Transistores TBJ como amplificadores

 Essa configuração de circuito precisa trabalhar na região linear do transistor, o objetivo é a partir de um sinal AC de entrada e obter, um sinal AC com as mesmas características da entrada, porém com maior amplitude.

 Esse sinal AC pode ser proveniente de inúmeras fontes, pode ser o sinal de um sensor, um sinal de áudio, ou um sinal de comunicação entre dispositivos. Mas esse sinal, para ser utilizado, muitas vezes deverá ter uma amplitude maior do que a fonte dele é capaz de oferecer, por isso circuitos amplificadores são usados para essa utilidade, sem distorções do sinal original. Amplificadores são polarizados, ou ajustados em sua tensão de trabalho por um circuito de tensão contínua, para trabalhar com um sinal de interesse alternado. Vamos ver algumas configurações de amplificador, e comparar suas características:  

Amplificador classe A

Essa configuração também pode ser chamada de: configuração com divisor de tensão na base, porque o circuito de polarização CC, coloca o transistor no limiar do seu funcionamento, para que qualquer sinal alternado já possa estimular uma saída, a montagem fica da seguinte maneira:

 

 Circuitos com essa montagem possuem algumas características

• Baixo rendimento <30%, isso porque para fazer a polarização CC corretamente utiliza-se muita energia, comparando com a saída obtida;
• O sinal de saida possui pouca distorção;
• O sinal de saída acompanha toda a onda de entrada

Para calcular os parâmetros do circuito de polarização consideramos que Vce será metade da alimentação, para obtermos uma onda completa na saida, e calculamos:

 

A corrente de base é muito baixa, por isso podemos considerar que a corrente em RB1 e RB2 são iguais, por isso utilizamos a fórmula do divisor de tensão para obter VRB2. E usamos esse VRB2 conhecido para estipular a tensão de RE.

Essas contas são a polarização do circuito contínuo, o sinal alternado é adicionado depois e funcionára pela sobreposição dos efeitos.

 

Amplificador classe B 

Essa montagem é bastante diferente, ela exige dois transistores e uma alimentação simétrica, da seguinte maneira:

 

As características dessa classe são:

• alto rendimento ≅80%
•  alta distorção
• efeito de "cross over" na saída, isso porque não encontraremos dois transistores com o beta exatamente igual, por isso haverá um degrau entre cada semiciclo da onda de saida, porque cada transistor irá amplificar o semiciclo positivo, ou o negativo.

Amplificador classe AB

Esse é uma mistura das classes A e B, pois usa um transistor para cada semiciclo da onda, e uma polarização para prepara-los para receber o sinal alternado, existem duas maneiras para se montar esses circuitos, a primeira usando apenas resistores para polarização, da seguinte maneira:

 

 

E a outra usando diodos para ajudar a polarização:

 

 

Ambas essas montagens possuem as seguintes características: 

• Distorção média, por causa da eliminação do cross-over pela polarização;
• rendimento do circuito entre 50% e 70% 

Amplificador classe C

Esse tipo de amplificador é uma idéia completamente diferente dos outros, outros amplificadores tem o intuito de trabalhar todo o sinal analógico que recebem, mas no caso de amplificadores classe C eles escolhem os sinais que irão trabalhar, da seguinte maneira:

 

A associação de capacitor e indutor possui uma frequência de ressonância dada pela fórmula:

 

Assim um sinal que esteja próximo da ressonância do filtro será amplificado, e um que não esteja, será atenuado, esse tipo de circuito era utilizado em rádios analógicos, com o filtro com um capacitor ou indutor variáveis, para selecionar a frequência de ressonância, e assim sintonizar as estações transmitidas, as características desse circuito são:

• Alta distorção, pois ele amplifica somente parte do sinal de entrada;
• alto rendimento, acima de 90%, porque ele não ira gastar enegia para amplificar um sinal que não é o desejado.

 Note que os transistores usados aqui são apenas exemplos, no lugar deles poderiam ter sido usados quaisquer transistores NPN e PNP compatíveis, e nos casos com dois transistores, com betas semelhantes.

Regra da cadeia para funções de várias variáveis

 Essa ferramenta pode encontrar a taxa de variação de uma função, em relação à uma variável que ele não é diretamente dependente: por exemplo veja a função abaixo:

Essa função depende de duas variáveis x e y que não são independentes, mas sim funções de outra variável.

Nesse caso como representaríamos a taxa de variação de W em relação a t? Se pensássemos com as regras de derivação simples, diriamos que é 0, pois W não possui t em sua equação, mas com a regra da cadeia para várias variáveis podemos escrever isso de maneira: a derivada parcia de W em relação à uma de suas variáveis multiplicado pela derivada dessa variável, mais a derivada parcial de W em relação à outra variável multipilcada pela derivada dela::  

Mas ao invés de decorar uma fórmula para cada quantidade de variáveis, podemos representar como uma árvore:

nessa árvore representamos em cima a função. no meio as suas variáveis, que serão derivadas em relação à variável independente, todas as ligações da função W com a variável independente na base irão aparecer no somatório.

Fonte:

Aulas de CALC2 no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo, no  período de 02/2020 até 10/2020

Transistores TBJ como chaves

 Nesse primeiro uso dos transistores, operamos ele nas regiões de corte e saturação, da sua curva, com o objetivo do transistor conduzir ou não eletricidade, dependendo de uma condição.

O uso de transistores como chave é muito útil para utilizarmos como interface, entre um circuito eletrônico de baixa tensão, seja para processamento de uma informação, ou para a segurança do usuário, e o circuito eletrônico de potência, que pode ser para ativar um motor ou uma saída qualquer. Mas lembre-se de que há dois tipos de transistores bipolares, os NPN´s e os PNP´s, e por causa dos diferentes fluxos de corrente neles, as montagens como chave também serão diferentes:

Chave com NPN

Nesse circuito bem simples fazemos a ativação do transistor por meio de um interruptor, mas isso não será assim em outras aplicações.

Com a chave aberta não há corrente que entra pela base do transistor, então pela relação entre corrente de base e de coletor, a corrente que circula na malha principal do transistor, também será 0. Pela primeira lei de kirchhoff Isso faz com que não exista queda de tensão na carga, então pela lei das malhas, toda a tensão esta entre os terminais, coletor e emissor, do transistor, essa tensão chamamos de tensão coletor emissor. simbolizada por:

Mas quando a chave é fechada, isso muda de figura, com o circuito de base conectado à alimentação, a corrente de base será dada por:

Aqui Vbe é uma queda de tensão do transistor, entre base e emissor, ela depende do material do qual o componente é feito, para transistores de silício que são os mais comuns consideramos Vbe=0,7V.

Agora com a existência de uma corrente de base, irá aparecer uma corrente de coletor pela malha principal, essa corrente relacionada com a carga, irá gerar uma queda de tensão nela, então a tensão coletor-emissor não será mais a tensão de alimentação.

Chave com PNP

O circuito com o transistor PNP é semelhante, mas devido às diferenças dos fluxos de correntes, a base estará conectada à GND ao invés de VCC.

Para esse circuito, todos os cálculos e considerações que fizemos no caso dos transistores NPN são válidos, mas nem sempre será interessante usar o transistor PNP pois ele faz a corrente da alimentação passar para o circuito de base, dependendo do equipamento que estamos utilizando para ativa-lo, isso pode fazer com que o equipamento queime.