0,7V.
2 – Polarizar o transistor (β=150 e VCC=15V) do circuito a seguir no pontoquiescente: VCEQ=7V, ICQ=50mA e VBEQ=0,7V.
3 – Polarize o transistor (β=180) do circuito a seguir no ponto quiescente VCEQ=VCC/2, iCQ=40mA e VBEQ=0,68V.
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6.5 – FONTE DE TENSÃO ESTABILIZADA
CIRCUITO REGULADOR DE TENSÃO:
Para o circuito Regulador de Tensão acima, uma mudança na carga, pode acarretarem um não funcionamento do diodo Zener, pois ocorre neste caso, um divisor de tensãoentre os resistores RS e RL.
I Z=V i−V Z
RS−IRL
Portanto, a corrente no diodo Zener depende da carga RL do circuito, pois:
I RL=V ZRL
CIRCUITO ESTABILIZADOR DE TENSÃO UTILIZANDOCONFIGURAÇÃO BC
Neste circuito V0=VZ-VBE, portanto constante. Assim, qualquer variação na cargaserá compensada por I0.
I Z=V i−V Z
RS−IB
Portanto o valor de RL não afeta a corrente IZ.
- LIMITAÇÕES DE TENSÃO NA ENTRADA
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Os valores de Vi devem ser determinados considerando os valores máximos emínimos da corrente no diodo zener (Izm e IZM) e os valores máximos e mínimos de VCE
(VCEM e VCESAT):
Malha de entrada: Vi=RSIS+VZ=RS(IZ+IB)+VZ
Vim=RS(IZm+IB)+VZ
ViM=RS(IZM+IB)+VZ
Malha de saída: Vi=VCE+V0
Vim=VCESAT+V0
ViM=VCEM+V0 → VCEM=ViM-V0
- LIMITAÇÕES IMPOSTAS PELA CORRENTE DE SAÍDA
Para um circuito sem carga (RL=∞): IE=0, IC=0 e IB=0
Portanto: RS=V i−V Z
I Z
RSm=V im−V ZI ZM
RSM=V iM−V Z
I Zm
Circuito com carga muito baixa: É limitada pela corrente máxima de coletor(ICM). Considerando I0≈IC:
I0M=ICM e PCM=(ViM-V0).I0M
PCM=VCE.I0M
Para fontes estabilizadas com valores negativos, usa-se o mesmo circuito, porémcom transistor PNP e o diodo Zener invertido:
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EXERCÍCIO: Para a construção de uma fonte estabilizada de 7,5V, a partir de umcircuito retificador que fornece sua saída 20V ±20%. Este circuito será utilizado paraalimentar cargas de no mínimo 20Ω. Verifique se o transistor é adequado.
PARÂMETROS DO TRANSISTOR PARÂMETROS DO DIODO ZENER
VBE=0,7V VZ=8,2VVCEM=80V PZM=6WICM=2A
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