Como polarizar o transistor BJT? (Parte 2)

Esta é a segunda parte sobre polarização do BJT. São mostrados projetos de circuitos com polarizações fixa e estável do emissor.

Se você não é da área, sugiro ler primeiro o funcionamento do transistor BJT e a parte 1 da polarização deste componente.

Link para funcionamento do BJTClique aqui

Link para parte 1 da polarização do BJTClique aqui

Polarização fixa do BJT

Este é um exemplo de circuito de polarização fixa com transistor NPN. O terminal do emissor está ligado ao terra.

Considerando estas informações:

• Corrente de base (I_{b}): 20 μA.
• Corrente do emissor (I_{e}): 4 mA.
• Tensão entre o coletor e o emissor (V_{CE}): 7,2 V.

Temos que achar estas informações:

• Corrente do coletor (I_{c}).
• Beta (β).
• Tensão de alimentação (V_{CC}).
• Resistor de base (R_{b}).

Calculando I_{c}.

I_{e}=I_{c}+I_{b}

I_{c}=4000\mu -20\mu = 3980\mu =3,98mA

Descobrindo a tensão de alimentação V_{CC}.

I_{c}=\frac{V_{CC}-V_{CE}}{R_{c}}

3,98m=\frac{V_{CC}-7,2}{2,2k}

V_{CC}=15,956 V

Encontrando os valores de β e R_{b}.

I_{c}=\beta \cdot I_{b}

\beta= \frac{3,98m}{20\mu }=199

R_{b}= \frac{V_{CC}-V_{BE}}{I_{b}}

Considerando V_{BE} como 0,7 V.

R_{b}= \frac{15,956-0,7}{20\mu }=762 k\Omega

Projetando fontes de corrente com polarização fixa

Este é um projeto de uma fonte de corrente com um transistor NPN BD139, cujo datasheet está neste link. A tensão de alimentação é de 6 Volts, enquanto a corrente de coletor deve ser de 100 mA. O transistor deve ficar no estado de saturação.

Olhando o datasheet, pode-se ver que no estado de saturação, a tensão V_{CE} é 0,5 V.

Calculando R_{c}.

R_{c}=\frac{V_{CC}-V_{CE}}{I_{c}}=\frac{6-0,5}{0,1}=55\Omega

O resistor do coletor vai dissipar potência considerável, portanto, deve ter um tamanho maior do que resistores de 1/4 W para evitar queima. O valor comercial escolhido foi de 47 Ω, porque era o mais próximo que tinha disponível com tamanho suficiente para suportar a corrente elétrica.

Para calcular a corrente de base I_{b}, o ganho de corrente h_{FE} ou β foi considerado como 25.

I_{b}=\frac{I_{c}}{h_{FE}}=\frac{0,1}{25}=4mA

Determinando o valor de R_{b}.

R_{b}=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{I_{b}}=\frac{6-1}{4m}=1,25k\Omega

O valor comercial de R_{b} é 1,2 kΩ.

E se usar um transistor PNP como o BD136? Basta inverter os polos da fonte DC, o emissor deve ficar ligado ao polo positivo.

Este é outro projeto de polarização fixa, a corrente de coletor foi escolhida arbitrariamente como 150 mA. Enquanto o ganho, h_{FE} ou \beta, é 40.

Calculando Rc.

Rc=\frac{V_{CC}-V_{CE}sat}{I_{C}}=\frac{6-0,5}{150m}=36\Omega

Encontrando o valor de Rb. Os valores no datasheet estão negativos, mas como os polos foram trocados, pode considerar estes valores como positivos.

I_{b}=\frac{0,15}{40}=3,75mA

R_{b}=\frac{5}{3,75m}=1,33k\Omega

Os valores comerciais escolhidos para R_{c} e R_{b} são 30 Ω e 1,2 kΩ respectivamente. O valor de I_{c} pode variar entre 149 e 155 mA.

Polarização estável do emissor

Um resistor entre o terminal do emissor e o terra melhora a estabilidade do circuito. Demonstrando matematicamente usando dois circuitos a seguir como exemplos.

Calculando a corrente de coletor I_{c} e a tensão coletor-emissor V_{CE} do circuito T1, temos os valores calculados abaixo. Você pode confirmar considerando a tensão base-emissor V_{BE} como 0,7 V.

I_{c1}=2,925mA

V_{CE1}=8,089V

Se o β do T1 for 135, os valores ficam:

I_{c2}=4,38mA

V_{CE2}=4,174V

Calculando a porcentagem de variação destes parâmetros usando as seguintes equações.

%\Delta I_{c}=\left |\frac{I_{c}2-I_{c}1}{I_{c}1}\right |\cdot 100%

%\Delta V_{CE}=\left |\frac{V_{CE}2-V_{CE}1}{V_{CE}1}\right |\cdot 100%

Os resultados são respectivamente 49,4% e 48,3%. Agora, calculando os mesmos parâmetros no circuito T2. Esta equação pode ser usada para encontrar a corrente de base em circuitos de polarização estável do emissor. R3 é o resistor do emissor. Enquanto V_{BE} é 0,7 V.

I_{b}=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{R_{b2}+(\beta +1)\cdot R3}

Os resultados são:

I_{c}=2,9 mA

V_{CE}=8,6465V

E se aumentar o β do T2 para 150?

I_{c}=3,9mA

V_{CE}=4,75V

Usando as equações de porcentagem mostradas anteriormente.

%\Delta I_{c}=\left | \frac{3,9m-2,9m}{2,9m}\right |\cdot 100=34,4%

%\Delta V_{CE}=\left | \frac{4,75-8,647}{8,647}\right |\cdot 100=45%

O circuito T2 é mais estável, porque a corrente de coletor e a tensão coletor-emissor variam menos quando β aumenta em 50%.

Mais um projeto

Este é um projeto de circuito com um resistor estabilizador. O transistor usado é o BC547B, alimentação V_{CC} é 6 V e a corrente de coletor deve ser 20 mA. Observando este gráfico do datasheet, vê-se que a corrente de base pode ser 0,15 mA quando V_{CE} for 0,2 V. 

Usando a equação para encontrar os valores de R_{b} e R_{e}. β é:

\beta =\frac{20m}{0,15m}=133,3

Definindo R_{b} e R_{e}.

I_{b}=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{R_{b}+(\beta +1)\cdot R_{e}}

0,15m=\frac{6-0,7}{R_{b}+(133,3 +1)\cdot R_{e}}

0,15m\cdot R_{b}+20,145m\cdot R_{e}=5,3

O valor escolhido arbitrariamente para R_{b} foi 2,7 kΩ.

0,405+20,145m\cdot R_{e}=5,3

R_{e}=242\Omega

O valor comercial de R_{e} é 220 Ω. Como a corrente do emissor é a soma de I_{b} e I_{c}, seu valor é 20,15 mA. Calculando a tensão no emissor.

V_{e}=220\cdot 20,15m=4,433V

Descobrindo a queda de tensão no R_{c}.

V_{c}=6-(V_{CE}-V_{e})=6-(0,2+4,433)=1,367V

R_{c}=\frac{1,367}{20m}=0,06835k=68,35\Omega

Felizmente, tenho um resistor de 68 Ω. Finalmente, montando o circuito no protoboard ou matriz de contatos e fazendo as medições.

O valor da corrente I_{c} mostrado acima não deu exatamente 20 mA. Porque os resistores têm tolerância, causando uma pequena variação na resistência.

Outras partes sobre projeto com transistores BJT virão.