Aula 14 - Configurações de circuitos com Transistores: base, coletor e emissor comum

Um amplificador apresenta altos níveis de tensão e ou corrente, baixa sensibilidade (alto ganho). 

A classe A de amplificação possui como característica uma operação em 360° do ciclo de trabalho. O Transistor de Junção Bipolar está caracterizado por uma polarização no centro da região linear.

Configuração emissor comum

Nos amplificadores de Potência Classe A são usados transistores com alta capacidade de dissipação de calor (transistores de potência – famílias BD, TIP) e é necessário a utilização de dissipadores de calor. Os transistores de potência apresentam em geral baixo HFE. A melhor forma de se polarizar um transistor para operar em Classe A é a polarização por divisor de tensão, por se apresentar maior estabilidade o que nos garantirá uma ponto quiescente estável no centro da região linear.

Pode-se instantaneamente escrever três importantes malhas do circuito: 

• Equação 1 - Vcc = VR1 + VR2; 
• Equação 2 - VR2 = Vbe + VRe;
• Equação 3 - Vcc = VRc + VCE + VRe;

Escolhendo valores adequados para os resistores podemos fazer com que essa polarização adquira estabilidade térmica. Um aumento da temperatura de junção do transistor causará um aumento na corrente de coletor o que fará com que o transistor dissipe mais potência e aumentará a temperatura de junção o que, consequentemente, fará a corrente do coletor aumentar ainda mais. O resistor de emissor fará com que cada vez que a corrente de coletor aumente a corrente de base diminua, pois VRe aumenta. Para uma boa estabilidade térmica utiliza-se VRE aproximadamente 1/10 de VCC. 

Para que o amplificador funcione perfeitamente em sinais alternados foram adicionados os capacitores Cs, Ce e Cc. O capacitor Cs tem como função bloquear qualquer sinal CC na entrada que poderia mudar a polarização do BJT. O capacitor Cc também bloqueará um sinal CC: Vce fazendo com que na saída só haja o sinal de entrada amplificado. Ce, por sua vez, terá como função fazer o emissor o terra para os sinais de entrada e saída, sem, contudo, influenciar na realimentação CC de Re. As retas de carga serão determinadas pelas malhas AC e CC do coletor:

No gráfico percebe-se que os limites para o valor de pico do sinal será Vceq e Icq.rc, assim o menor deles deverá ser considerado como menor excursão de pico para o sinal de saída.

O ponto para operação com maior eficiência (P.O.E), deverá ser posicionado no centro da reta de carga CA, o que poderá, na prática, ser feito utiliza-se VCE aproximadamente 1/2 de VCC. A eficiência do amplificador é definida pela razão entre a potência eficaz entregue a carga e a potência CC média consumida da fonte de alimentação. A Classe A de amplificação permite uma eficiência máxima teórica de 25%.

Características de um amplificador com transístor em emissor comum:

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): É igual ao quociente entre a tensão de entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente CA do sinal de entrada). A impedância de entrada está compreendida entre 10KΩ e 100KΩ. Ze=Ee / Ie 

• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): É igual ao quociente entre a tensão CA do sinal de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0).A impedância de saída esta situada entre 10KΩe 100KΩ. Zs= Es (saída em vazio)  /  Is (saída em curto)

• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada. A amplificação de corrente está compreendida entre 10 e 100 vezes. Ai = Is / Ie 

• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal de saída e a tensão CA do sinal de entrada. A ampificação de tensão está situada entre 100 e 1000 vezes. Av = Es / Ee

• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a amplificação de corrente e a amplificação de tensão. A amplificação de potência está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes. Ap = Ai x Av 

• RELAÇÃO DE FASE: Ocorre uma defasamento de 180° entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada (180° = 180 graus).

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_08 R8 Transistor configuração coletor comum BC548.

Configuração coletor comum

A configuração coletor comum permite altos ganhos de corrente enquanto um ganho de tensão unitário. Por possuir alta impedância de entrada e baixa de saída é normalmente utilizado como buffer de tensão. Nessa configuração o sinal de entrada se encontra na base e o de saída no emissor, o que garante um sinal de saída sem inversão de fase. A polarização recomendada para o BJT nesta configuração é a polarização por divisor de tensão, exatamente como anteriormente.

A maneira mais prática de fazer o cascateamento é o acoplamento direto entre o dois amplificadores, um coletor-comum e o outro emissor-comum. Desta forma o nível de tensão CC do coletor do primeiro estágio polarizará o segundo estágio não necessitando assim de resistores de polarização. No circuito ao lado, o primeiro estágio verá como carga a resistência de entrada do estágio coletor-comum. Uma boa aproximação para o valor da resistência de entrada é a carga multiplicada pelo fator b de Q2.

A eficiência do amplificador é definida pela razão entre a potência eficaz entregue a carga e a potência CC média consumida da fonte de alimentação. A Classe A de amplificação permite uma eficiência máxima teórica de 25%, o que pode ser facilmente comprovado, observando as máximas excursões de sinal de saída e a potência CC drenada para esse caso. Características de um amplificador com transístor em coletor comum: 

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: de 100 K Ohms a 1M Ohms. 
• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: de 50 Ohms a 5000 Ohms. 
• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: de 10 a 100 vezes. 
• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: é menor do que 1. Neste tipo de amplificador não há amplificação de tensão. 
• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: de 10 a 100 vezes. 
• RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada. 

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_09 R9 Transistor configuração emissor comum BC548.

Configuração base comum

A ligação de um transistor em  base comum é uma configuração de um transistor na qual sua base é ligada ao ponto comum de entrada e saída de sinal do circuito.

Esta montagem é utilizada de forma menos frequente do que as outras configurações em circuitos de baixa frequência e é utilizada para amplificadores que necessitam de uma impedância de entrada baixa. Como exemplo temos o pré-amplificador de microfones.

É utilizado para amplificadores VHF e UHF onde a baixa capacitância da entrada e da saída é de importância crítica.

Quando um transístor bipolar é ligado em base comum, o quociente entre a corrente de colector (Ic) e a corrente de emissor (Ie) recebe o nome de ganho de corrente estático da montagem base comum e é indicado pela letra grega α (ALFA). Temos: α=Ic/Ie

Características de um amplificador com transístor em base comum: 

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: entre 10 ohms e 100 ohms. 
• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: entre 100 K ohms e 1M ohms. 
• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: é um pouco inferior à unidade (entre O,95 e O,99).Portanto, neste tipo de circuito não há amplificação de corrente. 
• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: entre 500 e 5.000 vezes. 
• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: entre 100 e 1.000 vezes. 
• RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_10 R10 Transistor configuração base comum BC548.

A folha de dados do transistor NPN BC548 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC546 a BC548.

A folha de dados do transistor PNP BC558 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC556 a BC558.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/09/2024