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Eletrônica Básica 1
Aula 13: Transistor Principio de Funcionamento  - Polarização
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Introdução
         Polarizar um transistor significa estabelecer as tensões  e correntes contínuas ao redor das quais o sinal oscilará quando  for aplicado um sinal na entrada. Para um bom desempenho (principalmente para  evitar a distorção) o ponto de operação deve ser  bem localizado. Nos amplificadores classe A  a  tensão coletor emissor (VCE) deve ser de aproximadamente a metade da tensão  da fonte (VCC)  para que a excursão de pico a pico na saída seja a  máxima possível sem distorção. existem varios circuitos de polarização nesse curso  serão mostrados dois circuitos.

1.1. Polarização por corrente de base constante
     O circuito tem esse nome pois a corrente de base é constante, mesmo que o transistor mude, Figura 1.

Figura 1 - Polarização por corrente de baase constante

No   circuito     da Figura 1 a corrente    de base é  constante sendo calculada por:


como a  corrente de coletor  é dada por: IC = b.IB   então:


            
    Como o beta de uma  família de  transistor pode variar entre um valor mínimo e um  valor máximo, conclui-se  que esse tipo de polarização é altamente instável, pois depende muito do beta e da temperatura.

Disparo termico
O circuito tambem é suscetivel ao disparo termico, que é um processo com realimentação positiva que pode levar à destruição do transistor quando a temperatura aumenta.

Exercicicio resolvido
Determinar  IC,  VCE e a potencia dissipada, PD, no circuito da Figura 2 considerando os seguintes valores de beta: a)  β=100     b) β=200    c)  β=300 Considerar  VBE=0,7 V


Figura 2 - Circuito para exercicio resolvido

Solução:
 
β=100
O valor de IB  vale:



Consequentemente a corrente de coletor vale IC=β.IB:       IC=100.18,6 mA= 1,86 mA     e   VCE=10 - 2k.1,86mA= 6,28 V  e a potencia dissipada PD=VCE.IC = 6,28V.1,86mA=11,68mW

β=200

O valor de IB  é o mesmo, 18,6 mA, lembre-se do nome do circuito, mas como o beta tem outro valor então:
IC=200.18,6 mA= 3,72 mA   e    VCE=10 - 2k.3,72mA= 2,56 V   PD=2,56V.3,72 mA= 9,52 mW

β=300

IB=18,6 mA      IC=300.18,6 mA= 5,58 mA   esse valor NÃO é compativel com os valores do circuito, isto é, o transistor está saturado e a maior corrente de coletor vale IC=10V/2k= 5 mA   VCE=0 V  e a PD = 0 mW

Fica claro que o circuito é altamente dependente do valor do beta.


1.2. Polarização por divisor de tensão na base
       Este é o circuito que é usado na maior parte dos casos, a Figura 3 mostra o circuito na sua forma mais comum. O nome divisor de tensão é por causa do divisor de tensão na base, constituido por R1 e R2. Observe o resistor RE de emissor, ele dá estabilidade ao circuito contra variação do beta e temperatura como mostraremos a seguir.
     
                                        ( a )                                                                                                                           ( b )
Figura 3 - ( a ) Circuito de polarização por divisor de tensão na base ( b ) circuito com equivalente Thevenin na base do circuito da Figura 3a.

Para obter a expressão da corrente de coletor é aplicado Thevenin na base, resultando o circuito da Figura 3b. Neste os valores de VTH e RTH valem:





Equacionando a malha de entrada:    VTH=RTH.IB+ VBE + RE.IE  como IC=IE e IB=IC/b     que substituindo resulta:


Isolando IC resulta:

   e se
resulta
     Portanto  o  ponto de operação  “não” depende do beta e isso acontece pois o circuito está estabilizado e  nessa condições I1≈I2 (a corrente de base é desprezível), isto é, I1=I2>>>IB. Repetindo, o circuito está estabilizado contra variações no beta.
 
      Existe uma  realimentação negativa em CC atraves de   RE que estabiliza o ponto Q e evita o disparo termico. Como isso funciona? Imagine que a corrente de coletor (emissor) tende a aumentar (por temperatura ou aumento no beta). A tensão VE=RE.IE tende a aumentar, consequentemente  
VBE= VR2 - VE diminui já que VR2 é CONSTANTE!! e isso tende a diminuir IC trazendo de volta para o valor original. É claro que existe limite para essa ação, mas funciona, acredite.

Procedimento para o projeto
1. Adotar os seguintes percentuais da tensão de alimentação:
   VCE = 0,5.VCC   VRE = 0,1.VCC   e VRC= 0,4.VCC.
2. Como IC é dado então o valor de  RE pode ser calculado

3. Como IC = IE e  VRC =4.VRE  então  Þ RC =4.RE
 
4.  Para o circuito ser estavel   RTH<<  bmin.RE muito menor é ao menos 10 vezes menor, então  RTH £ 0,1.bmin.RE  como RTH=R1//R2 e R2 é menor que R1 e em uma associação paralelo o equivalente é menor que a menor das resistencia se for usado
R2 £ 0,1.bmin.RE   a condição acima é verificada.
Obs: Em geral é adotado   um  valor   igual a 0,1.
bmin.RE, para não diminuir a impedancia de entrada.
5. Conhecido o valor de R2 como   R1 "está em serie" basta fazer uma proporção (regra de tres) para determinar R1, isto é:

Onde V2= 0,7+VRE e      V1=VCC - V2


Exercicio resolvido
Determinar R1,R2,RE, e RC no circuito da Figura 3a  se Vcc=12 V   IC=5mA βmin =100.


Figura 4 - Circuito para exemplo

Solução:
Seguindo os procedimentos  VRE=0,1.VCC=1,2 V

RC=4.RE=4.240=960 W          R2 £ 0,1.bmin.RE = 0,1.100.240=2400 W    R2 £ 2400 W
 
V2= 0,7+ 1,2=1,9 V   e      V1=12-1,9=10,1 V

=
Valores adotados: Rc=820  RE=220  R2=2k2  R1=12 k
NÃO esqueça! A eletronica NÃO é uma ciencia exata, mas se utiliza da ciencia exata (por exemplo a matematica e o calculo).

2. Experiencia: Polarização por corrente constante de base
2.1. Abra o arquivo ExpEN_23 Polarização por corrente de base constante   e identifique a Figura 5. Inicie a simulação medindo  IB, IC e VCE para os valores de beta da tabela 1.

       ( a )                                                                                                                          ( b )
Figura 5 - Polarização por corrente de base constante ( a ) transistor com beta=200  ( b ) transistor com beta=400


Tabela 1 - Polarização por corrente de base constante - medida para dois valores de beta
Beta =200Beta =400
IB(mA)
IC(mA)
VCE(V)
IB(mA)
IC(mA)VCE(V)



2.1. Escreva as suas conclusões.

3. Experiencia: Polarização por divisor de tensão na base
3.1. Abra o arquivo ExpEN1_24 Polarização por divisor de tensão na base e identifique os circuitos da Figura 6. Inicie a simulação medindo  IB, IC e VCE para os valores de beta da tabela 2.


                                        ( a )                                                                                                                          ( b )
Figura 6 - Polarização por divisor de tensão na base ( a ) transistor com beta=200  ( b ) transistor com beta=400

Tabela 2- Polarização por divisor de tensão na base - medida para dois valores de beta
Beta =200Beta =400
IB(mA)
IC(mA)
VCE(V)
IB(mA)
IC(mA)VCE(V)



3.2. Escreva as suas conclusões.
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