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Curso de Eletrônica Analógica – Parte 4 - Circuitos com transistores (CUR2004)

4.1 - O Transistor como chave

A aplicação mais simples e imediata do transistor é como uma chave, simplesmente ligando ou desligando uma carga que seja colocada em seu coletor.

Na verdade, se bem que seja a mais simples, é a mais importante para os circuitos de controle, como sistemas de automação, microcontroladores, microprocessadores e circuitos digitais, que têm praticamente todo o seu modo de funcionamento baseado em transistores operando como chaves.

Nesta modalidade de operação, o transistor não atua na região linear de sua característica, ou seja, naquela região em que temos variações proporcionais da corrente de coletor em função da corrente de base. Nesta modalidade o transistor opera no corte e na saturação, termos que ficarão mais claros com as explicações a seguir.

Damos então um circuito básico na figura abaixo, em que temos no coletor do transistor uma carga que pode ser uma lâmpada, um relé, um LED, ou qualquer outro dispositivo que necessite de uma alimentação fixa para funcionar.

 

O transistor no corte e na saturação
O transistor no corte e na saturação

 

 

Quando não flui corrente alguma pela base do transistor, ou seja, quando o interruptor S1 está aberto, não temos também corrente alguma no coletor do transistor, ou seja, ele está no CORTE, funcionando como um interruptor aberto.

Para acionar o transistor, de modo que ele se comporte como uma chave, deveremos atuar sobre sua base de modo que, de imediato tenhamos a corrente de coletor máxima, ou seja, aquela que a carga exige para o seu funcionamento. Em outras palavras, o transistor deve passar rapidamente do CORTE para a SATURAÇÃO.

Deveremos então aplicar na sua base uma tensão que cause a circulação de uma corrente com a intensidade mínima que leve a saturação. Isso é feito fechando-se a chave S1, conforme o leitor poder ver na figura abaixo.

 

Circuito de acionamento do transistor como chave
Circuito de acionamento do transistor como chave

 

 

Nestas condições, a corrente de base provoca uma forte corrente de coletor ligando então a carga. O transistor se comporta como uma chave fechada.

Veja que neste modo de operação, o transistor opera apenas com duas modalidades de sinal na sua entrada: tensão nula ou ausência de tensão, quando deve permanecer no corte, e tensão suficiente para a saturação (o valor mínimo é determinado pelas características do circuito).

Esta modalidade de operação aparece muito nos circuitos denominados lógicos digitais, como os dos computadores, microprocessadores, instrumentos digitais, automatismos digitais, etc. onde temos apenas dois tipos de sinais: o chamado nível baixo ou 0 ou ainda LO, em que a tensão é nula, e o chamado nível alto, 1 ou ainda HI, em que temos uma tensão positiva fixa de determinado valor (normalmente entre 5 e 18 V, dependendo da “família” de componentes usados), conforme poderá ser visto na próxima figura.

 

As portas são exemplos de circuitos lógicos digitais
As portas são exemplos de circuitos lógicos digitais

 

 

Chaves Eletrônicas na Prática

As duas condições dos transistores, SATURAÇÃO e CORTE, podem ser associadas a um bit. Assim, o estado de um transistor, conduzindo ou não pode ser associado ao bit 0 ou 1. As mudanças de estado dos milhões de transistores de um equipamento digital determinam o processamento dos dados, ou seja, o que o circuito faz com as informações na forma de bits.

Assim, em cada instante, quando um desses equipamentos trabalha, seus milhões de transistores funcionam como chaves que abrem e fecham, mudando os bits conforme os cálculos que devem ser realizados, os comandos digitados ou ainda as imagens que devem ser apresentadas na tela num display ou num monitor de vídeo.

Nos circuitos que operam segundo este princípio, e em muitos outros equipamentos, a saída que obtemos pode ser insuficiente para acionar dispositivos que exijam correntes mais intensas.

É comum então, ligarmos na saída destes circuitos um transistor como chave, para poder controlar um dispositivo externo de maior capacidade de corrente como, por exemplo: relé, lâmpada, motor, etc. Na figura abaixo poderemos ver um exemplo desta aplicação.

 

 

Controlando cargas com um transistor, a partir de circuitos lógicos digitais
Controlando cargas com um transistor, a partir de circuitos lógicos digitais

 

 

Quando a saída do “circuito lógico de controle” está no nível baixo, ou seja, apresenta 0 V, não há corrente na base do transistor. Dizemos que ele se encontra no corte. Consequentemente, não há corrente de coletor e o dispositivo de saída controlado está desligado. Se for uma lâmpada ou um LED, estará apagado, e se for um relé, estará com a bobina desenergizada.

Quando a saída tiver uma tensão positiva, então teremos uma corrente circulando pela base do transistor. Normalmente o resistor em série é calculado para possibilitar a saturação do transistor, de modo que a corrente de coletor será máxima, energizando o dispositivo alimentado. Se for uma lâmpada, ela acende, e se for um relé, terá a bobina percorrida pela corrente de acionamento.

Veja que podemos fazer as coisas operarem “ao contrário” se o transistor usado for do tipo PNP, conforme o leitor poderá ver ao clicar na próxima figura.

 

Controle com um transistor PNP
Controle com um transistor PNP

 

 

As correntes num transistor PNP circulam em sentido oposto ao das correntes num transistor NPN. Desta forma, conforme o circuito que o leitor poderá ver na figura abaixo, o transistor estará no corte quando a tensão de base for igual a do emissor, ou seja, aproximadamente o valor positivo da tensão de alimentação (representamos por +V), ou sem corrente alguma.

 

Corte e saturação num transistor PNP
Corte e saturação num transistor PNP

 

 

Para levar o transistor à saturação, ou seja, com a corrente máxima de coletor, temos de levar a base ao 0 V. Se ligarmos, então, um transistor PNP na saída de um circuito lógico de controle, o acionamento será de modo contrário ao que obtemos com um transistor NPN, conforme o leitor verá na figura a seguir.

 

Controle lógico com transistor PNP
Controle lógico com transistor PNP

 

 

Teremos a carga sem alimentação, ou seja, o transistor no corte, quando o nível de tensão da saída aplicada na base do transistor for alto, ou correspondendo à tensão positiva de alimentação. Por outro lado, o transistor irá à saturação, quando a saída do circuito de controle for a zero V, ou seja, ao nível baixo. A utilização de um tipo de circuito ou de um outro dependerá da aplicação que se tem em mente ao realizar o projeto.

 

 

4.2 – Polarização do transistor como amplificador

Se um transistor vai ser usado como amplificador de sinais, então a sua operação deve ser tal que tenhamos variações da corrente de coletor (ou emissor) que correspondam às variações da tensão (e, portanto, da corrente) aplicada à base.

Para isso, o transistor não trabalhará na região de saturação, mas sim na região linear da sua curva característica, conforme o leitor poderá ver na próxima figura.

 

Regiões, linear e saturação, da característica de um transistor
Regiões, linear e saturação, da característica de um transistor

 

 

Isso significa que devemos fixar previamente a corrente em sua base de modo que a corrente de coletor fique em algum ponto intermediário entre o corte e a saturação. Para fazer isso, conforme já vimos temos diversas possibilidades, pois tanto podemos amplificar os ciclos completos de um sinal como só metade.

O importante é que, para termos um transistor como amplificador, será preciso polarizar sua base de modo conveniente, utilizando-se um ou mais resistores de valores calculados conforme a modalidade de operação, ou seja, o tipo de sinal a ser amplificado.

 

Famílias de curvas

Para calcular de modo preciso o ponto de funcionamento de um transistor, fixando corretamente as suas correntes de polarização, são usados procedimentos mais complexos, que fogem neste momento à finalidade deste curso, que é mais de conceitos. O estudo mais aprofundado destes procedimentos poderá ser encontrado nos volumes mais avançados desta série.

Para que o leitor tenha uma idéia de como isso deve ser feito, será interessante dar uma noção do que são as famílias de curvas dos transistores, que encontramos em todos os datasheets destes componentes.

As curvas características de transistores mostram como estes componentes se comportam quando temos uma polarização fixa de sua base e a tensão de coletor varia. A corrente de coletor vai variar em função do seu ganho gerando uma família de curvas como a mostrada na figura abaixo.

 

Família de curvas de um transistor
Família de curvas de um transistor

 

 

Os manuais de transistores oferecem estas curvas, dada sua importância para a realização de projetos, ou mesmo para a determinação de substitutos para uma aplicação.

Estas curvas são obtidas com correntes fixas, normalmente a partir de correntes de base nulas e crescendo em passos com valores que dependem do transistor analisado.

Assim, pela família de curvas mostrada na figura 1148, podemos fixar a corrente de coletor e a tensão de coletor, encontrando um ponto de operação na parte linear do componente, denominado reta de carga, conforme mostra a próxima figura.

 

A reta de carga
A reta de carga

 

 

Os pontos em que a reta de carga corta cada curva da família de curvas, para diferentes polarizações, permitem ao projetista calcular os componentes de polarização.

 

Os circuitos de polarização

Começamos então com a polarização mais simples que é feita com um único resistor conforme pode-se observar na figura abaixo.

 

Polarização de base com um resistor
Polarização de base com um resistor

 

 

O resistor ligado à base neste circuito é calculado de modo a manter a corrente num valor que corresponda ao ponto de operação desejado na curva característica. Na figura abaixo no item (a) temos o caso de um resistor de valor relativamente baixo que mantém a corrente elevada, próxima da saturação, e com isso só temos a amplificação dos semiciclos negativos de um sinal, quando ele faz com que tenhamos uma diminuição da corrente de base e, consequentemente, da corrente de coletor.

Veja que neste caso, o transistor não responde aos semiciclos positivos do sinal de entrada, pois eles significam um aumento da corrente de coletor e o transistor está muito próximo da saturação. Veja na mesma figura abaixo o que ocorre neste caso.

 

Modos de polarização de um transistor
Modos de polarização de um transistor

 

 

No item (b) temos a polarização com um resistor que mantém a corrente de base em aproximadamente metade da corrente de saturação, ou seja, num ponto que corresponde ao meio da região de operação linear. Neste caso, tanto variações no sentido positivo como negativo do sinal, são “sentidas” pelo transistor, correspondendo a variações da corrente e tensão de coletor.

O transistor, desta forma, amplifica os dois semiciclos do sinal de entrada. Finalmente, já no item (c) temos a polarização próxima do corte, com um resistor de valor muito alto. Neste caso, as variações negativas da tensão de entrada, que ainda tenderiam a diminuir a corrente já pequena da base, não são respondidas.

Veja que, se pretendemos amplificar um sinal de áudio fraco como, por exemplo, num pré-amplificador, devemos escolher com cuidado a polarização, pois tanto no caso (a) como (c), o corte de um dos semiciclos significará uma distorção do sinal.

Por outro lado, se usarmos dois transistores, um operando como no item (a) e o outro como no item (b) da figura acima, podemos ter uma amplificação de uma forma “complementar”, e os dois semiciclos do sinal serão ampliados sem distorção. Veremos como fazer isso ao estudar os amplificadores!

O importante, entretanto, nesta polarização é que o cálculo do valor exato do resistor a ser usado é um procedimento que normalmente se encarrega de fazer o projetista. No nosso caso, é importante saber que o valor do resistor é essencial para a fidelidade de amplificação.

Na polarização que estudamos existe um pequeno inconveniente que é a sua instabilidade. Os transistores podem apresentar pequenos desvios de suas características, que determinam os valores dos componentes externos em função das condições de operação, como por exemplo: variações da temperatura ambiente, da tensão de alimentação, etc. que o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

A temperatura ambiente influi no comportamento do transistor
A temperatura ambiente influi no comportamento do transistor

 

 

Estas variações podem ser suficientemente grandes para deslocar o ponto de funcionamento do transistor e, com isso, introduzir distorções. Uma primeira possibilidade de melhoria do desempenho do transistor é com a autopolarização mostrada na próxima figura.

 

Autopolarização de um transistor NPN
Autopolarização de um transistor NPN

 

 

O resistor de polarização da base, que fixa a corrente na condição de repouso, é ligado ao coletor do transistor. Se a corrente de coletor tender a aumentar sozinha, pelo aquecimento do componente, por exemplo, isso vai causar uma diminuição da tensão neste ponto.

Lembramos que se a corrente no transistor aumenta, é como se sua resistência diminuísse e, portanto, há uma queda de tensão no componente. Ora, essa diminuição da tensão no coletor, aplicada ao resistor de base faz com que a corrente de base também diminua. O resultado da redução da corrente de base é fazer cair a corrente no coletor, ou seja, compensa o efeito de seu aumento pelo calor.

Com esta configuração obtemos então uma maior estabilidade de funcionamento para o transistor. Outra forma de obter uma boa estabilização numa faixa mais ampla de operação é com a polarização que poderá ser vista na figura a seguir.

 

Polarização com dois resistores
Polarização com dois resistores

 

 

Usamos dois resistores na base do transistor formando um divisor de tensão, e para que a base não opere com uma tensão muito baixa, acrescentamos um resistor no emissor.

Lembramos que estas polarizações encontram disposições análogas em configurações de base comum e coletor comum, já que o que vimos foi mostrado nas configurações de emissor comum.

 

4.3 – Ganhos Alfa e Beta

Para especificar o fator de amplificação de um transistor, ou o seu “ganho”, utilizamos dois termos bastante importantes e que é bom que os leitores conheçam. Conforme estudamos, quando ligamos um transistor na configuração de emissor comum, pequenas variações da corrente de base provocam variações maiores da corrente de coletor.

Quantas vezes as variações da corrente de coletor são maiores que as variações da corrente de base nos fornece o ganho Beta do transistor (?). Este fator é válido, portanto, para a amplificação de sinais de muito baixas frequências ou correntes contínuas. Para obter o fator beta, basta então aplicar a fórmula:

 

β = Ic/Ib

Onde : β = fator beta

Ic = corrente de coletor

Ib = corrente de base correspondente

 

Lembramos que as correntes devem ser expressas na mesma unidade.

Para os transistores comuns, os fatores Beta podem variar entre 2 ou 3 (transistores de alta tensão e alta potência) até mais de 1000 para tipos de baixos sinais, e mais de 10 000 para os chamados transistores Darlingtons.

Para a relação entre a corrente de coletor e corrente de base com sinais de baixas frequências ou corrente contínua, e para uma determinada intensidade de corrente de coletor, normalmente em torno de 1 mA, encontramos também a especificação “ganho estático de corrente” indicado por hFE. Outra forma de se indicar o ganho de um transistor é pelo fator Alfa (α?).

Este fator corresponde à relação que existe entre a corrente de coletor e a corrente de emissor, na configuração de base comum, levando-se em conta que a corrente de emissor é sempre maior que a corrente de coletor, pois corresponde à soma da corrente de base com a própria corrente de coletor, conforme o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

As correntes num transistor
As correntes num transistor

 

 

É fácil perceber que, quanto mais próximo de 1 estiver este valor, menor será a corrente de base em relação à corrente de coletor e portanto maior será o ganho do transistor. Também podemos perceber que, por maior que seja o ganho alfa de um transistor, ele nunca chegará a 1. Valores entre 0,9 e 0,999 são comuns nos transistores atuais.

Existe uma relação bem definida entre o fator beta e o alfa e que é dada pela fórmula :

 

β =

 

α


1 - &alpha

 

 

4.4 - Reguladores de Tensão

Uma aplicação importante para um transistor, num circuito que opera exclusivamente com corrente contínua, é como regulador em fontes de alimentação.

Quando estudamos o princípio de funcionamento dos diodos zener, vimos que aqueles dispositivos tinham por principal característica manter constante a tensão entre seus terminais e assim funcionar como reguladores de tensão. No entanto, também vimos que estes componentes possuem uma capacidade limitada de conduzir corrente, ou seja, não podem estabilizar fontes de correntes muito intensas.

Se bem que atualmente sejam disponíveis zeners de altas potências, devido ao seu preço, nas aplicações mais comuns em que se deseja uma corrente maior e, consequentemente, em muitos circuitos de controle e potência, utiliza-se um artifício que veremos agora.

O que se faz é estabelecer a tensão desejada na saída de uma fonte através de um zener e utilizar um transistor de maior capacidade de corrente para mantê-la no valor desejado. Temos então a utilização de transistores como reguladores de tensão. Existem duas configurações em que podemos usar transistores com a finalidade indicada. A primeira, menos comum, que pode ser vista na próxima figura, consistindo no que é denominado “regulador paralelo”.

 

 

Regulador ou estabilizador paralelo
Regulador ou estabilizador paralelo

 

 

Nesta configuração, o transistor é ligado de modo que a carga ou circuito externo alimentado fique entre o coletor e o emissor, ou seja, em paralelo. O zener estabelece na base do transistor a tensão que deve ser aplicada à carga.

Quando a tensão na carga varia, o zener “sente” esta variação atuando no sentido de fazer o transistor conduzir em maior ou menor intensidade, de modo a compensar a variação. Assim, se a tensão na carga aumenta, o zener atua fazendo o transistor aumentar sua condução. Com o aumento da corrente do coletor do transistor, cai ao valor normal a tensão na carga.

Um problema deste tipo de regulador é que sempre existe uma corrente relativamente intensa conduzida pelo transistor, causando a geração de uma boa quantidade de calor. Isso significa uma perda de energia muito grande na forma de calor. Este é um dos motivos que as fontes da maioria dos aparelhos eletrônicos modernos não emprega esta configuração em seus circuitos.

Um tipo de regulador de tensão mais comum é o que pode ser observado ao se na figura abaixo, sendo denominado ”regulador série”.

 

O regulador série
O regulador série

 

 

Neste circuito, o diodo zener estabelece na base do transistor a tensão de referência. O transistor conduz então de modo a manter constante a tensão no seu emissor e, portanto, na carga alimentada.

Observamos que neste circuito, a tensão que aparece na saída, ou seja, no emissor, é aproximadamente 0,6 V mais baixa do que a tensão do zener, pois temos de compensar este valor para que a junção emissor-base seja polarizada no sentido direto.

Podemos perfeitamente usar transistores PNP nos mesmos circuitos, obtendo assim uma regulagem na linha negativa do circuito. Evidentemente o resultado final é o mesmo. Na figura a seguir podemos ver a maneira de se fazer isso.

 

Regulador série com transistor PNP
Regulador série com transistor PNP

 

 

O valor do resistor utilizado neste circuito série é calculado de modo que tenhamos uma corrente compatível com o funcionamento do zener, e também que seja suficiente para polarizar a base do transistor, fornecendo a corrente desejada na saída.

Se um único transistor não for capaz de fornecer a corrente desejada podemos associar diversas unidades em paralelo, conforme o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

Ligando transistores em paralelo
Ligando transistores em paralelo

 

 

No entanto, para que as correntes tenham uma divisão que independa das pequenas diferenças de características que existem nos transistores, ainda que do mesmo tipo, os resistores em série são absolutamente necessários.

Também existe a possibilidade do uso de transistores intermediários para uma “pré-amplificação”, mas isso o leitor verá depois de conhecer as formas de acoplarmos os transistores. Para variar a tensão de um regulador deste tipo, há um artifício que será inclusive aproveitado em um de nossos projetos práticos.

O zener estabelece a tensão de referência e, em paralelo com ele, ligamos um potenciômetro que funciona como um divisor de tensão. Desta forma, girando o cursor do potenciômetro podemos variar a tensão na base do transistor entre 0 e o valor que corresponde à tensão do zener, conforme mostra a figura abaixo.

 

Variando a tensão de saída
Variando a tensão de saída

 

 

Levando em conta que o transistor começa a conduzir com aproximadamente 0,6 V, teremos na sua saída (emissor) uma tensão que irá ficar entre 0 e 0,6 V a menos que a tensão no diodo zener. Esta é uma forma muito simples de se obter uma fonte econômica de tensão variável.

 

4.5 - Acoplamentos

Nos aparelhos eletrônicos que amplificam sinais, ou mesmo correntes contínuas, encontramos normalmente muitos transistores já que, dependendo da finalidade, um único transistor não proporciona a amplificação necessária.

Tais aparelhos são formados por diversas etapas, ou seja, circuitos de amplificação ou outras funções independentes, e que são interligados de modo que o sinal passe de um para outro, à medida que for sendo trabalhado.

A ligação de um circuito a outro, que é denominada ACOPLAMENTO, deve ser feita de modo que tenhamos a máxima transferência de sinal de um para outro mas ao mesmo tempo seja proporcionada uma independência de funcionamento, ou seja, de polarização. Temos diversas maneiras de fazer isso e que serão analisadas a seguir.

 

Acoplamento direto

A maneira mais simples de transferirmos o sinal de um transistor para outro, ou de uma etapa amplificadora para outra, é através do acoplamento direto. Na figura abaixo observaremos duas maneiras de fazer isso.

 

Acoplamentos diretos com transistores complementares (um PNP e outro PNP)
Acoplamentos diretos com transistores complementares (um PNP e outro PNP)

 

 

Para que o transistor NPN conduza, devemos ter um aumento da sua tensão de base, ou seja, a corrente deve circular no sentido da base para o emissor, o que vai provocar a circulação de uma corrente maior no sentido do coletor para o emissor.

Ora, a corrente entre o coletor e o emissor já tem o sentido certo para polarizar a base do transistor PNP, provocando assim uma corrente maior no sentido do emissor para o coletor, conforme o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

As correntes no circuito
As correntes no circuito

 

 

A corrente que obtemos no coletor do transistor PNP corresponde então à corrente de base do transistor NPN, multiplicada pelos ganhos dos dois transistores, aproximadamente! Variações muito pequenas da corrente de base do primeiro transistor (NPN) vão então corresponder a variações muito maiores da corrente de coletor do segundo transistor (PNP).

Esta configuração amplificadora, por sua simplicidade, é muito usada em projetos de pequenos amplificadores de áudio, osciladores e outros circuitos. Também encontramos esta configuração em alguns circuitos de controle, digitais, periféricos de computadores como, por exemplo, placas de som, amplificadores multimídia, etc. Outra forma de acoplamento direto é a que pode ser vista na próxima figura.

 

Acoplamento direto com transistores do mesmo tipo
Acoplamento direto com transistores do mesmo tipo

 

 

Para esta configuração podemos usar transistores do mesmo tipo, no entanto, temos um rendimento um pouco menor. É fácil perceber que o transistor Q1 atua como uma derivação para a polarização da base do transistor Q2. Assim, um aumento da condução de Q1 provoca uma diminuição da condução de Q2, o que é um comportamento diferente do obtido na configuração com transistores de tipos diferentes (NPN e PNP).

 

Acoplamento Darlington

Esta é uma modalidade de acoplamento direto muito usada, proporcionando excelentes resultados no que se refere à amplificação. Na figura abaixo temos o modo de se fazer este acoplamento.

 

Acoplamentos Darlington
Acoplamentos Darlington

 

 

Veja que podemos obter esta configuração tanto com transistores NPN, como PNP. O resultado final é que obtemos um “Super Transistor”. Onde os ganhos dos dois transistores associados ficam multiplicados. Assim, se usarmos dois transistores de ganho 100, obteremos um transistor Darlington com ganho 100 x 100 = 10 000.

A utilidade desta configuração é tanta, que muitos fabricantes já possuem na sua linha de componentes transistores Darlington, ou seja, dois transistores já são fabricados e interligados numa mesma pastilha de silício e colocados no mesmo invólucro, conforme a próxima figura mostra. Transistores com ganho entre 1 000 e 10 000 vezes são disponíveis no mercado.

 

Um transistor Darlington de potência
Um transistor Darlington de potência

 

 

Veja que também podemos usar três transistores nesta configuração, caso em que o ganho obtido será o produto dos ganhos dos transistores associados.

 

Acoplamento RC

Uma das vantagens do acoplamento direto é que podemos trabalhar com sinais que vão desde correntes contínuas até sinais de frequências relativamente altas. No entanto, temos como desvantagem o fato de que não existe isolamento entre etapas, ou seja, os próprios transistores.

Se formos trabalhar com sinais que tenham uma certa frequência, ou seja, não forem de corrente contínua, e desejarmos um isolamento entre as etapas, podemos empregar o acoplamento RC.

Conforme estudamos, os capacitores oferecem uma pequena resistência à passagem de sinais cujas frequências sejam elevadas. Por outro lado eles se comportam como um circuito aberto, ou seja, oferecem uma oposição infinita para a passagem de correntes contínuas.

Assim, no acoplamento que poderá ser visto na figura abaixo, o capacitor deixa passar facilmente o sinal amplificado por Q1 que aparece em seu coletor, para a base do transistor Q2.

 

O acoplamento RC
O acoplamento RC

 

 

No entanto, a tensão contínua de polarização do coletor de Q1, que é proporcionada por R1, não interfere na polarização contínua fornecida por R2 à base de Q2. Em outras palavras, o sinal passa de um transistor para outro, mas estes possuem circuitos de polarização completamente independentes.

A vantagem do isolamento das polarizações deste tipo de acoplamento é contraposta à desvantagem de que, na passagem do sinal de um para outro transistor, temos uma certa perda de sua intensidade devido ao fato de que a impedância de saída de Q1, normalmente não se “casa” exatamente com a impedância de entrada de Q2.

 

Acoplamento LC

Nos circuitos de altas frequências e mesmo em alguns casos de circuitos com sinais de áudio ou baixas frequências, temos uma variação do acoplamento anterior que é o LC. Os dois acoplamentos podem ser vistos na figura a seguir.

 

O acoplamento LC
O acoplamento LC

 

 

Conforme podemos perceber, L vem de indutância ou bobina e C de capacitância ou capacitor.

Neste caso, o capacitor deixa passar com facilidade o sinal de uma etapa para outra, mas bloqueia a circulação de correntes contínuas de polarização. Já o indutor (L1) deixa passar com facilidade as correntes de polarização, mas impede a passagem do sinal amplificado que, de outra forma iria para a fonte.

 

Acoplamento a transformador

A diferença entre a impedância de saída do transistor Q1 e de entrada do transistor Q2 pode ser compensada nesta forma de acoplamento que utiliza um transformador, conforme mostra a figura abaixo.

 

Acoplamento a transformador
Acoplamento a transformador

 

 

O sinal passa então de um enrolamento para outro do transformador, mas a polarização dos estágios não. Um tipo de transformador usado nesta aplicação é o denominado “driver” que aparece muito em pequenos receptores com transistores.

Um transformador também pode ser usado para acoplar um dispositivo qualquer à entrada ou saída de uma etapa amplificadora quando suas impedâncias são bem diferentes.

Obtém-se o maior rendimento na transferência de um sinal de um dispositivo a outro de uma etapa a outra, quando suas impedâncias são iguais. Um exemplo pode ser visto na próxima figura, em que usamos um transformador denominado “de saída”, para transferir o sinal de um transistor (que é um dispositivo cuja saída tem impedâncias relativamente alta) para um alto-falante (que é um dispositivo cuja impedância é muito baixa).

 

 

Usando um transformador de saída
Usando um transformador de saída

 

 

O transformador tem um enrolamento primário com impedância entre 100 e 5 000 ohms (conforme a potência), e sua saída no secundário é de 4 ou 8 ohms, conforme o alto-falante que se pretende usar.

Já, na próxima figura temos um exemplo em que usamos um transformador para casar a baixa impedância de um microfone, ou mesmo um pequeno alto-falante que pode ser usado nesta função, com a impedância mais alta da entrada de um amplificador.

 

Casando a baixa impedância de um microfone com a entrada de um circuito amplificador
Casando a baixa impedância de um microfone com a entrada de um circuito amplificador

 

 

Sem o transformador, o alto-falante não consegue transferir seu sinal para o amplificador, quando usado como microfone, e o rendimento é mínimo. Além disso, a baixa resistência do alto-falante sobrecarrega o dispositivo de saída do amplificador, no caso um transistor ou válvula. Com o transformador o rendimento melhora centenas de vezes.

 

4.6 – Desacoplamentos

Conforme estudamos, o acoplamento consiste no processo de transferência de um ponto a outro, ou de uma etapa a outra, de um circuito, havendo diversas maneiras de se fazer isso.

No entanto, da mesma forma que desejamos que um sinal passe de um ponto a outro de um circuito, em alguns casos precisamos fazer com que isso não ocorra.

Precisamos, neste caso, evitar que um sinal apareça num ponto de um circuito ou passe para outra etapa. O que fazemos neste caso é desacoplar o sinal e, da mesma forma que existem técnicas para fazermos o acoplamento, também existem técnicas para se desacoplar um sinal.

Um primeiro caso é mostrado na figura seguinte, em que temos um transistor polarizado com um resistor no emissor.

 

O sinal aparece sobre o resistor de 1k afetando a polarização
O sinal aparece sobre o resistor de 1k afetando a polarização

 

 

A função deste resistor é manter a tensão de emissor um pouco acima do valor de terra (0 V), facilitando assim a ação dos resistores de base.

Ocorre, entretanto, que com o sinal aplicado à base deste transistor, a tensão sobre este resistor varia conforme a condução, o que traz alterações na polarização do transistor. Com isso, o ganho do transistor fica afetado.

Uma maneira de se evitar isso é fazendo com que o sinal amplificado não apareça neste ponto do circuito, desviando-o para a terra.

Sabemos que um capacitor apresenta uma baixa impedância para os sinais alternados. Assim, basta ligar em paralelo com o resistor um capacitor que ele desvia para a terra os sinais indesejáveis que apareceriam sobre o resistor. Este resistor, mostrado na figura abaixo, é denominado de “desacoplamento”.

 

Desacoplamento o emissor do transistor
Desacoplamento o emissor do transistor

 

 

Podemos usar a mesma técnica para desacoplar um transistor que funcione na configuração de base comum, evitando que os sinais apareçam sobre os resistores de polarização de base, conforme mostra a figura abaixo.

 

Neste amplificador de base comum, o capacitor desacopla a base
Neste amplificador de base comum, o capacitor desacopla a base

 

 

Nos dois casos, os valores dos resistores dependem da frequência com que o sinal trabalha. Nos circuitos de áudio são utilizados capacitores eletrolíticos de valores elevados. Nos circuitos de alta frequência são utilizados capacitores cerâmicos de valores menores.

Outro caso importante, em que usamos capacitores de desacoplamento é em fontes de alimentação. Os cabos ou trilhas de uma placa que ligam uma fonte a um componente representam indutâncias e capacitâncias parasitas, conforme já vimos. Através delas e dos cabos podem entrar sinais indesejáveis que alimentam um componente sensível, como um circuito integrado.

Nestes casos, usamos capacitores de desacoplamento da fonte, como mostra a figura a seguir, cuja função é colocar em curto eventuais sinais que possam entrar no componente, evitando que isso aconteça.

 

Desacoplamento a alimentação de circuitos integrados
Desacoplamento a alimentação de circuitos integrados

 

 

Ainda nas fontes de alimentação, os capacitores eletrolíticos usados na filtragem são levemente indutivos, não deixando passar os sinais de altas frequências.

Assim, para desacoplar estes sinais, que podem aparecer no circuito, instabilizando seu funcionamento, é comum ligar em paralelo com estes capacitores, capacitores cerâmicos menores, conforme mostra a próxima figura.

 

Capacitor de desacoplamento em paralelo com capacitor de filtro, numa fonte
Capacitor de desacoplamento em paralelo com capacitor de filtro, numa fonte

 

 

Os capacitores cerâmicos deixam as altas frequências passar com facilidade, desviando-as para a terra. Este recurso é usado principalmente em fontes de circuitos de altas frequências, tais como transmissores.

Finalmente, na entrada da alimentação da maioria dos circuitos, é utilizado um capacitor em paralelo com a fonte, de modo a fazer o desacoplamento da fonte, ou seja, evitar que sinais gerados neste circuito passem através da fonte para outros circuitos que eventualmente também sejam alimentados por ela.

 

Motorboating - Um problema interessante que ocorre com pequenos rádios, amplificadores alimentados por pilhas e outros que operam com sinais de som, é um ruído semelhante ao pipocar de um motor de barco, denominado “motorboating”.Ele ocorre quando a resistência interna das pilhas aumenta com seu desgaste, e os sinais podem passar de uma etapa a outra do circuito, através da fonte, causando oscilação. Um capacitor de desacoplamento na fonte, ajudar a eliminar este problema.

 

 

ÍNDICE

Introdução

Parte 1 

Parte 2

Parte 3 

Parte 4 (Você está aqui)

Parte 5

Parte 6

Parte 7

Parte 8

Parte 9

Parte 10

Parte 11

Parte 12

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Mês de Muito Trabalho (OP197)

   Estamos em setembro de 2018 e continuamos com nosso trabalho, realizando palestras, viagens, escrevendo artigos, livros e muito mais. Em nossas duas últimas palestras, uma na Uninove e a outra na ETEC Albert Einstein, ambas de São Paulo, pudemos constatar de forma bastante acentuada um fato importante , que constantemente salientamos em nosso site desde seu início. 

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Rir
Geralmente ri por último quem compreendeu a piada por último. (He who toughs lost is generally the last to get the joke.)
Terry Cohen em The Penguin Dictionary of Modern Quotations. - Ver mais frases


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