Definição: Dimensionar os resistores de polarização de modo que o transistor opere na região linear.

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1 POLARIZAÇÃO DC DE TRANSISTORES BIPOLARES Definição: Dimensionar os resistores de polarização de modo que o transistor opere na região linear. O Passo Para o inicio do projeto é necessário em primeiro lugar, conhecer o circuito básico: Figura Circuito de Polarização Básico O Passo Escolher os parâmetros a seguir de acordo com a aplicação: Tensão de Alimentação Valor Adotado V CC = V É um fator determinante no projeto do circuito se for utilizado alimentação DC à partir de bateria, deve-se levar em conta o tempo em que o circuito deve operar sem interrupção no fornecimento de energia. Para o nosso projeto hipotético experimental não necessitamos utilizar baterias. Portanto foi atribuído o valor tradicional indicado acima. Corrente de Coletor Valor Adotado I C = 3 ma Durante os estudos preliminares devemos raciocinar que o aumento da corrente de coletor ( Ic ) implica em um aumento no consumo de energia diminuindo a autonomia do circuito. O critério de escolha da Ic baseia-se normalmente no valor da carga e no consumo de energia da bateria. Transistor Transistor Escolhido BC548B PHILIPS O transistor é escolhido de acordo com o valor nominal de Ic. Devemos recordar que a melhor condição na utilização de um determinado transistor ocorre quando a corrente de coletor ( Ic ) se aproxima do valor da corrente quiescente, esta região se localiza no centro das curvas de operação. Nosso circuito vai ser a base para um oscilador, portanto deverá operar na região linear. Polarizando o transistor no ponto de operação quiescente vai proporcionar máximo excursionamento de sinal sem cortes ou distorções. Existem outros fatores que podem ser considerados no momento da escolha como: tamanho, tensão, corrente, potência, custo, disponibilidade, impedância de entrada, impedância de saída e outros parâmetros elétricos limitantes. Fator de Estabilidade térmica S = 5 O fator de estabilidade esta diretamente ligado ao consumo e a estabilidade térmica do circuito. A faixa de valores ótimos está compreendida entre S 0, o valor ideal teórico seria, mais isto implicaria em valores muito baixos para os resistores R e R, tendo como conseqüência um consumo maior de energia da fonte DC. Por outro lado se aumentarmos o S para 0 os resistores R e R também aumentarão proporcionalmente de valor, implicando em um menor consumo de energia, mas nesta condição, as variações de temperatura causarão maiores interferências no funcionamento quiescente do circuito, fazendo a Ic flutuar na mesma medida que varia a temperatura. O valor ótimo encontrado para nosso projeto esta indicado acima. Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04)

2 3 O Passo Cálculo de Rc: ( Rc + Re ) Vcc Vce Ic ( Rc + Re ) ( Rc + Re ),3 0 3 Como o valor nominal de Re normalmente é muito baixo comparado a Rc, escolhe-se o valor do resistor Rc comercial mais próximo, abaixo do encontrado no resultado acima. Recorrendo a tabela encontramos: Rc, k ( valor comercial ) Tabela Tabela de resistores comerciais,0 0 00,0 k 0 k 00 k,0 M 0 M, 0, k k 0 k, M,5 5 50,5 k 5 k 50 k,5 M,8 8 80,8 k 8 k 80 k,8 M, 0, k k 0 k, M,7 7 70,7 k 7 k 70 k,7 M 3, ,3 k 33 k 330 k 3,3 M 3, ,9 k 39 k 390 k 3,9 M 4, ,7 k 47 k 470 k 4,7 M 5, ,6 k 56 k 560 k 5,6 M 6, ,8 k 68 k 680 k 6,8 M 8, , k 8 k 80 k 8, M 4 O Passo Cálculo de Re: Gráfico Curva ( hfe Ic ) para o transistor BC548B PHILIPS Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04)

3 No gráfico ( h FE Ic ) obtemos: h FE = CC = 300 V CC V RC + V CE + V RE Ie Ic (h FE + ) h FE V CC RcIc + V CE + ReIe Re Vcc Vce RcIc Ic[ (h FE + ) / h FE ] Re [ (300 +) / 300 ] Re 3,890 Recorrendo a tabela escolhemos o valor comercial mais próximo do valor encontrado. Escolhe-se um valor de Re um pouco abaixo do calculado de modo que Ic será maior. Re 0 ( valor comercial ) 5 O Passo Cálculo de R e R: Gráfico Curva ( Ic Vbe ) para o transistor BC548B PHILIPS No gráfico ( IcVbe ) obtemos: Vbe = 0,675 V S (h FE + ) + ( Rb Re ) (h FE + ) + ( Rb Re ) Rb Re (h FE + ) ( S ) (h FE + ) S Rb 0 ( ) ( 5 ) ( ) 5 Rb 488,08 = R Th Recalculo de Ic em função dos valores comerciais adotados para Rc e Re VCC VCE 5 Ic 3, 07mA h 300 FE RC R 00 0 E h 300 FE Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04) 3

4 I C IC ( hfe ) VTh RTh Ib VBE RE I E RTh VBE RE, 043V h FE h FE R R R VTh R VCC VTh V CC R Th logo R RTh 565 R R R R V R R V Recorrendo a tabela escolhe-se o resistor comercial mais próximo: R 5,6 k ( valor comercial ) CC Th R RTh R 534, 58 R R Th Recorrendo a tabela escolhe-se o resistor comercial mais próximo: R 560 ( valor comercial ) 6 O Passo Recalculo de Ic e Vce em função de Rc, Re, R, R, comerciais: V BB R Vcc 560 V BB,043 V R + R Ic h FE ( VBB Vbe ) 300 (, ) ) Rb Re( h FE + ) 560//5600 0( ) Ic 3,07 ma Vce Vcc RcIc ReIc[ (h FE + ) / h FE ] Vce [ ( ) / 300 ] Vce 4,988 V 7 O Passo Recalculo de S ( estabilidade térmica Ic Ico ): S (h FE + ) + ( R th Re ) ( h FE + ) + ( R th Re ) S ( ) + [ ( 560 // 5,60 3 ) 0 ) ] ( ) + [ ( 560 // 5,60 3 ) 0 ) ] S 5,70 8 O Passo Cálculo de S ( estabilidade de ganho Ic CC ): S h FE R th + Re (h FE + ) S //5k6 + 0( ) S 8,900 3 ( Siemens ) Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04) 4

5 9 O Passo Cálculo de S ( estabilidade de junção Ic Vbe ): S Ic S 3, ,70 h FE ( h FE + ) 300 ( ) S 3, , ( ) S 7, ( V ) 0 O Passo Cálculo da Potência dissipada pelo transistor e a absorvida pelo circuito: Pt Vce Ic Pt 4,998 3, Pt 5,08 mw Pa ( Ic + IR ) * Vcc Pa ( Ic + IR ) * Vcc Pa 59,580 mw O Passo Determinação dos parâmetros híbridos: Método gráfico: Recorrendo ao gráfico 3 encontramos o parâmetro hie: Gráfico 3 Curva ( hie Ic ) para o transistor BC548B PHILIPS para o BC548B, uma Ic de 3 ma e Vce 5 V encontramos: hie 3, k Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04) 5

6 Recorrendo ao gráfico 4 encontramos o parâmetro h fe : Gráfico 4 Curva ( h fe Ic ) para o transistor BC548B PHILIPS para o BC548B, uma Ic de 3 ma e Vce 5 V encontramos: h fe 350 Recorrendo ao gráfico 5 encontramos o parâmetro hoe: Gráfico 5 Curva ( hoe Ic ) para o transistor BC548B PHILIPS para o BC548B e uma Ic de 3 ma encontramos: hoe 40 A / V Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04) 6

7 Recorrendo ao gráfico 6 encontramos o parâmetro hre: Gráfico 6 Curva ( hre Ic ) para o transistor BC548B PHILIPS para o BC548B, uma Ic de 3 ma e Vce 5 V encontramos hre,7 0 4 Tabelas complementares para outras aplicações: Tabela fórmulas simplificadas para as diferentes configurações Parâmetro EC CC BC hfe _ - hfe hfe+ hfe+ A i A V - hferl R in - hie R in R in hie + Re (hfe+) hie + RL (hfe+) R out Rc Re + hie hfe+ hfe RL hie hie _ hfe+ R C Tabela 7 comparação de valores das diferentes configurações (para RL = 3k) Parâmetro EC CC BC A i A V R in alta ( 45 ) alta ( 47 ) baixa ( 0,98 ) alta ( 30 ) baixa ( 0,99 ) alta ( 30 ) média ( k ) alta ( 45 k ) baixa ( 3 ) R out média ( 45 k ) baixa ( 80 k ) alta (,7 M ) Referência: Apostila extraída do trabalho de mestrado de Marcos Mendes Albano, bolsista CAPES/CPGEI Departamento Acadêmico de Eletrônica (7 Julho 04) 7