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Polarização

Polarização CC dos TBJ’s Prof. MSc . Renato Medeiros Adaptado das notas de aula do livro: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8a Edição Robert L. Boylestad Louis Nashelsky. Polarização.

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Presentation Transcript

  1. Polarização CC dos TBJ’sProf. MSc. Renato MedeirosAdaptado das notas de aula do livro: Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8a EdiçãoRobert L. BoylestadLouis Nashelsky

  2. Polarização Polarizar significa aplicar tensões CC ao transistor para que este funcione de maneira adequada para amplificar um sinal CA. O transistor não é um dispositivo mágico. O nível de potêrncia de saída ac amplificado é o resultado da transferência de energia das fontes dc aplicadas. A análise e o projeto de amplificadores eletrônicos deve-se preocupar com as operações ac e dc. Pode-se separar as análises devido ao principio de superposição O nível dc de operação de um transistor é controlado por vários fatores, entre eles o ponto de operação. Uma vez definida a corrente dc e os níveis de tensão desejados o circuito deve ser projetado de maneira a estabelecer o ponto de operação escolhido.

  3. Embora vários circuitos serão analisados, há uma semelhança latente entre a análise de cada configuração, devido ao uso das seguintes relações básicas importantes de um transistor: Começamos a determinando a corrente na base, e com isso achamos a corrente no coletor e no emissor.

  4. Ponto de Operação O TBJ deve ser polarizado para fora destes limites para que a vida útil deles não seja reduzida. A entrada CC estabelece um ponto de funcionamento ou quiescente denominado ponto Q.

  5. Para a polarização do TBJ em sua região de operação linear devemos ter: • A junção base-emissor deve estar diretamente polarizada com uma tensão resultante de polarização de mais ou menos 0,6 a 0,7 V • A junção base-coletor deve estar reversamente polarizada com uma tensão reversa de polarização situando-se dentro dos limites máximos do dispositivo.

  6. Polarização e seus 3 Estados de Operação • •Região Ativa ou Linear de Operação • Junção Base – Emissor é polarizada diretamente • Junção Base – Coletor é polarizada reversamente • • Região de Corte • Junção Base – Emissor é polarizada reversamente • • Região de Saturação • Junção Base – Emissor é polarizada diretamente • Junção Base – Coletor é polarizada diretamente

  7. Circuito de Polarização CC • a. Circuito de polarização Fixa • b. Circuito com estabilização do Emissor • c. Loop do Coletor-Emissor • d. Circuito Divisor de Tensão • e. Tensão de Feedback CC • f. Circuitos de Polarização Variados

  8. a. Circuito de polarização Fixa Serve como uma introdução relativamente simples e direta para a análise de uma polarização dc do transistor. Equivalente CC

  9. Loop Base-Emissor Usando a Lei das Tensões de Kirchoff: +VCC – IBRB – VBE = 0 Resolvendo para IB: [Formula 4.4]

  10. Loop Coletor-Emissor Sabendo: [Formula 4.5] Usando a Lei de Kirchoff das Tensões: [Formula 4.6] E : [Formula 4.7] Desde que VE = 0V, então: [Formula 4.8] E sabendo: [Formula 4.9] E VE = 0V, então: [Formula 4.10]

  11. Nível de Saturação do Transistor Quando o transistor está operando na região de saturação (alcançam seus valores máximo) As condições para saturação são normalmente evitadas porque a junção base-coletor não está reversamente polarizada, e o sinal amplificado na saída estará distorcido Ele está realizando no fluxo de corrente máximo através do transistor. No corte Vce = Vcc pois Ic = 0 [Formula 4.11]

  12. Análise de linhas de carga

  13. Análise de linhas de carga Os pontos de extremidade da linha : ICsat e VCEcutoff ICsat: [Formula 4.14] VCEcutoff: [Formula 4.13] -o ponto Q é um ponto particular de funcionamento: Valor de RB determina o valor de IB Onde IB e a linha de carga intersepta a curva do transistor determina o valor de VCE e IC.

  14. O efeito dos valores do ponto Q no Circuito

  15. O efeito dos valores do ponto Q no Circuito

  16. O efeito dos valores do ponto Q no Circuito

  17. b. Circuito com estabilização do Emissor A adição de uma resistência ao emissor se estabiliza o circuito.

  18. Loop Base-Emissor Usando a LKT : [Formula 4.15] Sabendo: [Formula 4.16] Combinando essas duas fórmulas: Agrupando os termos e resolvendo para IB: [Formula 4.17]

  19. Relação entre  e  Ambos indicam um fator de amplificação. [Formula 3.12a] [Formula 3.12b] [Formula 3.14] [Formula 3.15]

  20. c. Loop Coletor-Emissor

  21. c. Loop Coletor-Emissor • Aplicando a LKT : • Sabendo que IE IC e resolvendo para VCE: • Encontrando VE: [Formula 4.20] • Encontrando VC: [Formula 4.21] • ou [Formula 4.22] • Encontrando VB: [Formula 4.23] • ou [Formula 4.24]

  22. Aumentado a estabilidade da polarização • Adicionando RE ao Emissor aumentamos a estabilidade do transistor. • Estabilidade se refere ao circuito no qual a corrente e a tensão estão bastante constante para uma ampla gama de temperaturas . Variação de Beta () de um transistor. • A temperatura em torno do circuito de transistor nem sempre é constante; • o beta () de um transistor não é um valor fixo.

  23. Nível de Saturação [Formula 4.25]

  24. Analise da Linha de Carga A linha de carga e seus pontos podem ser calculados: VCEcutoff: [Formula 4.26] ICsat: [Formula 4.27]

  25. d. Polarização por Divisão de Tensão Trata-se de um circuito de polarização muito estável. As correntes e tensões são quase independentes das variações de.

  26. d. Polarização por Divisão de Tensão Rth = R1R2/R1+R2 Eth = R2Vcc/R1+R2

  27. d. Polarização por Divisão de Tensão

  28. d. Polarização por Divisão de Tensão (aproximação) Considerando Ib<< que I1 e I2 Vb = R2.Vcc/R1+R2

  29. Analise Aproximada Para circuitos de polarização de divisor de tensão em que: IB << I1 e I2 e I1 I2 Siga as seguintes aproximações. • se Ri = (β+1)Re = β Re então é condição que define se o método • aproximado pode ser ou não aplicado • se e e • Aplicando a LKT: • IE IC então

  30. Nível de Saturação [Formula 4.25]

  31. Analise da Linha de Carga A linha de carga e seus pontos podem ser calculados: VCEcutoff: [Formula 4.26] ICsat: [Formula 4.27]

  32. Análise de linhas de carga Os pontos de extremidade da linha de carga pode ser calculados: VCEcutoff: [Formula 4.40] ICsat: [Formula 4.39]

  33. e. Polarização DC com Feedback de tensão Outra forma de melhorar a estabilidade de um circuito é adicionar um caminho de feedback de coletor e base. Neste circuito de polarização o ponto Q só é ligeiramente dependente do beta do transistor.

  34. Loop Base – Emissor Aplicando a LKT: VCC – ICRC – IBRB – VBE –IERE = 0 Note que: IC = IC + IB – mas usualmente IB << IC -- então IC IC Sabendo que IC = IB e IE IC então: VCC – IB RC – IBRB – VBE –IBRE = 0 Simplificando e resolvendo para IB: [Formula 4.41]

  35. Loop Collector Emissor Aplicando a LKT : IE Re + VCE + ICRC – VCC = 0 Desde que IC IC e IC = IB: IC(RC + RE) + VCE – VCC =0 Resolvendo para VCE: [Formula 4.42]

  36. Nível de Saturação do Transistor [Formula 4.43]

  37. Análise de linhas de carga É a mesma análise como para a polarização de divisor de tensão e os circuitos de polarização do emissor.

  38. f. Diversos circuitos de polarização Há uma série de variações de circuitos de polarização de BJT.

  39. Projeto de um circuito de Polarização com resistor de realimentação do emissor Fonte de tensão e ponto de operação são selecionados de acordo com informações do fabricante sobre o funcionamento do amplificador e das necessidades do circuito. Resistor Re não pode ser muito grande pois limita a excursão do sinal do coletor e emissor. Utilizaremos a tensão de Re como 1/10Vcc

  40. Projeto de um circuito de Polarização com resistor de realimentação do emissor Ve= 1/10Vcc = 20/2 = 2V Re=Ve/Ie = Ve/Ic = 2/2m = 1KΩ Rc = VRc/Ic = (Vcc-Vce-Ve)/Ic = 4KΩ Ib = Ic/β = 13,33uA Rb = VRb/Ib = 1,3MΩ Há uma série de variações de circuitos de polarização de BJT.

  41. Projeto de um circuito Estabilizado com Ganho de Corrente (independente de β) Deve-se determinar os resistores do divisor de tensão R1 e R2 Presume-se que as correntes nos resistores R1 e R2 sejam iguais e muito maiores que a da base (no mínimo na relação 10:1) R2 = 1/10β.Re Utilizo o pior caso de β. Vb = (R2/(R1+R2))Vcc

  42. Projeto de um circuito Estabilizado com Ganho de Corrente (independente de β) Ve= 1/10Vcc = 20/2 = 2V Re=Ve/Ie = Ve/Ic = 2/10m = 200Ω Rc = VRc/Ic = (Vcc-Vce-Ve)/Ic = 1KΩ Vb=Vbe+Ve = 0,7+2 = 2,7V R2 = 1/10β.Re = 1,6KΩ R1 = 10 KΩ

  43. Transistor de Chaveamento Transistores com apenas a fonte CC aplicada podem ser usados como switches eletrônicos.

  44. Cálculos de Circuitos de Chaveamento O transistor irá alternar entre regiões de fechamento e saturação. Você deve garantir que:

  45. Cálculos de Circuitos de Chaveamento O transistor irá alternar entre regiões de fechamento e saturação. Você deve garantir que:

  46. Cálculos de Circuitos de Chaveamento

  47. Tempo de Chaveamento Outra consideração é o tempo que leva o transistor para chavear. • [Formula 4.47] • [Formula 4.48]

  48. Transistores PNP A análise de circuitos de transistor de polarização PNP é a mesmo que para circuitos de transistor NPN. A única diferença é que as correntes estão fluindo na direção oposta.

  49. Aplicações práticas • • Driver • • Chave Transistorizada • • Fonte de Corrente Constante • • Portas Lógicas • • Espelho de Corrente • • Indicador de Nível de Tensão

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