Ex 16.2 - Transistor de Efeito de Campo com transmissor de frequência modulada

Aplicação: Micro espião de FM com Transistor de efeito de campo

T1 e T2 são transistores de efeito de campo (FET's) de canal N do tipo BF245. O diodo é do tipo varactor BA121. Já o indutor L1 é construído com 7 voltas de 0.8mm de fio de prata enrolado num núcleo de ferrite de 5mm (ajustável). Este oscilador muito estável tem uma frequência de aproximadamente 100 Mega hertz. A oscilação ocorre devido ao retorno via capacitor de 16pF. Sem interferência a partir da antena no loop de ressonância. A distância é de *pelo menos* 300 metros.

A folha de dados do transistor de efeito de campo BF245 está disponível em: 24_05_06 Transistor de efeito de campo BF245.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2014

Ex 16.1 - Foto transistor como foto detector

Detector com Foto-Transistor

Um primeiro circuito que faz uso de um foto-transistor como detector é que é indicado para a cobertura de pequenas distâncias – até 10 mm - (pode ser usada uma chave óptica) é o mostrado na figura 03.

Este circuito aciona um relé quando o feixe de luz que incide no foto-transistor é cortado.

Para distâncias bem pequenas a fonte de luz pode ser um diodo emissor de luz visível ou infravermelha.

O relé tem bobina de no máximo 50 mA e tensão de acordo com a usada para a alimentação da etapa.

Lembramos que este circuito produz um pulso apenas durante o tempo em que o objeto corta o feixe de luz e que portanto não tem ação mono estável. 

Montagem de Sensor de Barreira com: Led Infravermelho Emissor + Receptor 5mm - TIL32 + TIL78.

O diagrama utilizado em aula está disponível em: 24_10_03 Sensor com foto transistor SRG.

A folha de dados do LED Infravermelho TIL32 está disponível em: 24_05_02 LED IR TIL32.

A folha de dados do foto transistor TIL81 está disponível em: 24_05_03 Foto Transistor TIL81.

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/05/2024

Aula 16 - Transistores especiais

Foto transistor

O foto transistor é mais um dispositivo que funciona baseado no fenômeno da fotocondutividade. Ele pode, ao mesmo tempo, detectar a incidência de luz e fornecer um ganho dentro de um único componente.
Como o transistor convencional, o foto transistor é uma combinação de dois diodos de junção, porém, associado ao efeito transistor aparece o efeito fotoelétrico. Em geral, possui apenas dois terminais acessíveis, o coletor e o emissor, sendo a base incluída apenas para eventual polarização ou controle elétrico.
Como nas outras células fotocondutivas, a incidência de luz (fótons) provoca o surgimento de buracos na vizinhança da junção base-coletor. Esta tensão conduzirá os buracos para o emissor, enquanto os elétrons passam do emissor para a base. Isso provocará um aumento da corrente de base, o que por consequência implicará numa variação da corrente de coletor beta vezes maior (lembrando que, para Ib sendo a corrente da base e Ic a do coletor, temos a relação Ic = beta Ib, onde beta é um valor fornecido pelo fabricante, variando para cada transistor), sendo essa variação proporcional à intensidade da luz incidente.
Como a base está normalmente desconectada, a corrente que circula por ela dependerá apenas do fluxo luminoso incidente. Assim, na ausência de luz, a corrente de base será zero e o foto transistor estará cortado, resultando na tensão do coletor igual à tensão de polarização Vcc. Quando há luz incidindo, a tensão no coletor irá diminuir devido ao aumento da corrente.
O foto transistor é um transístor bipolar em que a luz incide sobre a base. O seu funcionamento não difere do funcionamento do transístor bipolar, no entanto, a base é polarizada pela luz. Tem um tempo de resposta maior e é mais sensível que o fotodiodo. Tem uma enorme utilização nos acopladores ópticos que têm a função de isolar eletricamente circuitos diferentes. O acoplador óptico é composto por um díodo emissor de luz (LED) e um foto transistor.

Transistor de efeito de campo

Um transistor de efeito de campo (FET) tem uma construção conforme figura. Uma barra de semicondutor tipo N é envolta por um material tipo P, formando uma junção PN chamada porta. 

Os contatos nas extremidades são chamados de fonte e dreno. A junção da porta é inversamente polarizada, o que resulta em corrente quase nula pela mesma, mas o campo elétrico forma um canal na barra que controla a passagem dos portadores. Assim, a tensão aplicada na porta controla a corrente entre fonte e dreno.

Como a porta é polarizada inversamente, a sua resistência de entrada é bastante alta, o que é conveniente para muitas aplicações.

O exemplo da figura é um FET com canal tipo N mas pode perfeitamente ser tipo P, sendo, neste caso, a porta tipo N e, naturalmente, invertidas as tensões aplicadas (o símbolo tem o sentido da seta invertido).

Em muitos diagramas é comum o uso das iniciais em inglês para fonte, dreno e porta (Source, Drain, Gate).

Transistor Uni-junção

Um dos dispositivos semicondutores já há muito tempo em utilização é o transistor uni- junção (UJT). O UJT é um dispositivo de três terminais que, no entanto, tem apenas uma junção PN. Ele é usado como elemento ativo de um circuito oscilador.

O UJT é constituída por uma barra de silício tipo N com ligações elétricas em ambas as extremidades, além de um fio de alumínio ligado a um ponto ao longo do comprimento da barra de silício. No ponto de ligação, o alumínio cria uma região de tipo P na barra de silício, formando assim uma junção PN. Porque só há uma junção, não é razoável utilizar o termos ânodo ou cátodo, assim a ligação do tipo P é conhecido como o "emissor", enquanto que as duas conexões do tipo N são designados "Base 1" e "Base 2".

Em uso, uma tensão de polarização adequada é aplicada entre as duas bases, com a B2 feita positiva em relação a B1. Como a barra do tipo N é resistiva, uma corrente relativamente pequena irá fluir através dele, e a tensão aplicada será distribuída uniformemente ao longo do seu comprimento.

O transistor de uni-junção atua como um divisor resistivo de tensão, entre a Base 1 e Base 2, com um diodo no centro. 

Transistor Uni-junção Programável

O PUT (Transistor de Uni-junção Programável) é um dispositivo de quatro camadas, semelhante ao SCR. 

A diferença é que no PUT, o terminal de gatilho situa-se na região N, próxima ao anodo.

Apesar de sua semelhança física com o SCR, o PUT é chamado transistor de unijunção, por ser utilizado em circuitos, onde poderiam ser utilizados UJT’s convencionais. As características elétricas do PUT e do UJT são semelhantes, mas a tensão de disparo do PUT é programável. Além disso, o PUT é mais rápido e mais sensível do que o UJT. O PUT é chamado de programável, pois, enquanto no UJT o parâmetro η (divisor resistivo) é uma característica construtiva, no PUT ele é fixado por resistores externos.

Seu funcionamento é igual ao do UJT, porém se difere do mesmo em algumas características, podendo ser utilizado em osciladores de baixa frequência, disparadores, estabilizadores, geradores de sinais, dentes de serra e em sistemas temporizados. Sua estrutura interna e constituída de Anodo, Catodo e Gate.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2018

Aula 15 - Configurações de circuitos com Transistores: Pares Darlington e Sziklai

 Os pares Darlington e Sziklai são configurações com transistores BJT. A comparação entre ambos e alguns circuitos são mostrados nesta aula.

Nas configurações pares Darlington e Szikla, dois transistores se comportam como um só.

Par Darlington

A corrente de entrada entra na base (B) do primeiro transistor T1. A corrente de emissor, que é a soma das correntes de base e coletor, vai para a base de T2, amplificando ainda mais a corrente em T2. 

Na base dos transistores T1 flui a corrente I B1 = 0,1 μA . Assumindo um ganho β T1 = 200 resulta em uma corrente de emissor I C1 = 20 μA.

A corrente de coletor dos transistores T1 agora flui para a base dos transistores T2 . Como a corrente de coletor é a soma da corrente do emissor e da base, flui I B2 = 20,1 μA para a base do transistor T2 .

Com um ganho β T2 = 200 a corrente do emissor é I C2 = 4,02 mA.

O par Darlington também está disponível em um único invólucro. Externamente indistinguível de um transistor, ele é chamado de transistor Darlington. 

Quando você considera o par Darlington, você percebe que o circuito pode ser considerado como um transistor. Este "novo" transistor tem uma base, coletor e emissor e é caracterizado por um alto ganho de corrente. Um exemplo de transistor Darlington é o BC516 e o BC517.

Transistor Darlington BC516: O BC516 é um transistor Darlington bipolar PNP. Ele foi projetado como um transistor de uso geral para circuitos de sinal pequeno, que exigem um ganho de corrente muito alto (B=3000).

A combinação Darlington é usada em aplicações que requerem alta amplificação de sinal e controle de componentes de alta potência.

Par Sziklai

Em um par Sziklai, você combina um NPN com um transistor PNP. Este circuito também é frequentemente chamado de par Darlington complementar. 

O ganho do par Sziklai β S é aproximadamente: β = β T1 × β T2 .

Entretanto, o par Sziklai tem outra vantagem que o torna interessante para aplicações...

O par Sziklai tem uma grande vantagem sobre o par Darlington. Com o mesmo ganho, a voltagem base-emissor é apenas metade, a voltagem base-emissor de: VBE = 0,65 V.

Apesar dessa vantagem, não há transistores de par Sziklai prontos . Isso se deve ao processo de fabricação dos transistores.

O par Sziklai mostrado se comporta como um transistor NPN . No entanto, você pode modificar o circuito para obter um par Sziklai PNP.

O par Sziklai que se comporta como um transistor NPN e com pequenas modificações, você também pode construir um par Sziklai que se comporta como um transistor PNP. Também neste circuito a tensão base-emissor é idêntica à de um único transistor.

O par composto Sziklai encontra aplicações em muitas áreas da eletrônica. Possivelmente, as áreas mais comuns estão nos estágios de saída de áudio, onde pode ser usado como metade de um amplificador push pull, sendo a outra metade um Darlington. Desta forma, o par Sziklai permite que a saída opere em uma forma de simetria complementar.

O par Sziklai também encontra uso em vários circuitos digitais. Mais uma vez, ele permite que as saídas operem de maneira simétrica complementar e também o fato de exigir apenas uma queda de tensão de um único diodo na entrada, em vez de duas para um Darlington, tornando-o atraente em muitas áreas

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/05/2024

EX 14.4 - Transistor como sensor de nível de água

Os Circuitos Indicadores de Nível de Água desempenham um papel vital na prevenção do desperdício e transbordamento de água nos tanques. Ajudam na gestão eficiente dos recursos hídricos e contribuem para a conservação ambiental.

O circuito indicador de nível de água usando BC547 é uma solução simples e eficaz para monitorar os níveis de água. - O transistor BC547 atua como uma chave para controlar os led's e Buzzer, que funciona como alarme. - O projeto Sensor de nível de líquido com alarme oferece uma abordagem prática para detectar níveis de água e disparar alertas para evitar incidentes de transbordamento.

Funcionamento: Neste circuito, todos os transistores são utilizados como interruptores. Quando a água toca o contato dos fios na base de cada transistor, uma corrente pequena flui através da base e o transistor é ligado. 

Consequentemente, o LED conectado a ele é ativado. Os LEDs serão acionados de acordo com o nível de água presente. Por fim, utilizamos um último transistor conectado a uma campainha "buzzer ativo", que soará quando a água tocar na base do último transistor. 

Caso necessário, você pode estar adicionando um relé em vez da campainha para controlar automaticamente uma bomba de água por exemplo, desligando quando nível de água no tanque for completado e ligando logo que a água abaixo mais que o sensor.

É importante ressaltar que este circuito indicador de nível de água pode ser uma opção bastante econômica e eficiente para monitorar o nível de água em diversas situações, tais como reservatórios de água potável, sistemas de irrigação de jardins, tanques de piscinas e muitos outros. 

No entanto, é sempre recomendado que sejam tomadas as devidas precauções de segurança ao montar e utilizar este circuito.

O diagrama utilizado em aula estará disponível em: 24_11_02 Controle de Nível SRG.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/02/2014.

EX 14.3 - Transistor como chave em driver de relé

Muitas vezes é necessário ligar uma carga maior como uma lâmpada ou um motor a um circuito de baixa potência, por isso, dependendo da aplicação podemos empregar o uso de um rele para “chavear” esta carga com a alimentação correta que além de isolar estágios.

Para calcular um resistor para acionar um transistor (driver) e então através dele acionar um rele o qual alimentará uma carga muito maior. Primeiramente precisamos definir o que iremos ligar, feito isto definimos qual será a corrente de coletor (Ic), ou seja, a corrente da carga: No exemplo temos um rele 12Vdc. Em média o consumo de corrente de um componente deste fica em torno de 20mA.

Com este dado podemos calcular a corrente de base (Ib), que é a corrente que o transistor precisa para conduzir e então acionar a carga desejada (o rele). A fórmula é: Ib=Ic/hfe

Este novo dado apresentado (hfe) é um dado de datasheet, porém o mesmo pode ser adquirido efetuando a medida em multímetros digitais, esta medida é o ganho do transistor.

Sabendo-se o consumo da carga, procuramos por um transistor que suporte a corrente exigida, com isso encontramos o código do respectivo componente, em nosso caso um BC548 é mais do que suficiente. Observando os dados do fabricante podemos concluir que: O transistor suporta uma tensão de no máximo 30V, e uma corrente de coletor de no máximo 500mA. É visível que ele servirá em nossa aplicação e poderá “trabalhar” com folga.

Calculamos agora a corrente de base. Voltando a fórmula anterior, preenchemos os valores e em hfe inserimos o mínimo valor (menor ganho) que ele pode oferecer (ou seja, na pior das hipóteses). Portanto:

Fig.1 - Projeto de driver relé

Ib=20mA/110 temos Ib=181µA

Notamos então que são necessários apenas 181µA para fazer o transistor saturar (conduzir 12V/20mA), como a tensão de base e emissor fica em média em torno de 0,7V podemos calcular o resistor, para isso a tensão que deve ficar em cima do resistor é tudo além do necessário na base, então: Vrb=Vcc-0,7V=11,3V. Seguindo o princípio da lei de ohm: R=V/I temos: R=11,3V/181µA=62KΩ.

Para garantir a saturação, na prática admitimos uma corrente cerca de duas vezes maior na base, utilizamos portanto um resistor cerca de duas vezes menor.

Por fim, concluímos que comercialmente podemos usar um resistor de 56KΩ. Não faria questão de calcular a potência do resistor afinal a corrente é muito pequena e qualquer resistor padrão de 1/8W(125mW) serviria. De qualquer forma, segue: Pr=Vr*Ib=2mW

A função de D1 é proteger o transistor do pico tensão ocorrido quando desligamos o solenóide do rele, assim evitará que o transistor queime quando o mesmo ocorrer.

Driver com transistor NPN - Este circuito permite a multiplicação por 100 da sensibilidade de um relé em termos de corrente (fig. 2).

Fig.2 - Driver relé com transistor NPN

O que temos é um circuito seguidor de emissor, onde os valores dos resistores empregados dependem das características do relé e do transistor. Este circuito pode operar com relés tanto de 6 como de 12V para correntes de acionamento de até 100 mA. A resistência R2 deve ser 100 vezes a resistência da bobina do relé para um ganho de 50 vezes.

R1 funciona como limitador da corrente de entrada. A resistência da entrada deste circuito ficará multiplicada pelo ganho. Assim, se o relé tem uma resistência de 100 ohms em um acionamento com 6V, com este circuito, ele passará a representar uma resistência de 5 000 ohms.

Podemos usar qualquer transistor de silício de uso geral com o ganho superior a 50 e corrente de coletor máxima de 100 mA ou mais. Tipos recomendados são os BC547 e equivalentes.

Driver com transistor PNP - As características do circuito dado a seguir são as mesmas do anterior, com a diferença que usamos um transistor PNP. Temos então uma mudança de todas as polaridades. (figura 3). Como exemplos de transistores que podem ser usados nesta aplicação temos os seguintes: BC557, BC558, BC559, BC177.

Fig.3 - Driver relé com transistor PNP

Observe a utilização de um diodo de proteção em paralelo como relé. A capacidade de corrente do circuito controlado vai depender das características de contato do relé empregado.

O que ocorre neste caso é que o diodo está polarizado inversamente em relação a tensão que dispara o relé. Assim, quando ocorre a indução de uma alta tensão nos extremos da bobina no momento da interrupção da corrente, o diodo polarizado no sentido direto passa a ter uma baixa resistência absorvendo assim a energia que, de outra forma, poderia afetar o componente de disparo.

O diagrama utilizado em aula estará disponível em: 24_05_02 Driver á relé com transistor SRG.

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_10_11 R11 Transistor em corte e saturação - Driver Relé.

A folha de dados do transistor NPN BC548 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC546 a BC550.

A folha de dados do transistor PNP BC558 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC556 a BC560.

Referência e circuito: Instituto Newton C. Braga. 

© Direitos de autor. 2018: Gomes, Sinésio R. Última atualização: 30/05/2024

Ex 14.2 - Transistor como amplificador de som na configuração coletor comum

Uma solução de maior potência, usando componentes discretos e que foi muito usada em equipamentos comerciais de décadas passadas é a baseada no par complementar BD135/BD136, na configuração coletor comum.

Na etapa final os dois transistores formam um amplificador classe B, montados em "Push-Pull", onde cada transistor opera na região ativa em meda do ciclo do sinal alternado.

Proporcionando excelente qualidade de som ela foi adotada em muitos amplificadores comerciais pela sua facilidade de implementação e fidelidade.

Se o leitor precisa de uma etapa de média potência para uma aplicação e deseja uma solução analógica bastante tradicional, até mesmo didática, a que apresentamos neste circuito.

A alimentação pode ser feita com tensões de 12 a 15 V e a corrente drenada estará em torno de 800 mA.

Os transistores de saída devem ser montados em dissipadores de calor e um par complementar equivalente é o formado pelos transistores TIP28 e TIP29, entretanto que os pinos desses transistores não é a mesma dos BD.

O resistor R5 eventualmente pode necessitar de pequenas alterações para se fixar a corrente de repouso, ganho e melhorar a simetria do sinal. O alto-falante deve ser de 8 Ω com pelo menos 10 cm de diâmetro, para se obter a melhor qualidade de som.

Semicondutores:

Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral

Q2 – BC558 ou equivalente – transistor PNP de uso geral

Q3 – BD135 – transistor NPN de média potência

Q4 – BD136 – transistor PNP de média potência

D1 – BA315 ou 1N4148 – diodo de silício

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 – 680 k Ω

R2 – 820 k Ω

R3 – 10 k Ω

R4 - 180 Ω

R5 – 3,9 k Ω

R6 – 18 Ω

R7, R8 – 0,47 Ω x 1 W

R9 – 470 Ω

Capacitores:

C1 - 100 µF x 16 V – eletrolítico

C2, C3 – 100 nF – cerâmico ou poliéster

C4 – 100 pF – cerâmico

C5 – 1 000 µF x 16 V – eletrolítico

Diversos:

FTE – 8 Ω x 10cm ou maior – alto-falante

Placa de circuito impresso, fonte de alimentação, fios, solda, etc.

Referência e circuito: Instituto Newton C. Braga. 

A folha de dados do transistor NPN BD137 está disponível em: 24_05_03 Transistor NPN BD135 a BD137.

A folha de dados do transistor PNP BD138 está disponível em: 24_05_04 Transistor PNP BD136 a BD138.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2018

Ex 14.1 - Pré-amplificador para microfone de eletreto com transistor BC548 na configuração emissor comum

Nem todos os amplificadores possuem entradas sensíveis para microfones. No caso de microfones de eletreto, como eles precisam ser polarizados, é preciso usar um circuito especial de entrada como o que descrevemos neste artigo.

O circuito apresentado pode ser usado com qualquer amplificador comum, permitindo que microfones de eletreto apresentem excelente rendimento.

Sua alimentação é feita com apenas duas pilhas, e o consumo é muito baixo, garantindo uma boa durabilidade para as mesmas.

A montagem é muito simples, podendo ser feita tanto em ponte de terminais como em placa de circuito impresso. Na montagem, observe a posição do transistor e a polaridade do microfone de eletreto e dos capacitores eletrolíticos.

O microfone de eletreto deve ser ligado ao circuito através de fio blindado se tiver mais de 30 cm de comprimento.

Os resistores são de 1/8 W com qualquer tolerância e os capacitores eletrolíticos para 6 V ou mais.

A alimentação pode ser feita com pilhas AA ou AAA.

Para a saída pode ser tanto usado um jaque como um cabo com plugue, dependendo da forma de utilização.

O transistor pode ser o BC548 ou ainda o tipo de maior ganho e menor ruído BC549.

Se ao usar o circuito notar distorção, altere R2.

Valores entre 10 k ohms e 56 k ohms podem ser experimentados.

Q1 – BC548 ou BC549 – transistor NPN

MIC – Microfone de eletreto de dois terminais

S1 – Interruptor simples

B1 – 3 V – 2 pilhas AA ou AAA

C1 – 1uF – capacitor eletrolítico

C2 – 4,7 uF – capacitor eletrolítico

C3 – 10 uF – capacitor eletrolítico

R1 – 4k7 ohms – resistor – amarelo, violeta, vermelho

R2 – 100 k ohms – resistor – marrom, preto, amarelo

R3 – 33 k ohms – resistor – laranja, laranja, laranja

R4 – 10 k ohms – resistor – marrom, preto, laranja

R5 – 1 k ohms – resistor – marrom, preto, vermelho

Referência e circuito: Instituto Newton C. Braga. 

© Direitos de autor. 2018: Gomes, Sinésio R. Última atualização: 10/11/2018

Aula 14.2 - Projeto de amplificador base comum com transistor BC548

O amplificador base comum caracteriza-se por possuir a base como terminal comum para entrada e saída do sinal.

Diferentemente do amplificador emissor comum, no amplificador base comum, não ocorre a defasagem entre a entrada e saída de sinal.  

A polarização  do transistor é feita de maneira similar ao amplificador emissor comum, não necessitando, portanto, de informação adicional.

Em termos de projeto de circuito eletrônico, os resistores RB1 e RB2 formam um divisor de potencial que define o ponto de polarização para a base. O emissor do transistor estará 0,6 volts abaixo disso, assumindo que um transistor de silício é usado.

O resistor de emissor RE determina a corrente que flui através do resistor de emissor. Como praticamente a mesma corrente fluirá pelo coletor, deve-se tomar cuidado para garantir que o resistor RC seja escolhido de forma que o sinal não cause nenhuma limitação.

Os capacitores Cin e Cout fornecem o acoplamento AC para o circuito e os valores devem ser escolhidos de forma que sua impedância seja baixa nas frequências de operação.

Esta etapa amplificadora, obtida numa publicação da Revista Saber Eletrônica de 1980 tem uma baixa impedância de entrada e uma alta impedância de saída. O transistor pode ser um BC548 e o capacitor de entrada, na realidade pode ter valores entre 100 µF e 10 000 µF, dependendo da impedância da fonte de sinal e da frequência do sinal a ser amplificado. O circuito destina-se a sinais de áudio.

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

 

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021

Aula 14.1 - Projeto de amplificador emissor comum com transistor BC548

Como ponto de partida, vou utilizar a configuração de um amplificador classe A com um transistor bipolar de silício NPN de uso geral como a mostrada na figura 01. 

Lembrando que os procedimentos de cálculo não são os únicos podendo existir variações e até mesmo processos mais precisos que fazem uso dos parâmetros híbridos. Na verdade, este procedimento é denominado "empírico" já que faz uso de algumas aproximações que visam antes simplificar os cálculos evitando o uso de matemática avançada ou de cálculos muito trabalhosos. 

Passo 1 - Determine o Vce, Ic, Ib e o hfe mínimo e máximo do transistor que se pretende usar. O Vce é a tensão máxima entre coletor e emissor. No nosso caso vamos tomar como exemplo um transistor de uso geral como o BC548 onde esta tensão é de 30 V. Para este transistor o ganho mínimo hFE min é 110 e o máximo 800. A corrente máxima de emissor é de 100 mA. 

Passo 2 - Determinar a tensão da fonte de alimentação. Para este circuito será utilizado uma fonte: V1 =  12V / 100 mA.

Passo 3 - Determinar o ponto de trabalho do transistor. Para este projeto vamos determinar a corrente de coletor através da reta de carga, mostrado na figura 02. para isso devemos:

• Marcamos o valor máximo da tensão de coletor emissor  (Vce) no eixo horizontal, no caso 12V;
• Marcamos na sequência a máxima corrente do coletor (Ic) no eixo vertical, no caso 100 mA. 
• Interligamos os pontos e definimos o ponto de trabalho. 

Temos então: Vce = 6 V; Ic = 50 mA, Ib = 200 µA e hfe = 250.

Na operação em classe A o transistor opera no centro da reta de carga, conforme mostra a figura 2, o que significa que a tensão entre o coletor e o emissor do transistor é aproximadamente metade da tensão de alimentação. 

Cálculo das tensões dos resistores: Re, Rc, Rb1 e Rb2

Passo 4 - Fixar a tensão do resistor de emissor em 10% da tensão da fonte de alimentação.

• V Re = 0,1 x Vcc => 0,1 x 12 = 1,2 V.

Passo 5 - Calcular a tensão do resistor de coletor.

• V Rc = Vcc - (Vce + V Re) => 12 - (6 +1,2) => 12, - 7,2 = 4,8 V.

Passo 6 - Calcular a tensão de base do transistor utilizado. 

Para os transistores de silício, a queda de tensão entre base e emissor (Vbe) é de aproximadamente 0,7 volts. Isso significa que vamos fixar a tensão Vb que é igual a tensão V Rb2: 

• V Rb2 = Vbe + V Re => 0,7 + 1,2 = 1,9 V.

Passo 7 - Calcular a tensão do resistor de base Rb1.

• V Rb1 = Vcc -  V Rb2 => 12 - 1,9 => 10,1 V.

Passo 8 - Calcular as correntes dos resistores: Re, Rc, Rb1 e Rb2

Passamos agora ao cálculo da corrente nos resistores de base, isso é feito pelas seguintes fórmulas:

• I Rc = Ic => 0,050 A.
• I Re =  Ic + Ib => 0,050 + 0,0002 = 0,0502 A.
• I Rb1 = 11 x Ib => 11 x 0,0002 = 0,0022 A.
• I Rb2 = 10 x Ib => 10 x 0,0002 = 0,002 A.

Passo 9 - Calcular os resistores: Re, Rc, Rb1 e Rb2

Podemos então determinar as resistências no circuito de polarização de base do transistor usando a seguinte fórmula básica R = V/I.

• Rc = V Rc / Ic => 4,8 / 0,050 = 96 Ω.
• Re = V Re / Ie => 1,2 / 0,0502 = 23,9 Ω.
• Rb1 = V Rb1 / I Rb1 => 10,1 / 0,0022 = 4590,9 Ω.
• Rb2 = V Rb2 / I Rb2 => 1,9 / 0,002 = 950 Ω.

Passo 10 - Calcular a potência do transistor e dos resistores: Re, Rc, Rb1 e Rb2

Podemos então determinar a potência do s resistências no circuito de polarização de base do transistor usando a seguinte fórmula básica R = V/I.

• P Q1 = Vce x Ic => 6 x 0,050 = 0,3 W.
• P Rc = V Rc x Ic => 4,8 x 0,050 = 0,24 W.
• P Re = V Re x Ie => 1,2 x 0,0502 = 0,06 W.
• P Rb1 = V Rb1 x I Rb1 => 10,1 x 0,0022 = 0,02 W.
• P Rb2 = V Rb2 x I Rb2 => 1,9 x 0,002 = 0,004 W.

Passo 11 - Escolher Resistores comerciais: Re, Rc, Rb1 e Rb2

Em função dos valores calculados podemos escolher os valores comerciais dos resistores a serem usados, irei adotar potência nominal 3 vezes maior para que o resistores trabalhem frio.

• Rc = 100Ω / 1W.
• Re = 22Ω / 1/4W.
• Rb1 = 4,7 KΩ / 1/8W.
• Rb2 = 1 KΩ / 1/16W.

Se agora usando os valores dos resistores comerciais usados podemos constatar que as correntes podem apresentar uma variação de até 15% dos valores previamente calculados. Isso entretanto não afetará o funcionamento geral do circuito.

Passo 12 - Calcular os capacitores de acoplamento do amplificador

Os capacitores Ci e Co são usados ​​como capacitores de acoplamento para separar os sinais de áudio (CA) da tensão de polarização em corrente contínua (CC).

Já o capacitor de desacoplamento, Ce, incluído no circuito no terminal do emissor em paralelo ao resistor de emissor torna um curto-circuito para o resistor em sinais de alta frequência devido à sua reatância. Assim, apenas uma resistência interna muito pequena atua como resistor de emissor (re'), aumentando o ganho de tensão ao seu valor máximo. Geralmente, o valor do capacitor de Ce é escolhido para fornecer uma reatância de, no máximo, 1/10 do valor de RE na frequência de sinal operacional, para áudio 300 Hz.

• 𝐶i > 1 / 2𝜋𝑓 ⋅ 0,1 ⋅ (𝑅b1//Rb2) => 1 /  2 . 3,14 . 300 . 0,1 . ( 4700 x 1000 / ( 4700 + 1000 )) =>  1 /  188,5 . 824,6 => 1 / 155.426,2 => 0,000 006 434 F => 6,43 µF.
• 𝐶o > 1 / 2𝜋𝑓 ⋅ 0,1 ⋅ 𝑅c => 1 /  2 . 3,14 . 300 . 0,1 . 100 =>  1 / 18889,6 => 0,000 053 F => 53,05 µF.
• 𝐶i > 1 / 2𝜋𝑓 ⋅ 0,1 ⋅ 𝑅e => 1 /  2 . 3,14 . 300 . 0,1 . 22 =>  1 / 4146,90 => 0,000 241 F => 241,14 µF.

Passo 13 - Escolher capacitores comerciais: Ci, Co, e Ce.

Em função dos valores calculados podemos escolher os valores comerciais dos capacitores na série E12  a serem usados, irei adotar tensão nominal 2 vezes maior que a fonte de alimentação.

• Ci = 6,8µF / 25 V.
• Co = 56µF / 25 V.
• Ce = 270µF / 25 V.

Passo 14 - Calcular as impedâncias de entrada e saída do amplificador

A impedância de entrada corresponde ao paralelo das resistências RB1, RB2 e a resistência interna da base que é definida pela resistência re' multiplicada pela ganho de corrente do transistor.

O resistor 𝑟𝑒' corresponde a uma impedância interna no emissor do transistor, seu valor pode ser obtido dividindo a tensão térmica (VT) da junção, pela corrente do emissor (IE). A tensão térmica é indicada pelos fabricantes na folha de dados sendo seu valor de aproximadamente 25mV.

• 𝑟𝑒' = V𝑇/𝐼𝐸 = 25𝑚𝑉 / 0,0502 => 0,49 Ω.
• 𝑍𝑒𝑛𝑡 = 𝑅1‖𝑅2‖𝛽 ∙ 𝑟𝑒 => 824,56 // 250 x 0,49 => 824,56 //122,50 => 106,65 Ω.
• 𝑍𝑠𝑎í𝑑𝑎 = (𝑅𝐶‖𝑅𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴) => 100 Ω. *Sem carga.

Passo 15 - Calcular o ganho de tensão

O ganho de tensão (Av) indica quantas vezes a tensão de saída é maior que a tensão de entrada e pode ser calculado em função das resistências do circuito.

• 𝐴𝑉=−𝑅𝐶‖r𝑒′ => -100/0,49 = - 204

O sinal negativo indica que este é um amplificador inversor e os sinais de entrada e saída possuem uma defasagem de 180° entre si.

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

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

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 27/02/2021