Polarização universal Polarizar um circuito significa fixar o ponto de operação em corrente continua (ponto quiescente) na região onde desejamos que o amplificador opere. A fixação do ponto quiescente na curva característica de coletor fixa-o também na curva característica de base. Os transistores possuem três regiões de operação que são: Região de corte opera como uma chave aberta Região de saturação opera como uma chave fechada Região linear opera como amplificador Ilustrando: Para que o transistor opere na região linear ( como amplificador ) devemos fixar um ponto de operação entre a região de corte e saturação. A esse ponto damos o nome de ponto quiescente que significa quieto. Então podemos dizer que polarizar bem um transistor (para que ele opere na região linear) é o mesmo que aplicar tensões e correntes de maneira que, o ponto quiescente esteja o mais centralizado possível. Polarizando o circuito Uma das formas mais eficientes de polarização de transistores é a polarização universal, também conhecida como polarização com divisor de tensão base. Este tipo de polarização elimina problemas causados pelas variações de β ( beta ) dos transistores. Regras de projeto Para polarizar o circuito de forma que o ponto quiescente esteja no centro da reta de carga, uma regra bastante usada é : Polarização Universal Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 24Set2005 1
VRE = 0,1 x VCC RC = 4 x RE R2 =0,01.βdc.RE * ( estável ) ou R2 =0,1.βdc.RE ** ( firme ) R1 = (VR1 VR2). R2 * Usando a regra ( R2 =0,01.βdc.RE ) teremos um ponto quiescente estável, porém os resistores R1 e R2 serão baixos o que influenciará negativamente na impedância de entrada do circuito e isso não é interessante aos amplificadores. ** Usando a regra ( R2 =0,1.βdc.RE ) haverá possibilidade de instabilidade do ponto Q, porém aumentaremos R1 e R2 e conseqüentemente a impedância de entrada o que é muito interessante aos amplificadores. Vale informar que dificilmente conseguiremos colocar o ponto quiescente no centro da reta, não por falha de projeto mas por resistores comerciais que dificilmente atenderão as nossas necessidades. Polarizando o transistor para trabalhar na região linear Antes de começarmos a polarizar o transistor devemos conhecer alguns parâmetros, que são: BC 548 Verificar suas especificações no datasheet VCEO é o máximo valor da tensão coletor-emissor com a base em aberto. Para o transistor BC548 esse valor é de 30 V. ( O valor de VCE deve ser no máximo metade de VCEO ) β DC ou h FE É o ganho de corrente. Os datasheets normalmente fornecem valores mínimos e máximos, esses valores são acompanhados de uma corrente de teste que usaremos para trabalhar. Para o transistor BC548 temos: βmínimo = 110, βmáximo 800 e IC (teste) = 2mA ( O valor de βdc deve ser o mínimo, garantindo as condições mínimas de polarização ) Tabela de resistores: É útil ter noção dos valores disponíveis no mercado ao se projetar um circuito novo. Por exemplo, se desejo obter uma resistência de 2 Ohms, devo saber que não existe um resistor comercial com esse valor. Logo, deve optar-se por uma associação em série de dois resistores de 1 Ohm. Os valores comerciais de resistores são potências de 10 multiplicadas pelos valores abaixo. Alguns valores comerciais. 1.0 Ω 1.1 Ω 1.2 Ω 1.3 Ω 1.5Ω 1.6 Ω 1.8 Ω 2.0 Ω 2.2 Ω 2.4 Ω 2.7 Ω 3.0 Ω 3.3 Ω 3.6 Ω 3.9 Ω 4.3 Ω 4.7 Ω 5.1 Ω 5.6 Ω 6.2 Ω 6.8 Ω 7.5 Ω 8.2 Ω 9.1 Ω Para obter os demais valores multiplicar por: 10, 10 2, 10 3, 10 4, 10 5, 10 6 Em casos muito especiais, é possível encomendar a um determinado fabricante um lote de componentes com um valor não usual. Contudo, para a maioria das aplicações esse requisito é facilmente contornado reprojetando os valores ou encontrando uma associação equivalente. A potência dos resistores comerciais pode ser de 1/8W, 1/4/W, 1/2W, 1W, 2W, 10W, etc. Polarização Universal Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 24Set2005 2
Dimensionando os resistores de polarização para uma fonte de 12V Dimensionando RE: VRE = 0,1. VCC VRE = 0,1. 12 V VRE = 1,2 V A corrente que desejamos é a corrente de teste 2mA, assim temos : VRE = RE. IE 1,2 V = RE. 2mA RE = 600 Ω ( comercial = 620 Ω ) Dimensionando RC: RC = 4.RE RC = 4.620 RC = 2480 Ω ( comercial = 2400 Ω ) Dimensionando R2: ( polarização firme ) R2 = 0,1.βDC.RE R2 = 0,1.110.620Ω R2 = 6820Ω ( comercial = 6800 Ω ) Dimensionando R1: R1 = ( 10,1V 1,9 V ). 6800Ω R1 = 36147,37Ω ( comercial = 36kΩ ) Traçando a reta de carga DC: Agora que temos todos os valores vamos coloca-los em nosso circuito e calcular as tensões e correntes necessárias. Polarização Universal Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 24Set2005 3
Encontrando ICq e VCEq Encontrando VB : VB = R2 / (R1 + R2).VCC VB = 6,8kΩ / ( 36kΩ + 6,8kΩ ).12V VB = 1,9 V Encontrando IE = IC quiescente: IE = ( VB VBE ) / RE IE = (1,9 V 0,7 V )/620Ω IE = 1,95 ma Encontrando VCE quiescente: VCC = VRC + VCEq + VRE VCC = ICRC + VCEq + IERE ( sabemos que Ic IE ) VCC = ICRC + VCEq + ICRE ( colocando IC em evidência ) VCC = IC.( RC + RE ) + VCEq VCEq = VCC IC.( RC + RE ) VCEq = 12 V - 1,95mA( 2400Ω + 620Ω ) VCEq = 6,12 V Encontrando IC saturação e VCE de corte Encontrando IC de saturação: Para obter a corrente de saturação IC(sat) devemos fazer VCE = 0 VCC = ICRC + VCE + ICRE ( colocando IC em evidência ) VCC = IC.( RC + RE ) + VCE ( fazendo VCE = 0 ) IC sat = VCC / ( RC + RE ) IC sat = 12 V / ( 2400Ω +620Ω ) IC sat = 3,97 ma Encontrando VCE de corte: Para encontrar VCE corte devemos fazer IC = 0 VCC = ICRC + VCE + ICRE ( fazendo IC = 0 ) VCE corte = VCC VCE corte = 12 V Polarização Universal Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 24Set2005 4
Traçando a reta de carga DC: Adicionando os valores O homem é feito para a luta, não para o repouso. (Ralph Emerson) www.clubedaeletronica.com.br Referências bibliográficas Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill, 1987. Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice-Hall, 1994. Marcus, O. Circuitos com diodos e Transistores. São Paulo: Érica, 2000 Lalond, D.E. e Ross, J.A. Princípios de dispositivos e circuitos eletrônicos. São Paulo: Makron Books, 1999. Polarização Universal Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 24Set2005 5