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Aula15 Indice de Aulas Aula17

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

A impedância de entrada olhando na base (Z_entrbase) 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 1

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 b =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 (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 4.

Arquivo Multisim Live

Figura 4 - Amplificador Coletor Comum - medida do ganho
Fonte: Multisim V. 14

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 (Av=Vsaida/2Vpp)

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 (Multisim 14) 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?

Arquivo Multisim Live

Figura 5 - Regulador serie

Fonte: Multisim V. 14

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

Ve=Vemax=12+10%=12+1,2=13,2V e Iz=Izmax

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/b =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 Ohms

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 Ohms

Valor escolhido: Rs=82 Ohms

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 o excesso de corrente. Caso a corrente na carga aumente, o excesso de corrente aumenta a tensão na resistencia R2 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 IL for tal que a queda de tensão em R2 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 =R2.IReg >= 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
Fonte: Multisim V.14

7. Experiencia: Regulador com reforço de corrente

7.1. Abra o arquivo ExpEN1_33_Regulador_serie_Com_Reforço_Corrente (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 9.

Arquivo Multisim Live

Figura 9: regulador integrado com reforço de corrente

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 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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