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Eletrônica Básica 1
Aula 16: Amplificador coletor comum - Regulador serie -  Transistor como Booster de Corrente
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Amplificador coletor comum
   O amplificador coletor comum (ACC) tambem chamado de seguidor de emissor é caracterizado por ter impedancia de entrada muito alta, impedancia de saida muito baixa e ganho de tensão proximo de 1. È usado na saida de amplificadores de potencia e em reguladores de tensão. A Figura 1a mostra o circuito basico e a Figura 1b mostra o circuito equivalente CA.
     
                                                 ( a )                                                                                     ( b )
Figura 1 -  ( a ) Amplificador coletor comum   ( b ) circuito equivalente em CA


O ganho de tensão  entre a saida, Vsaida, e a entrada na base, ventr, pode ser obtido a partir da Figura 1b:

Av=Vsaida/Ventr

     




Impedância de entrada (Zentrbase)  olhando na base tambem é obtida a partir da Figura 1b.   A partir do circuito da   Figura 1b essa impedancia é calculada por:





A impedancia de saida, que RE enxerga quando olha para o circuito é Zsaida. A Figura 2 mostra o circuito para o calculo da impedancia de saida.



Figura 2 - Circuito para obter a impedancia de saida


Por definição é Zsaida=V/I    quando a entrada é nula, resultando:


As principais caracteristicas da configuração coletor comum são: Ganho de tensão unitario, impedancia de entrada muito alta e iumpedancia de saida muito baixa. O circuito é usado no ultimo estagio de saida de um amplificador de potencia e para construir fontes de alimentação.

Regulador serie
O regulador serie é basicamente um amplificador coletor comum no qual é colocado um diodo Zener para obter uma  determinada tensão regulada, Figura 3a.

     
                                ( a )                                                                                                   ( b )
Figura 3 - Regulador serie  ( a )  conexão coletor comum   ( b ) forma classica como é desenhado o regulador serie


A grande vantagem desse circuito em relação ao regulador somente com Zener é a impedancia de entrada extremamente baixa. Alem disso esse circuito com algumas modificações permite ajustar a tensão de saida. A tensão Vcc é obtida do filtro de um retificador. Para o projeto deve-se conhecer o Zener, o transistor, a carga e o ripple da fonte de entrada.

Exercicio resolvido
No circuito da Figura 3b  Vcc=12 V    Rs=220 Ohms    RL=20 Ohms    Zener:   5,6 V/500 mW .  Considerar Zener ideal (rz=0) e VBE=0,7V  e   =100
Determinar:
a) tensão e corrente na carga (RL)
b) Potencia dissipada no Zener e transistor

Solução:
a)  VL=Vz-0,7=5,6 - 0,7=4,9 V                          IL=4,9V/20 ohms=0,245A=245 mA

b) PD(TR)=VCE.IC       VCE=12V - 4,9V=7,1 V     como      IC=IE=IL=0,245 A   então    PD(TR)=7,1V.0,245A=1,74 W

PD(Z)=Vz.Iz   Vz=5,6 V (ideal)       Iz=  IRS - IB        IB=IC/ = 245mA/100=2,45 mA     IRS=(12V-5,6V)/0,22k=29,1mA  logo

Iz= 29,1mA - 2,45 mA=26,6 mA   e portanto PD(Z)=5,6V.26,6mA=149 mW


3. Experiencia: Amplificador coletor comum
3.1. Abra o arquivo ExpEN1_31 Amplificador coletor comum e identifique o circuito da Figura 5.

Arquivo MicroCap  Amplificador coletor comum


Figura 4 - Amplificador Coletor Comum - medida do ganho


3.2. Para cada uma das combinações das chaves S1 (com Rs e sem Rs) e S2 (com carga e sem carga) anote a forma de onda na saida (Vsaidapp) e determine o ganho de tensão
3.3. S1 em 2 (Rs=0) e S2 em 2  (RL infinita)

       Vsaidapp=_______                                          Ganho= Vsaidapp/2Vpp=__________

3.4. S1 em 1 e S2 em 2

        Vsaidapp=_______                                          Ganho= Vsaidapp/2Vpp=__________
     
3.5. S1 em  1 e S2 em 1.

  Vsaidapp=_______                                          Ganho= Vsaidapp/2Vpp=__________

3.6. Escreva as suas conclusões.

4. Experiencia: Regulador Serie
4.1.  Abra o arquivo  ExpEN1_32_Regulador_serie  e identifique o circuito da Figura 5.
4.2. Inicie a simulação com a chave na posição 1, RL= 10 Ohms,  e meça a tensão na carga, VL,  corrente na carga, IL,  e a tensão entre coletor e emissor, VCE.

VL=__________         IL=___________          VCE=___________

4.3. Com os dados obtidos em 4.2  calcule a potencia dissipada no transistor.

PD=_________

4.4.  Calcule a potencia dissipada no Zener, considerar o beta do transistor igual a 100.

PD=_________

4.5. Anote as formas de onda de entrada e saida. Existe ripple?Qual o valor de pico a pico?


Figura 5 - Regulador serie


4.6. Repita 1,2,3 e  4 com a chave em 2, RL=6 Ohms.

4.7. Escreva as suas conclusões.

5. Projeto
Projetar uma fonte de alimentação estabilizada serie  com diodo Zener  e transistor com as seguintes características:
Tensão de saída (Vsaida) = 6V      Corrente de saída máxima: ILMáx = 1A   Tensão de entrada não regulada: Ve=12V ±10%
Dados: Transistor b=50      Vz=6,3V/1W  


Solução:
Devem ser calculados os limites superior (Rsmáx)    e  inferior  (Rsmin) permitidos e que façam o circuito operar.
Pior caso para destruir o Zener por calor

Figura 6: Regulador com limites superiores de tensão de entrada e corrente no Zener

 

Como    Izmáx=1000mW/6,7V=149,25mA               Izmin=14,9mA    

Vemáx=12V+1,2V=13,2V
   e   IZmin=149,25mA

Por analise de circuitos:      IB=IC/ =1000mA/50=20mA        VRS=13,2 – 6,7=6,5V    e     como IS=IB + IZ=20mA + 149,25mA=169,25mA   então

Rsmin=6,5V/0,169A=38,46

 
Pior caso para o Zener perder a Regulagem
Vemin=12V - 1,2V=10,8V      e       IZmin=14,9mA


Figura 7: Regulador com limites inferiores de tensão de entrada e corrente no Zener

De acordo com a Figura 7,  VRS=10,8 – 6,7=4,1V  e         IS=IB + IZ=20mA + 14,9mA=34,9mA

Logo: Rsmáx=4,1V/0,0349A=117,47
Valor escolhido:  Rs=82       e      

6. Transistor como Booster de Corrente
     Os reguladores integrados do tipo da familia 78XX . 79XX e LM317 constumam ter uma capacidade de corrente de aproximadamente 1,5 A. Caso a carga consuma mais do que  1A pode ser usado o circuito da Figura 8.  O transistor é usado para fornecer a corrente o excesso de corrente. Caso a corrente na carga aumente, o excesso de corrente aumenta a tensão na resistencia R fazendo o transistor conduzir e desta forma a corrente na carga será igual a corrente no regulador (Ireg) mais a corrente no transistor (IC).

Se a corrente na carga IRL for tal que a quedqa de tensão em R não é suficiente para o transistor conduzir, IC=0  e IL=IReg. Quando a corrente  na carga aumentar de forma que a queda de tensão VEB =R.IReg >= a 0,9V  Q1 conduz e neste caso a corrente na carga, IL será a soma de IC + IReg.


Figura 8: Regulador com reforçador de corrente.


7. Experiencia: Regulador com reforço de corrente
7.1. Abra o arquivo ExpEN1_33_Regulador_serie_Com_Reforço_Corrente e identifique o circuito da Figura 9.

7.2. Inicie  a simulação e com a chave S2 aberta  e a chave S1 ligando RL2=2k observe os valores das correntes no transistor (IC) e no regulador (IReg).Qual o valor da corrente na carga?Qual o valor da corrente no regulador?Qual o valor da corrente no transistor?
7.2. Mude a resistencia R2 para 2 ohms. O que muda quando são repetidos oas passos  em 7.2?
7.3. Escreva as suas conclusões.
 
     
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