2 projetos de amplificadores BJT coletor comum

Neste post, é mostrado outro tipo de configuração de amplificador usando o BJT. Desta vez, é o coletor comum ou seguidor de emissor.

Para saber o funcionamento do transistor BJT, clique neste link.

Funcionamento do BJTClique aqui

Amplificador coletor comum com transistor NPN

O transistor escolhido foi o 2N3904, cujo datasheet está aqui.  

Calculando os resistores ligados à base do transistor

Primeiro, deve-se determinar a tensão na base do transistor. Este valor deve ser menor que a tensão de alimentação ($Vcc$) e maior que a tensão base-emissor ($V_{BE}$).

A fórmula para obter a tensão de base ($V_{b}$).

$V_{b}=V_{BE}+\frac{(V_{cc}-V_{be})}{2}$

O valor de $V_{cc}$ foi escolhido arbitrariamente como 8V.

$V_{b}=0,65+\frac{(8-0,65)}{2}=4,325V$

Usando a equação de divisão de tensão.

$V_{b}=\frac{R_{b2}}{R_{b2}+R_{b1}}\cdot V_{cc}$

$4,325=\frac{R_{b2}}{R_{b2}+R_{b1}}\cdot 8$

$0,5406=\frac{R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}$

$R_{b1}=0,8498\cdot R_{b2}$

Os valores comerciais de $R_{b1}$ e $R_{b2}$ mais próximos que atendem esta proporção são 1kΩ e 1,2kΩ, respectivamente.

Calculando a resistência no emissor

Calculando a tensão no emissor.

$V_{BE}=V_{b}-V_{e}$

$0,65=4,325-V_{e}$

$V_{e}=3,675V$

Para dimensionar o resistor Re, é preciso definir a corrente de emissor ($I_{e}$). O valor definido arbitrariamente foi de 10mA, pois é um valor seguro para evitar o sobreaquecimento do transistor.

$V_{e}=R_{e}\cdot I_{e}$

$R_{e}=367,5\Omega$

O valor comercial mais próximo disponível é de 470Ω, que produz uma corrente de emissor de 7,81mA.

Dimensionando os capacitores

A fórmula para calcular o capacitor de entrada Ci.

$Ci=\frac{1}{2\pi f\cdot Ri}$

Onde $Ri$ é a resistência de entrada vista pelo capacitor Ci.

$Ri=R_{b1}||R_{b2}||\beta r_{e}$

Neste caso, não foi possível medir o β do transistor no multímetro. Na parte “ON CHARACTERISTICS” do datasheet mostrado anteriormente, a faixa de ganho vai de 100 a 300, quando a corrente no coletor ($I_{C}$) é de 10mA. Pode-se considerar o ganho como 100. Calculando $r_{e}$ e $Ri$.

$r_{e}=\frac{26mV}{I_{E}}=\frac{26m}{7,81m}=3,329\Omega$

$R_{b1}||R_{b2}=\frac{R_{b1}\cdot R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}=523\Omega$

$\beta\cdot r_{e}=332,9$

$Ri=\frac{523\cdot 332,9}{523+332,9}=203,42\Omega$

Com a frequência de corte de 20Hz, a capacitância de entrada é:

$Ci=39,119\cdot 10^{-6}F$

O valor comercial mais próximo é de $47\cdot 10^{-6}F$ ou 47μF. Quanto maior a capacitância de Ci, menor será a frequência de corte. Abaixo é a equação para calcular a capacitância de Co.

$Co=\frac{1}{2\pi \cdot f\cdot Ro}$

A fórmula para calcular a resistência de saída vista pelo capacitor.

$Ro=\frac{R_{b1}||R_{b2}}{\beta}$

$Ro=5,23\Omega$

$Co=1521,5\mu F$

O valor comercial mais próximo é de $2200\mu F$.

Amplificador coletor comum com transistor PNP

Neste projeto, é usado o transistor PNP 2N3906, cujo datasheet está neste link.

Calculando os resistores ligados à base do transistor

Usando o mesmo procedimento do projeto anterior, considerando as tensões negativas. A tensão de alimentação escolhida é de -9V. A tensão base-emissor ($V_{BE}$) é de -0,65V.

$V_{B}=V_{BE}+\frac{V_{CC}-V_{BE}}{2}$

$V_{B}=-0,65+\frac{-9+0,65}{2}=-4,825V$

$V_{B}=\frac{R_{b2}\cdot V_{CC}}{R_{b2}+R_{b1}}$

$-4,825=\frac{-9\cdot R_{b2}}{R_{b2}+R_{b1}}$

$1,15R_{b1}=R_{b2}$

Os valores comerciais de $R_{b1}$ e $R_{b2}$ são 1kΩ e 1,2kΩ, respectivamente. Calculando a resistência de Re, cuja a corrente no emissor ($I_{E}$) é de 15mA, um valor escolhido arbitrariamente.

$V_{BE}=V_{B}-V_{E}$

$V_{E}=-4,175V$

$V_{E}=R_{E}\cdot I_{E}$

$R_{E}=278\Omega$

O valor comercial é de 330Ω, resultando em uma $I_{E}$ de -12,6mA. Calculando os valores de Ci e Co.

$Ci=\frac{1}{2\pi f\cdot Ri}$

Escolhi a frequência de corte $f$ como 5000Hz.

$Ri=R_{b1}||R_{b2}||\beta r_{e}$

O $\beta$ também pode ser considerado como 100. 

$r_{e}=\frac{26m}{\left| I_{E}\right|}=2,63\Omega$

$\beta r_{e}=263$

$R_{b1}//R_{b2}=\frac{1k\cdot 1,2k}{2,2k}=545\Omega$

$Ri=\frac{545\cdot 263}{545+263}=177,39\Omega$

$Ci=\frac{1}{2\pi 5000\cdot 177,39}=179,44\cdot 10^{-9} F$

O valor comercial de Ci é de 100nF. Dimensionando Co.

$Co=\frac{1}{2\pi f\cdot Ro}$

$Ro=\frac{R_{b1}//R_{b2}}{\beta}=5,45\Omega$

$Co=\frac{1}{2\pi 5000\cdot 5,45}=5,84\cdot 10^{-6}F$

O valor comercial mais próximo é de 10μF.

Vídeo dos amplificadores coletor comum

No vídeo, o sinal azul é de entrada e o amarelo é de saída. O ganho deste tipo de amplificador é 1, portanto, o sinal de saída não é amplificado.