Neste post, é mostrado como projetar um amplificador BJT com divisor de tensão no modo emissor comum. Dois exemplos de projetos são apresentados.
Para saber o funcionamento do transistor BJT, clique neste link.
Funcionamento do BJTClique aqui
Amplificador emissor comum com transistor NPN
O primeiro passo é escolher o transistor. Neste exemplo, foi escolhido o BC547B.
Calculando o resistor do coletor
O valor da tensão de alimentação é de 9 V e o ganho de tensão
é -100. Estes valores foram escolhidos arbitrariamente. Deve-se olhar o gráfico da curva característica do BC547B, para encontrar o ponto Q. Este ponto deve ficar onde o sinal de entrada CA possa ser amplificado sem distorção.
As figuras a seguir mostram o que acontece com o sinal de saída (Output waveform), quando o ponto Q (Quiescent Point) fica muito perto das regiões de corte (Cut off) ou saturação (Saturation).
O ponto Q deve ficar onde é metade da alimentação. Neste caso,
é igual a 4,5 V. Pegando a curva da corrente de base
, a corrente de coletor (
) é aproximadamente 48 mA. Abaixo, a fórmula do ganho de tensão para amplificadores emissor comum.
Equação para encontrar o valor de .
é a corrente de emissor, que é soma das correntes de base (
) e coletor (
).
Encontrando e o resistor do coletor (
).
O valor comercial mais próximo que eu tenho para é de 100 Ω. Mas pode-se usar um de 56 ou 75 Ω.
Calculando o resistor do emissor
Traçando uma reta de carga na curva característica do BC547, ligando o ponto Q ao ponto no eixo onde igual a 9, a corrente de coletor na saturação (
) é aproximadamente 85 mA. Calculando o resistor no emissor
.
O valor comercial disponível mais próximo é de 10 Ω.
Calculando os resistores na base
O ou
do transistor pode ser medido com um multímetro ou um medidor LCR.
O valor de deve atender o seguinte critério.
O valor comercial de é 220 Ω. É preciso usar a equação do divisor de tensão para encontrar
.
Encontrando .
Como ,
Calculando .
O valor comercial é de 1,5 kΩ.
Calculando os capacitores
Os 3 capacitores determinam a resposta em frequência do amplificador emissor comum. Os capacitores Ci e Co servem para filtrar o sinal de corrente contínua (CC) e permitem a passagem de corrente alternada (CA).
O Ci funciona como um filtro passa-alta, que barra sinais abaixo de uma frequência de corte, determinada pela equação:
é a resistência do sinal. Se o sinal de entrada vier de um gerador de funções, pode-se usar um multímetro para ligar com as garras jacaré do gerador de funções desligado e medir a resistência, que vale 840 Ω.
Para calcular .
O valor da frequência de corte f é de 1 kHz, foi escolhido arbitrariamente. Calculando Ci.
O valor comercial mais próximo disponível é 100 nF. Neste caso, a frequência de corte é de 1,71 kHz. Esta é a fórmula para calcular o Co.
Onde é a resistência de Thévenin vista pela saída do circuito sem o Co e o
, que é a resistência de carga ligada ao Co. Como não será ligado a uma carga,
pode ser omitido e
. A frequência escolhida foi de 20 kHz. Aplicando a equação acima,
Usando o valor comercial de 100 nF, o valor da frequência passa a ser de 15,91 kHz. O capacitor em paralelo com serve para filtrar ruídos de alta frequência. A fórmula da frequência de corte é:
Se Ce for 1 μF, a frequência de corte é de 15,9 kHz.
Um vídeo demonstrando o funcionamento do amplificador NPN emissor comum. Devido à amplitude do sinal de entrada, o sinal de saída começa a saturar e lembrar uma onda quadrada. Teria que aumentar Vcc ou diminuir a amplitude do sinal de entrada.
Amplificador emissor comum com transistor PNP
Nesta configuração, deve-se trabalhar com valores negativos. A tensão de alimentação (Vdc) é de -9 V. O transistor escolhido é o BC558.
Calculando o resistor do coletor
O valor do ganho de tensão A_{v} também é -100. No ponto Q, os valores são:
- Tensão coletor-emissor:
- Corrente de base: I_{B}=-150\mu A
- Corrente de coletor: I_{C}=-17mA
I_{E}=I_{B}+I_{C}=-0,15m-17m=-17,15mA
r_{e}=\frac{26m}{|I_{E}|}=\frac{26m}{17,15m}=1,51\Omega
A_{v}=-\frac{R_{C}}{r_{e}}
-100=-\frac{R_{C}}{1,51}
R_{C}=151\Omega
O valor comercial é de 150 Ω.
Calculando o resistor do emissor
A corrente de saturação na reta de carga do ponto Q (I_{Csat}) é de -37 mA.
I_{Csat}=\frac{V_{CC}}{R_{C}+R_{E}}
-37m=\frac{-9}{150+R_{E}}
R_{E}=94,6\Omega
O valor comercial mais próximo é de 100 Ω.
Calculando os resistores ligados na base
O ganho β medido do BC558 é 236.
R_{b2}\leq \frac{\beta R_{E}}{10}
\frac{\beta R_{E}}{10}=\frac{236\cdot 100}{10}=2360
O valor comercial escolhido é de 2200 Ω. Calculando a tensão na base V_{B}.
V_{E}=I_{E}\cdot R_{E}=-17,15m\cdot 100=-1,71V
A tensão base-emissor é de -0,7 V.
V_{E}=V_{B}-V_{BE}
-1,71=V_{B}+0,7
V_{B}=-2,41V
V_{B}=\frac{R_{b2}V_{CC}}{R_{b1}+R_{b2}}
-2,41=\frac{2200(-9)}{R_{b1}+2200}
R_{b1}=6015,7\Omega
O valor comercial mais próximo é de 5600 Ω.
Calculando os capacitores
Calculando o capacitor de bypass Ce, paralelo a R_{E}. A frequência de corte foi escolhida arbitrariamente como 30 kHz.
f=\frac{1}{2\pi R_{E}Ce}
Ce=\frac{1}{2\pi 100\cdot 30000}=53\cdot 10^{-9}F
O valor comercial é de 47 nF. Calculando os capacitores de entrada (Ci) e saída (Co).
\frac{R_{b1}R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}=1582,05
\beta\cdot r_{e}=236\cdot 1,51=356,36
R_{i}=\frac{1582,05\cdot \beta\cdot r_{e}}{1582,05+\beta\cdot r_{e}}=290,84\Omega
R=R_{s}+R_{i}=840+290,84=1130,84\Omega
Escolhendo a frequência de corte f de 10 kHz.
f=\frac{1}{2\pi RCi}
Ci=\frac{1}{2\pi \cdot 1130,84\cdot 10^{4}}=140,7\cdot 10^{-9}F
Valor comercial: Ci=100nF. Calculando Co com frequência de 30 kHz.
f=\frac{1}{2\pi (R_{o}+R_{L})Co}
R_{o}=R_{C}=150\Omega
Co=\frac{1}{2\pi \cdot 150\cdot 30000}=35,37nF
Valor comercial: Co=47nF.
O vídeo do amplificador em funcionamento. Deve-se inverter os polos de alimentação.
No próximo post sobre Projetos, mostrarei amplificadores de outras configurações.
