Projeto de Polarização de Transistor BJT

Polarizao de Transistores BJT
Grupo #5
Emissor Comum
Projeto de Polarizao de Transistor BJT Grupo #5 Emissor Comum

Leonardo Soares Faria Rafael de Amico da Silva UERJ FEN Resumo Este artigo tem por objetivo demonstrar as etapas no processo de especificao de um circuito para polarizao de transistores do tipo BJT, incluindo experimentao do circuito e dissertao sobre os resultados. I. INTRODUO Para se projetar um circuito adequado necessrio antes de tudo conhecer o objetivo do circuito, no caso da polarizao de transistores preciso saber o seu ponto de operao e as especificaes que o circuito deve atender, alm disso fundamental conhecer as caractersticas dos componentes que sero utilizados atravs da consulta a seus datasheets e sabendo fazer a adequada leitura das informaes. Neste caso o Ponto de Operao do circuito foi definido atravs de uma tabela a qual associava cada dupla do Laboratrio de Eletrnica I a um Ponto de Operao especifico. Assim, as especificaes que nos foram atribudas so (Grupo #5): 1) 2) 3) 4) 5) Vcc = 10V Circuito com divisor de tenso na base Vce = 6 V Ic = 3mA Variao mxima permitida nos parmetros de 10%
Figura 1 - Exemplo de montagem do circuito no Multisim.
corrente no coletor, sendo assim um sinal para ser amplificado deve ser ligado base atravs do divisor de tenso entre Rb1 e Rb2. J Vce o valor da queda de tenso entre o coletor e o emissor. Ic a corrente que dever fluir a partir do coletor quando uma carga for conectada ao mesmo.
Para atender as condies do Ponto de Operao baseamos nosso projeto em um circuito com emissor comum. II. ANALISE TEORICA Usando os conhecimentos adquiridos em sala de aula e as informaes sobre o Ponto de Operao do circuito pde-se fazer uma analise terica sobre o mesmo, para s ento passarmos a etapa da simulao, e, conseqentemente, experimentao. Eis os pontos chave: Com Vcc = 10V isso implica que a fonte de alimentao a ser usada deve estar ajustada para esse valor e a entrada de corrente para o circuito ser atravs de um resistor ligado ao coletor do transistor, e este em paralelo com o divisor de tenso na base. A funo do divisor de tenso na base fazer com que haja a diferena de potencial necessria na juno base-emissor para que o transistor seja polarizado. Alm disso, a variao da corrente na base causar uma variao de
Tendo em mente esses pontos chave fcil perceber que ao aplicarmos a tenso Vcc adequada e com os resistores calculados corretamente se a diferena de potencial na juno base-emissor for maior que 700mV isso ser suficiente para a polarizao do transistor, e mesmo uma pequena corrente fluindo atravs da base do transistor (da ordem de micro ampres) ser suficiente para controlar a corrente que flui atravs do coletor no sentido coletor-emissor. III. CLCULOS J sabendo como o transistor deve se comportar quando devidamente polarizado, possvel agora efetuar os clculos para sabermos quais os componentes necessrios para a experincia, e ainda se ser necessria alguma alterao para valores comerciais ou substituio de um resistor por alguma associao de resistores. Ve O primeiro item a ser calculado o Ve (tenso no emissor), um valor razovel para este 10% do valor de Vcc, dessa forma temos Ve = 1V. Re Atravs do datasheet do transistor sabemos que o valor de muito maior que 1 (entre 200 e 450), sendo assim podemos aproximar Ic Ie e dessa forma calcular o valor adequado para o Re (resistor do emissor), sendo Re 330.
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V. EXPERIMENTAO
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Rc Para calcularmos Rc (resistor no coletor) basta sabermos o valor da queda de tenso que este resistor deve proporcionar, ou seja, subtraindo de Vcc o valor de Vce e Ve teremos o valor da queda de tenso sobre Rc, dividindo este valor pelo valor da corrente que deve haver no coletor (Ic) teremos o valor de Rc = 1000. Vbb Vbb (tenso na base) deve ser suficiente para polarizar diretamente a juno base-emissor, e esta oferece uma barreira de potencial igual a 700mV, somando a este valor a tenso que h no Re (resistor de emissor) o valor total para Vbb deve ser de pelo menos 1,7V para que o transistor seja polarizado. Rb1 e Rb2 Os resistores da base Rb1 e Rb2 funcionam como um divisor de tenso para que somente o valor adequado de tenso seja fornecido a base e assim o transistor seja polarizado. Para este calculo deve-se estabelecer a condio de que Re >> Rbb/min, onde Rbb o resistor de Thvenin, ou seja, Rb1//Rb2, pois dessa forma a variao de que existe entre cada transistor do mesmo tipo no ir influenciar no ponto de operao do circuito. Para tal temos que Rbb = 6600. Sabendo disso, calculamos Rb1 = 39k e Rb2 = 8k. Todos os clculos apresentados aqui podem ser vistos em detalhes no Anexo I Clculos, alm disso, todos os valores de resistores so valores comerciais. IV. Simulao Com todos os resistores j calculados podemos passar para a simulao. O objetivo da simulao comprovar a validade da anlise terica e dos clculos, alm de antever possveis problemas na experimentao.
A experimentao consistiu na montagem do circuito em protoboard dentro das dependncias do Laboratrio de Eletrnica Analgica da UERJ. Utilizando os conhecimentos adiquiridos e sob orientao do professor realizamos a montagem do circuito e obtivemos os seguintes valores para a montagem. Parmetro Vcc Vce Ve Vbe Ic Valor Calculado 10V 6V 1V 1,7V 3mA Valor Medido 10V 6,064V 996mV 1,647V 2,939mA Variao percentual 0% +1,06% -0,4% -3,12% -2,03%
Tabela 1 - Parmetros e seus valores calculados e medidos, e respectivas variaes percentuais.
Uma observao importante de que para a montagem do circuito foi preciso a substituio de um dos resistores que encontrava-se em falta por uma associao em srie. Especificamente foi preciso substituir o resistor de 330 por uma associao em srie de um resistor de 270 com um de 68, resultando em um Re = 338, ou seja, 2,42% maior do que o valor clculado. Mesmo assim todos os valores ficaram dentro da variao mxima permitida de 10%. Aps a correta montagem do circuito e da confirmao dos valores, foi introduzido no mesmo um sinal de 1kHz para que este fosse amplificado:
Figura 3 - Representao esquemtica de aplicao de sinal ao circuito polarizado.
Figura 2 - Imagem da simulao mostrando o circuito e os instrumentos de teste.
Atravs da simulao foi possvel perceber que h pequenas variaes nos valores das tenses e correntes calculadas, mas todos dentro dos 10% de tolerncia. Com a simulao validando a anlise terica agora possivel passar a fase da experimentao.
Figura 4 - "screenshot" da tela do osciloscpio do laboratrio mostrando a amplificao do sinal. Canal 1 - entrada, Canal 2 sada.
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Foi possvel perceber que para valores da tenso de entrada superiores a 1V a forma de onda na sada mostrava-se deformada, o que nos diz que para tais valores o transistor estava operando na regio de saturao. Nossa montagem proporcionou uma amplificao mxima de aproximadamente 3 vezes o valor de entrada na sada, antes que o sinal sofresse distores. VI. Concluso Aps todas as etapas do projeto foi possvel perceber que o transistor foi corretamente polarizado e ainda foi possvel usar o mesmo circuito para a amplificao de um sinal aplicado na base. Podemos ressaltar tambm que sempre haver variaes entre os valores calculados e os valores medidos, pois estas so devidas a diversos fatores como pequenas variaes nos valores dos componentes (resistores podem ter variaes de 5% at 20% em seus valores, de acordo com a tolerncia de cada um; o valor de para os transistores varia entre cada unidade, mas ficando sempre dentro de dois valores especificados pelo fabricante), preciso dos instrumentos de medida, etc. Entretanto caso o circuito seja devidamente projeto e os clculos devidamente efetuados as variaes podem ser pequenas o suficiente para serem descartadas.

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Figura 3 - Representao esquemtica de aplicao de sinal ao circuito polarizado.

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