circuitos chaveamento com transistor

5/14/2018 Circuitos Chaveamento Com Transistor

1/5

Substituindo:R2 :s lo(80)(O,2 k!1)

= 1,6kG

e

(1,6 k!1)(20 V)V = 2 7 V = --'----'------'-B, R, + 1,6 kil

2,7R1 + 4,32 kil = 32 kfl2,7R1 = 27,68 kfl

R, = 10,25 kG (use 10 kil)

4.9 CIRCUITOS DE CHAVEAMENTOCOM TRANSISTORA aplicacao do transistor nao esta limitada somente a amplifica-~ao de sinais. Atraves de urn projeto apropriado, 0transistor pode

Vee =5 V

Vi5V

OV

P ola riza ca o DC - T E] 125

ser utilizado como chave em computadores e aplicacoes de con-trole. 0 circuito da Fig. 4.52a pode ser empregado como urn in-versor em circuito de logica computacional. Observe que a ten-sao de safda Ve e oposta aquela aplicada na base ou terminal deentrada. Alem disso, note que nao ha uma fonte de conectada aocircuito de entrada. A iinica fonte de e conectada ao coletor, oucircuito de saida, para aplicacoes em computadores, e tipicamenteigual a amplitude da porcao "alta" do sinal aplicado - neste caso5 V.

Urn projeto apropriado para que 0 transistor atue como urninversor exige que 0 ponto de operacao chaveie do corte parasaturacao, ao longo da reta de carga mostrada na Fig. 4.52b. Parao nosso caso, assumiremos que I e = I e E o = rnA, quando I E = /LA(uma excelente aproximacao, se considerarmos que tecni-cas cada vez melhores de fabricacao de transistores estao sendoutilizadas), como mostrado na Fig. 4.52b. Alem disso, assurni-remos que V C E = V C E s a , = V, ao inves do valor normalmenteadotado de 0,1 V a 0,3 V.Quando V i = 5 V, 0 transistor estara "ligado", e 0projeto deveassegurar que 0 transistor esta saturado para urn valor de I E mai-or do que 0 associado a curva de 1 8 situada proxima ao nivel de

Ve5V

OV

(a)

Ie (mA)

6 0 J .L A

5 0 j.lA

4 O J . L A

3 0 J .L A

2 0 J .L A

1 O J . L A

2 3 VeElCEOsOmA Vee = 5 VVeEs.ts O V

(b)

Fig. 4.52 Transistor invasor.


2/5

126 Dispositivos Eletronicos e Teoria de Circuitos

saturacao. a Fig. 4.52b, isto significa que I B deve ser maior doque 50 /LA. 0 nfvel de saturacao para a corrente de coletor, parao circuito da Fig. 4.52a, e definido por(4.45)

o valor de IB, na regiao ativa, urn pouco antes da saturacao,pode ser aproximado pela seguinte equacao:I = Ie,,,Bmax - f 3 d c

Para 0 nivel de saturacao, portanto, devemos assegurar que aseguinte condicao e satisfeita:

(4.46)Para 0 circuito da Fig. 4.52b, quando Vi=5 V, 0 valor resul-tante de I B e 0 seguinte:

5 V - 0,7 V 6-----= 311A68 kO r: .5V---~61mA0,82 kO '

VeeI =-C", ReVerificando a Eq. (4.46), resulta

Ie 6.1 rnA18 = 63 IIA > ~ = . 48 8 Ar: 125 = , /L .f 3 d cque e satisfeita. Certamente, qualquer valor de IB maior do que60 /LAinterceptara a reta de carga em urn ponto Q bern proximoao eixo vertical.

Para V i = 0 V, IB = 0 /LA, eja que estamos assumindo que Ic= I CEO = rrtA, a queda de tensao atraves de Rc e determinadapor VRC = leRe = 0 V, resultando em Vc = +5V para a respostaindicada na Fig. 4.52a.o transistor tambem pode ser empregado como uma chave emurn circuito digital, utilizando as mesmas extremidades da retade carga. Na saturacao, a corrente Ic e muito alta e a tensao VeEmuito baixa. 0 resultado e urn valor de resistencia entre os doisterrninais determinado por

R = VeE,,,sat ICsut

e mostrado na Fig. 4.53.Utilizando urn valor medio tfpico de VCEsat' como por exem-plo 0,15 V, resulta

VeE 0,15 V nR---'"' - =246usat - I - 6.1 rnA 'C$~t

c

E

Fig. 4.53 Condicoes de saturacao c rcsistcncia rcsultantc entre os terminals .

ICEO L R=oonV e e ~ ~r

Fig. 4.54 Condicoes de corte e resistencia resultante entre os terminais .

que, relativamente, e urn baixo valor, e ~ 00 quando colocadoem serie com resistores na faixa de kiloohm.Para Vi= 0 V, como mostrado na Fig. 4.54, as condicoes decorte resultarao em urn valor de resistencia ca1culado abaixo:

Vee 5 VRcore = -- =--- = 00 0lceo 0 mAque perrnite considerar 0 transistor como um circuito-aberto equi-valente. Para urn valor tfpico de ICEO = 10 /LA,0 valor da resis-tencia equivalente no corte e

Vee 5 VRcore = -- = --- = 500 kOlceo 10 /LAque certamente, em muitas situacoes, se comporta como um cir-cuito aberto.

EXEMPLO 4.24Determine R8 e Rc para 0 transistor inversor da Fig. 4.55, se lesat= 10 rnA.

V I

lO Y

1_Q _Y OY

lIec= 10 Y

hFF = 250

lielOY lOY

OY

Fig. 4.55 Inversor para 0 Exemplo 4.24.


3/5

SolucaoNa saturacao:

I - Veee,,, - Re

e10 V10 rnA =--Re

Re = 10 V = 1 kfl10 rnAportanto,Na saturacao:

18 = _ Ie", __ 10 rnA---= 40 JL Ae : 250Fazendo I B = 60 JL A para garantir a saturacao, e usando

Vi - 0,7 VIB = _ _ : _ -- - -R B

R B = Vi - 0,7 V = 10 V - 0,7 V = 155 kflI B 60 JL AobtemosEscolhendo RB = 150 kfl, que e urn valor-padrao, temos

Vi - 0,7 VIB = -----R B

10 V - 0,7 V 6-----= 2JLA150 kflIB = 62 JL A : > Ie,,, = 40 JL A

f 3 d cPortanto, use RB = 150 kn e Rc = 1 kn.e

Ha transistores mencionados como transistores de chavea-mento, devido a velocidade com que conseguem chavear de urnnfvel para outro. Na Fig. 3.23c, os perfodos de tempo definidoscomo t, td, t,e tf sao apresentados versus a corrente de coletor,Seus efeitos na velocidade de resposta do sinal de safda no cole-tor sao definidos na Fig. 4.56. 0 tempo total para que 0 transis-

Transistorligado Transistordesligado Fig, 4.56 Definindo os interva-los de tempo de urn pulso.

100%90%

I I II I 1--+1 Is I""_ II I II ~ 'r 1....--I 11 I1 -I toff -I

Polarizacao DC - TBJ 127

tor chaveie do estado "desligado" para 0 estado "ligado" e de-signado como ton e definido por(4.47)

com 0 retardo de tempo td sendo 0 intervalo entre 0 instante damudanca de estado e 0 inicio da resposta na saida, 0 elementode tempo t,e 0 intervalo no qual a resposta se situa entre 10% e90% do seu valor final.o tempo total exigido para que urn transistor chaveie do esta-do "ligado" para 0 estado "desligado" e mencionado como Toff, edefinido por

(4.48)onde t,e 0 tempo de armazenamento e t( 0 tempo de queda de90% para 10% do valor inicial.Para 0 transistor sem aplicacao especifica da Eq. 3.23c, em Z.=10 rnA, achamos

e

ts = 120 nstd = 25 nst, = 13 nstf = 12 ns

ton = t;+ td = 13 ns + 25 ns = 38 nstoff = t,+ tf= 120 ns + 12 ns = 132 ns

tal queeA comparacao dos valores acima com os parametres do transis-tor de chaveamento BSV52L mostrados abaixo revela uma dasrazoes para a escolha deste tipo de transistor.

ton= 12 ns e toff= 18 ns4.10 TECNICAS DE SOLuc:Ao DEPROBLEMAS EM CIRCUITOSA arte de contornar problemas e urn t6pico bern abrangente, deforma que todas as alternativas e tecnicas existentes nao podemser abordadas completamente nas poucas secoes de urn 1ivro.Entretanto, 0 tecnico deve conhecer alguns "macetes" e medi-das basicas que consigam iso1ar a area do problema, e possibili-tar a identificacao de uma solucao.Obviamente, 0 primeiro passo para a identificacao do proble-ma e entender bern 0 comportamento do circuito, e ter algumaideia dos niveis de tensao e corrente existentes. Para 0 transistorna regiao ativa, 0 nivel de mais importante a ser medido e a ten-sao base-emissor.

Para um transistor ligado, a tensiio VBE deve ser aproxi-madamente 0,7 V.As conexoes apropriadas para a medicao de VBE aparecem naFig. 4.57. Observe que a ponta de teste vermelha (positiva) do

medidor esta conectada no terminal de base para urn transistornpn, e a ponta de teste preta (negativa) no terminal de emissor.Devemos suspeitar de qualquer leitura tota1mente divers a doesperado, como 0 V, 4 V, ou 12 V, ou ate mesmo valor negativo,devendo-se verificar as conexoes do dispositivo ou circuito. Paraurn transistor pnp, podem ser utilizadas as mesmas conexoes, masas leituras serao negativas.


4/5

128 Dispositivos Eletronicos e Teoria de Circuit os

= = 0,7V Si= = 0/3 V Ge

Fig. 4.57 Yerificando 0 nfvel de VB'

Urn nfvel de tensao de igual importancia e a tensao coletor-emissor. Lembre das caracterfsticas gerais de urn TBJ, que valo-res de Vel:em tome de 0,3 V sugerem urn dispositivo saturado- condicao que nao deveria existir, a menos que 0 transistoresteja sendo utilizado no modo de chaveamento. Entretanto:

Para 0 tr an sis to r tip ic o n a r eg iiio a tiv a, VCE Ii normalmente25% a 75% de Vee-Para Vee =20 V, uma leitura de 1 a 2 V ou 18 a 20 V para

VCE o como medido na Fig. 4.58, e certamente urn resultado estra-nho, e, a menos que tenha sido projetado para estes niveis, 0 pro-jeto e operacao devem ser investigados. Se VCE =20 V (com Vee= 20 V), ha, no mmimo, duas possibilidades - ou 0 dispositivo(TBJ) esta danificado e comporta-se com urn circuito-aberto entreos terminais de coletor e emissor, ou uma conexao na malhacoletor-emissor ou base-ernissor esta aberta, como mostra a Fig.4.59, estabelecendo Z, =OmAe VRe = OV. NaFig. 4.59, a pon-ta de teste preta do voltfrnetro e conectada ao terra comum dafonte, e a ponta vermelha ao terminal inferior do resistor. A au-sencia de uma corrente de coletor, e a queda resultante atraves

0,3 V = Saturacaoo V = Estado de curto-circuitoou falha de conexao

Norrnalrnente alguns voltsou um poueo mais

Fig, 4.5S Vcrif ic .uulo o nivel de V,/.

Ve e =20V

Fig. 4.59 Efeito de uma conexao imperfeita ou disposit ivo defei tuoso.

de R e o resulta em uma leitura de 20 V. Se 0medidor e conectadoao terminal de coletor do TBJ, a leitura sera 0 V, ja que Vee naoesta em contato com 0 dispositivo devido ao circuito-aberto. Urndos erros mais comuns de ocorrerem em praticas de laboratoriese 0 uso de valores errados de resistencia para urn determinadoprojeto. Imagine 0 efeito da utilizacao de urn resistor de 680 npara RE, ao inves do valor de projeto de 680 kn. Para Vee = 20V e uma configuracao com polarizacao fixa, a corrente de baseresultante seria

I B = 20 V - 0,7 V = 28.4 rnA680 nao inves do valor desejado de 28,4 /LA- uma diferenca signifi-cativa!

Uma corrente de base de 28,4 rnA certamente situaria 0projeto .na regiao de saturacao, e talvez danificasse 0 dispositivo. Ja que,em geral, os valores reais dos resistores sao diferentes dos valo-res nominais indicados pelo codigo de cores (lembre dos nfveisde tolerancia para os elementos resistivos), recomenda-se mediro resistor antes de inseri-lo no circuito. Com isto, consegue-seobter niveis de tensoes e corrente na pratica proximos aos valo-res teoricos, e alguma garantia de que 0 valor de resistencia cor-reto esta sendo empregado.

Ha vezes em que nos frustramos. Voce verificou 0 dispositi-vo em urn tracador de curvas ou em outro medidor para transis-tor, e tudo the pareceu correto. Todos os valores das resistenciasforam conferidos, as conexoes estao solidas, e a tensao de fonteapropriada foi aplicada - 0 que mais? Agora 0 tecnico que bus-ca uma solucao deve esforcar-se para atingir urn nfvel mais ele-vado de sofisticacao, Poderia ser uma solda imperfeita entre aplaca de circuito impresso e 0 dispositivo? 0quanto realmenteprejudica 0 funcionamento de urn circuito, uma conexao malfei-ta entre a placa e 0 dispositivo? Talvez a fonte tenha sido ligadacom urn valor de tensao apropriado, mas 0botao de ajuste do nivelde corrente foi deixado na posicao zero, privando 0 circuito deurn nfvel de corrente adequado. Obviamente, quanta mais sofis-ticado 0 sistema, maior a faixa de possibilidades. Em todo caso,urn dos metodos mais eficientes de verificacao da operacao docircuito e checar os varies niveis de tensao relative ao terra. Paraisso, coloca-se a ponta preta (negativa) do voltfrnetro no terra e"troca-se" a ponta vermelha (positiva) no terminal considerado.Na Fig. 4.60, se a ponta vermelha for conectada diretamente aVeo deve-se obter a leitura de Vee volts.ja que 0 circuito tern urnterra comum a fonte e aos dispositivos empregados no circuito.

Ve e'0' -,

-,\\\\\\\\\ . . . . .

'--1'/./

Fig. 4.60 Verif icando os niveis de tensao em relacao ao terra .


5/5

Em Vo a leitura deve fomecer urn valor menor, ja que ha umaqueda de tensao atraves de Rc e VE deve ser menor do que Vedevido a tensao coletor-emissor VeE' Algum valor nao esperadopara urn destes pontos pode ser aceitavel, mas, em certas ocasi-oes, pode representar conexao falha ou dispositivo defeituoso.Se VRe e VRE apresentarem valores aceitaveis, mas Ve E for de 0V, e provavel que 0 TBJ esteja com defeito, resultando em urncurto-circuito entre os terminais de coletor e emissor. Comoobservado anteriormente, se VCH registra urn valor de mais oumenos 0,3 V, definido por VC E = Ve ~ VE (a diferenca entre osdois niveis medidos acima), 0 circuito pode estar saturado comurn dispositivo que pode ser ou nao defeituoso.

De qualquer mane ira, deve ficar claro da discus sao acima queo MMD ou MOV funcionando como voltfmetro e muito impor-tante no processo de verificacao de problemas. Via de regra, osnfveis de corrente sao calculados a partir de nfveis de tensao, naonecessitando da insercao no circuito de urn multfrnetro com afuncao de miliamperimetro. Para esquemas de circuitos exten-sos, em geral sao fornecidos niveis de ten sao especfficos, facili-tando a identificacao e verificacao de possiveis pontos proble-maticos. Naturalmente, para os circuitos abordados neste capi-tulo, deve-se apenas conhecer os niveis tfpicos dentro do siste-ma, determinados pelos potenciais apJicados e operacao do cir-cuito.Concluindo, 0 processo de correcao de defeitos revela-se urnteste verdadeiro sobre os seus conhecimentos acerca do compor-tamento correto de urn circuito, e tambem mostra sua habilidadede isolar regioes problematicas com 0 auxflio de poucas medi-das e medidores apropriados.

EXEMPLO 4.25Baseado nas leituras fornecidas na Fig. 4.61, determine se 0 cir-cuito esta operando adequadamente, e, se nao estiver, aponte acausa.

20V

+19,85V 250kn

Fig. 4.61 Circuito do E X C 1 1 1 p i o -us.

SolucaoOs 20 V no coletorrevelamimediatamente que Ic = rnA, devi-do a urn circuito aberto ou nao-operacao do transistor. 0 valorde VR =19,85 V revelaque 0 transistor esta desligado, uma vezque a diferenca Vec ~ VR" = 0,15 V e menor do que a exigida

Polarizacao DC - TBJ 129

para "ligar" 0 transistor e fornecer alguma tensao para VE Naverdade, se assumirmos uma condicao de curto-circuito da basepara 0 emissor, obtemos a seguinte corrente atraves de RHVee 20 VIR8 = = = 79 4 f . L ARB + RE 252 kil '

que esta de acordo com 0 resultado obtido de19,85 V250 kil = 79,4 f . L A

Se 0 circuito estivesse operando apropriadamente, a corrente debase seriaI ~ Vee ~ VBEB ~ R B + ( f3 + 1) R E

20 V ~ 0,7 V250 kil + (01)(2 kil)

19,3 V452 kil =2,7 /LAo resultado, portanto, e um transistor defeituoso com urn curto-circuito entre a base e 0 emissor.

EXEMPLO 4.26Baseado nas leituras fornecidas na Fig. 4.62, determine se 0 tran-sistor esta "ligado" e se 0 circuito esta operando corretamente.

20V

Fig. 4.62 Circuito do Exemplo 4.26.

SolucaoBaseado nos valores de R) e R2 e no valor de Veo a tensao VB =4 V parece ser apropriada (e, na verdade, e). Os 3,3 V no emis-sor indicam que ha uma queda de 0,7 V atraves da juncao base-emissor do transistor, sugerindo urn transistor "ligado". Entre-tanto, os 20 V no coletor revelam que Ie =0 rnA, e nao podemosafirmar que a conexao da fonte ao circuito seja falha, ja que umatensao de 20 V aparece no coletor do dispositivo. Existem duaspossibilidades - pode haver uma conexao imperfeita entre Re eo terminal de coletor do transistor, ou 0 transistor tern umajun-

circuitos chaveamento com transistor

Documents