Curso Técnico em Eletroeletrônica Eletrônica Analógica II

Transcrição

1 Curso Técnico em Eletroeletrônica Eletrônica Analógica II Aula 05 Transistores BJT: Polarização Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino 2016

2 BJT POLARIZAÇÃO CC Transistor saturado: chave fechada (curto) do coletor para o emissor. Transistor cortado: chave aberta do coletor para o emissor. Transistor ativo: normalmente empregada para amplificadores lineares (não-distorcidos)

3 BJT MODOS DE OPERAÇÃO Modos de Operação Junção EB Junção CB Corte Reversa Reversa Ativo Direta Reversa Saturação Direta Direta Polarização direta: p ligado no maior potencial n ligado no menor potencial Polarização reversa p ligado no menor potencial n ligado no maior potencial Transistor cortado: chave aberta. Transistor ativo: amplificadores lineares. Transistor saturado: chave fechada (curto). CORTE ATIVO SATURAÇÃO

4 BJT POLARIZAÇÃO CC: PONTO QUIESCENTE (Q) - Ponto fixo nas curva característica de saída que define a região que será empregada para a amplificação do sinal aplicado. - O circuito de polarização pode ser projetado para estabelecer a operação do dispositivo em qualquer ponto dentro da região ativa. - O ponto quiescente escolhido depende do tipo de utilização do circuito. Ponto A: dispositivo desligado, corrente nula Ponto B: a tensão e a corrente do dispositivo variarão em torno do ponto de operação, permitindo que o dispositivo responda tanto à excursão positiva quanto à negativa do sinal de entrada (e possivelmente as amplifique). Região de espaçamento mais linear: operação mais linear. Ponto C: permite alguma variação positiva ou negativa do sinal de saída, porém o valor de pico a pico seria limitado pela proximidade com V CE =0V e I C =0mA. Operação delicada devido às não-linearidades nessa região. Ponto D: ajusta o ponto de operação do dispositivo próximo da tensão máxima e do nível de potência. A excursão da tensão de saída no sentido positivo é limitada se a tensão máxima não for excedida. O ponto B parece ser o melhor ponto de operação em termos de ganho linear e máxima excursão possível para tensão e corrente de saída. Condição desejada para amplificadores de pequenos sinais, mas não se aplica necessariamente a amplificadores de potência

5 Amplificação CA

6 CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO

7 CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO: principais tipos de polarização CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO POLARIZAÇÃO CC COM REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO

8 Análise de circuito de POLARIZAÇÃO CC dobjt 1) Isolar valores CC de CA: substituir capacitores por circuito aberto equivalente. 2) Análise do circuito de polarização CC: Análise da malha de entrada: Encontrar a corrente de base I B. Na maioria dos casos, a corrente de base I B é a primeira quantidade a ser determinada. Então as equações básicas de um transistor podem ser aplicadas para encontrar os parâmetros restantes de interesse: I E = (β + 1)I B I C I C = βi B Para o transistor no estado ativo, o V BE é 0,7V para qualquer valor de I E, que é controlada pelo circuito externo Análise da malha de saída: Encontrar a reta de carga relação entre tensão de saída (V CE ) e corrente de entrada (I) Soma de tensões da malha de saída Reta de carga: é o lugar geométrico de todos os pontos quiescentes possíveis para uma determinada polarização 3) Determinação do ponto de operação ou ponto quiescente (Q): intersecção entre a curva característica de saída e a reta de carga

9 Reta de carga - Reta de carga: é o lugar geométrico de todos os pontos quiescentes possíveis para uma determinada polarização - A linha resultante é a reta de carga: definida pelo resistor de carga R C.

10 Reta de carga

11 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO FIXA

12 CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA Estudo para transistor npn No caso de uso de transistor pnp: simplesmente inverter os sentidos das correntes e polaridades das tensões

13 CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA Malha base-emissor (entrada): Análise cc: isolada dos valores ca substituindo os capacitores por circuito aberto equivalente Equivalente cc: Polarização direta da junção base-emissor +V CC I B R B V BE = 0 I B = V CC V BE R B Lembrar: V BE = 0,7 V Malha coletor-emissor Lembrar: I C = βi B +V CC V CE I C R C = 0 V CE = V CC I C R C Malha coletor-emissor (saída): Observar que: 1) a corrente de base é controlada pelo valor de R B. 2) I C está relacionada com I B por uma constante beta. 3) O valor de I C não é função da resistência R C. 4) Modificando-se o valor de R C, os valores de I B e I C não serão afetados (desde que dispositivo na região ativa).

14 CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA ANÁLISE POR RETA DE CARGA Reta de carga é o lugar geométrico de todos os pontos quiescentes possíveis para uma determinada polarização Traçar reta da equação V CE = V CC I C R C sobre a curva característica de saída por dois pontos: I C = 0 V CE = V CC IC =0mA V CE = 0 I C = V CC R C VCE =0V A linha resultante é a reta de carga: definida pelo resistor de carga R C. I CQ e V CEQ : intersecções das projeções do ponto Q nos eixos da curva característica.

15 CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA SATURAÇÃO DO TRANSISTOR Saturação: sistema no qual os níveis alcançaram seus valores máximos (uma esponja saturada não é capaz de reter mais nenhuma gota de líquido) Transistor operando na região de saturação: corrente de coletor apresenta um valor máximo Modificando-se o projeto, o nível de saturação pode aumentar ou diminuir Nível máximo de saturação: definido pela corrente máxima de coletor fornecida pelo datasheet Junção base-coletor não está mais polarizada reversamente: sinal amplificado de saída distorcido. Corrente de coletor máxima aproximada (nível de saturação): Inserir curto-circuito equivalente entre o coletor e o emissor do transistor no circuito de polarização fixa e calcular a corrente de coletor resultante. I Csat = V CC R C conhecendo I Csat, sabemos a corrente máxima possível do coletor para o projeto escolhido, e sabemos o nível máximo a ser atingido quando se espera uma amplificação linear

16 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR

17 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR Contém resistor de emissor: melhora o nível de estabilidade da configuração com polarização fixa Permite que as correntes e tensões cc permanecem próximas aos valores estabelecidos pelo circuito sob modificações nas condições externas, como a temperatura e o beta do transistor.

18 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR Malha base-emissor (entrada) +V CC I B R B V BE I E R E = 0 I B = V CC V BE R B +(β+1)r E Lembrar: I E = (β + 1)I B Diz-se que o resistor R E é refletido para o circuito de entrada por um fator (β + 1). Como β é geralmente 50 ou mais, o R E aparenta ser muito maior no circuito de entrada. Portanto, a impedância de entrada refletida é: R i = (β + 1)R E Malha base-emissor (entrada): Circuito derivado da equação de I B Malha coletor-emissor (saída) +V CC V CE I C R C I E R E = 0 Lembrar que: I E I C V CE = V C V E V E = I E R E Malha coletor-emissor (saída): Valor da impedância R E refletida: V CE = V CC I C (R C + R E ) V C = V CC I C R C V B = V CC I B R B V B = V BE + V E

19 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR ANÁLISE POR RETA DE CARGA I B = V CC V BE define o valor de I R B +(β+1)r B na E curva característica Com base em V CE = V CC I C (R C + R E ) determinar os dois pontos: Para I C = 0 V CE = V CC IC =0mA Para V CE = 0 I C = V CC R C +R E VCE =0V I CQ e V CEQ : intersecções das projeções do ponto Q nos eixos da curva característica.

20 CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR NÍVEL DE SATURAÇÃO da corrente de coletor Corrente de coletor máxima aproximada (nível de saturação): Inserir curto-circuito equivalente entre o coletor e o emissor do transistor no circuito de polarização fixa e calcular a corrente de coletor resultante. V CE =0V. I Csat = I Cmáx = V CC R C +R E O resistor do emissor diminui o valor do nível do saturação do coletor comparado com a configuração com polarização fixa.

21 FORMULÁRIO

22 FORMULÁRIO POLARIZAÇÃO CC do BJT V BE = 0,7 V I E = I C +I B I E = (β + 1)I B I C = βi B I E I C Polarização fixa: I B = V CC V BE R B V CE = V CC I C R C I Csat = V CC R C Emissor estabilizado: I B = V CC V BE R B +(β+1)r E R i = (β + 1)R E V CE = V CC I C (R C + R E ) I Csat = V CC R C +R E Polarização CC com realimentação de tensão I B = V CC V BE R B +β(r C +R E ) I C I C I E V CE = V CC I C (R C + R E ) Polarização por divisor de tensão Exata: R Th = R 1 R 2 E Th = V R2 = R 2V CC R 1 +R 2 E Th V BE I B = R Th +(β+1)r E V CE = V CC I C (R C + R E ) Aproximação: Teste βr E 10R 2 V B = R 2V CC R 1 +R 2 V E = V B V BE I C I E = V E R E V CE = V CC I C (R C + R E )

23 EXERCÍCIOS

24 EXERCÍCIO CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA Determine, para a configuração fixa da figura, o seguinte: a) I B Q b) I C Q c) V CE Q d) V B e) V C f) V BC g) O nível de saturação para o circuito

25 EXERCÍCIO CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO FIXA Dados a reta de carga da figura e o ponto Q definido, determine os valores necessários de V CC, R C e R B para uma configuração de polarização fixa.

26 EXERCÍCIO CIRCUITO COM POLARIZAÇÃO ESTÁVEL DO EMISSOR Para o circuito de polarização estável do emissor visto na figura abaixo, determine: a) I B b) I C c) V CE d) V C e) V E f) V B g) V BC h) A corrente de saturação para o circuito

27 BIBLIOGRAFIA BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.