Espelho de Corrente com Transistores PNP
Em muitas situações é necessário criarmos uma fonte de corrente constante, como por exemplo para gerar a corrente de polarização em um estágio de potência de circuitos amplificadores (Figura 1).
Olhando para Figura 1, temos uma fonte de corrente constante (Vbias) que pode ser desenvolvida com diodos polarizados diretamente ou um multiplicador de Vbe. Precisamos no entanto gerar uma corrente de polarização (Ibias), que preferencialmente deve ser uma fonte de corrente constante para não sobrecarregar o amplificador de tensão (VAS), estágio que foi omitido da Figura 1. Neste contexto, torna-se interessante o projeto de uma fonte de corrente com transistores PNP e uma topologia possível é o espelho de corrente (Figura 2).
O transistor Q1 está ligado como diodo e o seu emissor vai ligado na tensão positiva, o que garantirá uma queda de VBE em sua base (0,7V para o silício). O resistor R1 determinará a corrente de referência (Iref) que por ele circulará. A base do transistor Q2 é ligada à base do transistor Q1, apresentando o mesmo nível de tensão. Como seu emissor também vai ligado em +V, teremos uma corrente “espelhada” circulando pelo seu coletor, daí o nome “espelho de corrente”. A Figura 3 apresenta a topologia completa a ser projetada.
Na Figura 3 temos a inclusão de dois resistores de emissor para compensar as divergências práticas dos hfe’s dos transistores utilizados, pois mesmo que tenhamos Q1 ligado como diodo e transistores de lotes iguais, haverá diferença no ganho dos mesmos. Estes resistores podem ter valores na ordem de dezenas ou até centenas de Ohms. De acordo com a Figura 3, a equação para cálculo da corrente de referência do espelho será
Supondo que precisemos de uma corrente de polarização de 20mA, nossa tensão da fonte seja igual a +30V, arbitrando resistores de emissor no valor de 150 Ohms, podemos rearranjar a equação para determinar o valor de R1 que garanta esta corrente:
Na prática pode-se utilizar o valor comercial de 1,3k ou utilizar um resistor de 1k em série com um de 330 Ohms. O circuito resultante pode ser visto na Figura 4.
Podemos validar rapidamente o nosso projeto simulando o circuito em um software como o LT Spice por exemplo. Só precisamos ligar um resistor de teste e verificar a corrente que por ele circulará, veja o procedimento na Figura 5.
Como comprovado, temos 19,72mA circulando pelo Rteste e 20,12mA circulando pelo R1, que é nossa corrente de referência do espelho. O LT Spice é um software gratuito excelente para simulação do básico ao avançado e recomendamos os cursos exclusivos para você dominá-lo:
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Outra grande vantagem do espelho de corrente se dá no fato de podermos aproveitar a mesma corrente de referência e adicionar mais transistores para polarizar outros estágios de forma independente, conforme Figura 6.
O circuito da Figura 6 porém é uma prática que deve ser utilizada com cautela, pois dependendo do circuito poderá haver instabilidade no uso excessivo de mais transistores, para múltiplas fontes de corrente.
Os dois últimos pontos a se considerar é a escolha do transistor e a potência dissipada no resistor R1. Verifique qual será a queda de tensão Vce máxima que ocorre no transistor, para selecionar o mesmo da forma correta, bem como a dissipação de potência a partir de análise gráfica em seu datasheet. O resistor R1, caso tenha uma queda de tensão muito alta, poderá ter que dissipar altas potências. Para o espelho de corrente da Figura 4 teremos sobre R1
A potência no resistor será
É aconselhável portanto um R1 para pelo menos 1W de potência.
Como comprovamos, é relativamente simples de se projetar uma fonte de corrente a partir de espelho de corrente com transistores PNP, só requer alguns cuidados para o dimensionamento dos componentes garantindo uma boa vida útil ao seu projeto.
Autor: Eng. Wagner Rambo
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