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Tensão-Divisor Bias em Circuitos BJT – Mais Estabilidade sem Fator Beta

A polarização dos terminais de um transistor bipolar usando uma rede divisora ​​resistiva calculada para garantir um ótimo desempenho e resposta de comutação é chamada de polarização do divisor de tensão.

Nos projetos de polarização anteriores, aprendemos que a corrente de polarização ICQ e tensão VCEQ eram uma função do ganho de corrente (β) do BJT.

Mas, como sabemos que β pode ser vulnerável a mudanças de temperatura, principalmente para transistores de silício, e também o verdadeiro valor de beta muitas vezes não é identificado adequadamente, pode ser aconselhável desenvolver uma polarização do divisor de tensão no circuito BJT que pode ser menor propenso a temperaturas, ou simplesmente independente do próprio BJT beta.

CONFIGURAÇÃO DO DIVISOR DE TENSÃO NO BJT

O arranjo de polarização do divisor de tensão da Fig. 4.25 pode ser considerado um desses projetos.

Quando examinado com base exata a suscetibilidade a variações no beta parece realmente modesta. Se as variáveis ​​do circuito forem adequadamente trabalhadas, os níveis de ICQ e VCEQ poderia ser virtualmente completamente independente do beta.

Lembre-se de explicações anteriores que um ponto Q é caracterizado com um nível fixo de ICQ e VCEQ, conforme demonstrado na Fig. 4.26.

O grau de euQB pode mudar dependendo das variações do beta, mas o ponto de operação em torno das características identificadas por ICQ e VCEQ pode facilmente permanecer inalterado se as diretrizes de circuito apropriadas forem aplicadas.

Como mencionado acima, você encontrará algumas abordagens que podem ser empregadas para investigar a configuração do divisor de tensão.

A razão por trás da escolha de nomes específicos para este circuito ficará evidente durante nossa análise, e será discutida nos próximos posts.

O primeiro é o técnica exata que pode ser realizado em qualquer configuração de divisor de tensão.

O segundo é chamado de método aproximado, e sua implementação torna-se viável quando determinados fatores são atendidos. O abordagem aproximada permite uma análise muito mais direta com o mínimo de esforço e tempo.

Além disso, isso pode ser muito útil para o “modo de design”, sobre o qual falaremos nas seções posteriores.
No conjunto, desde o “abordagem aproximada” pode ser trabalhado com a maioria das condições e, portanto, deve ser avaliado com o mesmo nível de atenção que o “método exato”.

Análise exata

Vamos aprender como o método de análise exata pode ser implementado com a seguinte explicação

Referindo-se à figura a seguir, o lado de entrada da rede pode ser reproduzido conforme ilustrado na Fig. 4.27 para a análise dc.

O Equivalente de Thévenin rede para o projeto do lado esquerdo da base BJT B, então, pode ser determinada da maneira ilustrada abaixo:

EQUIVALENTE DE THÉVENIN PARA REDE DIVISORA ​​DE TENSÃO BJT

RTh: Os pontos de alimentação de entrada são substituídos por um curto-circuito equivalente, conforme mostrado na Fig. 4.28 abaixo.

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ETh: A fonte de tensão de alimentação VCC é aplicada de volta ao circuito, e a tensão de Thévenin de circuito aberto como aparece na Fig. 4.29 abaixo é avaliada como dado abaixo:

Implementando a regra do divisor de tensão chegamos à seguinte equação:

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Em seguida, recriando o design de Thévenin conforme ilustrado na Fig.4.30, avaliamos IQB aplicando primeiro a lei das tensões de Kirchhoff no sentido horário para o loop:

ETh – IBRTh – VBE – IERE = 0

Como sabemos IE = (β + 1)IB Substituindo no loop acima e resolvendo para IB dá:

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Equação. 4h30

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À primeira vista, você pode sentir a Eq. (4.30) parece bastante diferente das outras equações que foram desenvolvidas até agora, porém um olhar mais atento mostrará que o numerador é apenas uma diferença de dois níveis de volt, enquanto o denominador é o resultado da resistência de base + resistor do emissor, que é refletido de (β + 1) e é, sem dúvida, muito semelhante à Eq. (4.17) (Circuito Emissor Base)

Uma vez que IB é calculado através da equação acima, o restante das magnitudes no projeto podem ser identificadas pelo mesmo método que fizemos para a rede de polarização do emissor, conforme mostrado abaixo:

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Equação (4.31)

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Resolvendo um Exemplo Prático (4.7)
Calcule a tensão de polarização DC VCE e o atual euC na rede divisora ​​de tensão abaixo mostrada Fig. 4.31

Figura 4.31 Circuito estabilizado beta para o Exemplo 4.7.

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Análise aproximada

Na seção acima aprendemos o “método exato”, aqui vamos discutir o “método aproximado” de analisar o divisor de tensão de um circuito BJT.

Podemos desenhar o estágio de entrada de uma rede divisora ​​de tensão baseada em BJT como mostrado na figura 4.32 abaixo.

A resistência Ri pode ser considerada como a resistência equivalente entre a base e a linha de terra do circuito, e RE como o resistor entre o emissor e a terra.

Das nossas discussões anteriores [Eq. (4.18)] sabemos que a resistência reproduzida ou refletida entre base/emissor do BJT é exposta pela equação Ri = (β + 1)RE.

Se considerarmos uma situação em que Ri é consideravelmente maior que a resistência R2, resultará em IB relativamente menor que I2 (lembre-se que a corrente sempre tenta encontrar e se mover na direção da resistência mínima), e assim I2 se tornará aproximadamente igual a I1.

Considerando que o valor aproximado de IB é essencialmente zero em relação a I1 ou I2, então I1 = I2, e R1 e R2 poderiam ser considerados como elementos de série.

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Figura 4.32 Circuito de polarização parcial para calcular a tensão de base aproximada VB.

A tensão em R2, que originalmente seria a tensão de base, pode ser avaliada como mostrado abaixo, aplicando a rede da regra do divisor de tensão:

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Agora desde Ri = (β + 1)RE ≅ βRÉ, a condição que confirma se a execução do método aproximado é viável ou não é decidida pela equação:

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Simplificando, se o valor RE vezes o valor de β, não for inferior a 10 vezes o valor de R2, então pode ser permitido implementar a análise aproximada com ótima precisão

Depois que VB é avaliado, a magnitude de VE pode ser determinada pela equação:

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enquanto a corrente do emissor pode ser calculada aplicando a fórmula:

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A tensão do coletor ao emissor pode ser identificada usando a seguinte fórmula:

VCE = VCC – CICV – IERE

No entanto, desde IE ≅ IC, chegamos à seguinte equação:

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Deve-se notar que na série de cálculos que fizemos a partir da Eq. (4.33) através da Eq. (4.37), o elemento β não tem presença em nenhum lugar e IB não foi calculado.

Isso implica que o ponto Q (como estabelecido por ICQ e VCEQ) como resultado não é dependente do valor de β
Exemplo Prático (4.8):

Vamos aplicar a análise em nosso anterior Figura 4.31usando abordagem aproximada, e comparar soluções para ICQ e VCEQ.

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Aqui observamos que o nível de VB é idêntico ao de ETh, conforme avaliado em nosso exemplo anterior 4.7. O que isso significa basicamente é que a diferença entre a análise aproximada e a análise exata é influenciada pelo RTh, que é responsável por separar ETh e VB na análise exata.

Avançar,

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Próximo Exemplo 4.9

Vamos realizar a análise exata do Exemplo 4.7 se β for reduzido para 70 e descobrir a diferença entre as soluções para ICQ e VCEQ.

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Solução
Este exemplo não pode ser tomado como uma comparação entre estratégias exatas versus aproximadas, mas apenas para testar o grau em que o ponto Q pode se mover caso a magnitude de β seja reduzida em 50%. RTh e ETh são dadas da mesma forma:

A organização dos resultados em uma forma tabular nos dá o seguinte:

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A partir da tabela acima, podemos descobrir claramente que o circuito é relativamente indiferente à mudança nos níveis β. Apesar da magnitude de β ter sido significativamente reduzida em 50%, do valor de 140 para 70, embora os valores de ICQ e VCEQ sejam basicamente os mesmos.

Próximo Exemplo 4.10

Avalie os níveis de ICQ e VCEQ para a rede divisora ​​de tensão, conforme mostrado na Fig. 4.33, aplicando o exato e aproximado abordagens e comparar as soluções resultantes.

AVALIE OS NÍVEIS DE ICQ E VCEQ PARA A REDE DIVISORA ​​DE TENSÃO

No cenário atual, as condições dadas na Eq. (4.33) pode não ser satisfeita, porém as respostas podem nos ajudar a identificar a diferença na solução com as condições da Eq. (4.33) não sendo levado em consideração.
Figura 4.33 Divisor de tensão rede para o Exemplo 4.10.

SOLUÇÃO DE DIVISOR DE TENSÃO USANDO ANÁLISE EXATA

Resolvendo usando a Análise Exata:

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Resolvendo usando Análise Aproximada:


A partir das avaliações acima, podemos ver a diferença entre os resultados obtidos pelos métodos exatos e aproximados.

Os resultados revelam que euCQ é cerca de 30% maior para o método aproximado, enquanto VCEQ é 10% menor. Embora os resultados não sejam exatamente idênticos, considerando o fato de que βRE é apenas 3 vezes maior que R2, os resultados também não são muito distantes.

Dito isso, para nossa análise futura, contaremos predominantemente com a Eq. (4.33) para garantir a máxima similaridade entre as duas análises.

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FONTE


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