Resistência do Emissor

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A resistência do emissor conectada ao terminal do emissor de um amplificador de transistor pode ser usada para aumentar a estabilização de polarização dos amplificadores

O objetivo de um circuito amplificador de sinal CA é estabilizar a tensão de entrada polarizada CC para o amplificador e, assim, amplificar apenas o sinal CA necessário.

Esta estabilização é alcançada pelo uso de uma Resistência de Emissor que fornece a quantidade necessária de polarização automática necessária para um amplificador de emissor comum. Para explicar isso um pouco mais, considere o seguinte circuito amplificador básico abaixo.

Circuito amplificador emissor comum básico

O circuito amplificador de emissor comum mostrado usa uma rede divisora ​​de tensão para polarizar a base dos transistores e a configuração do emissor comum é uma forma muito popular de projetar circuitos amplificadores de transistor bipolares. Uma característica importante deste circuito é que uma quantidade apreciável de corrente flui para a base do transistor.

A tensão na junção dos dois resistores de polarização, R1 e R2, mantém a tensão de base dos transistores, VB em uma tensão constante e proporcional à tensão de alimentação, Vcc. Observe que VB é a tensão medida da base ao terra, que é a queda de tensão real em R2.

Este circuito amplificador do tipo “classe A” é sempre projetado de forma que a corrente de base (Ib) seja inferior a 10% da corrente que flui através do resistor de polarização R2. Então, por exemplo, se precisarmos de uma corrente de coletor quiescente de 1mΑ, a corrente de base, IB será cerca de um centésimo disso, ou 10μΑ. Portanto, a corrente que flui através do resistor R2 da rede do divisor de potencial deve ser pelo menos 10 vezes esse valor, ou 100μΑ.

A vantagem de usar um divisor de tensão está em sua estabilidade. Uma vez que o divisor de tensão formado por R1 e R2 está levemente carregado, a tensão de base, Vb pode ser facilmente calculada usando a fórmula do divisor de tensão simples, conforme mostrado.

Equação do divisor de tensão

No entanto, com este tipo de arranjo de polarização, a rede divisora de tensão não é carregada pela corrente de base, pois é muito pequena, então, se houver alguma mudança na tensão de alimentação Vcc, o nível de tensão na base também mudará em uma proporção quantia. Então, alguma forma de estabilização de tensão da polarização da base dos transistores ou ponto Q é necessária.

Estabilização da resistência do emissor

A tensão de polarização dos amplificadores pode ser estabilizada colocando um único resistor no circuito emissor dos transistores, conforme mostrado. Esta resistência é conhecida como Emitter Resistance, RE. A adição deste resistor emissor significa que o terminal emissor dos transistores não está mais aterrado ou no potencial de zero volt, mas fica em um pequeno potencial acima dele dado pela equação da Lei de Ohms de: VE = IE x RE. Onde: IE é a corrente real do emissor.

Agora, se a tensão de alimentação Vcc aumenta, a corrente do coletor dos transistores Ic também aumenta para uma determinada resistência de carga. Se a corrente do coletor aumenta, a corrente do emissor correspondente também deve aumentar, fazendo com que a queda de tensão em RE aumente. Esta ação resulta em um aumento proporcional na tensão de base porque VB = VE + VBE

Uma vez que a tensão de base é mantida constante pelos resistores divisores R1 e R2, a tensão DC na base em relação ao emissor Vbe é reduzida em uma quantidade proporcional, reduzindo assim o acionamento de corrente de base e evitando que a corrente do coletor aumente ainda mais. Uma ação semelhante ocorre se a tensão de alimentação e a corrente do coletor tentarem diminuir de valor.

Em outras palavras, a adição desta resistência do terminal emissor ajuda a controlar a polarização da base dos transistores usando feedback negativo, que nega qualquer tentativa de mudança na corrente do coletor com uma mudança oposta na voltagem de polarização da base e, portanto, o circuito tende a ser estabilizado em um nível fixo .

Além disso, uma vez que parte da alimentação é descartada em RE, seu valor deve ser o menor possível para que a maior tensão possível possa ser desenvolvida através da resistência de carga, RL e, portanto, da saída. Porém, seu valor não pode ser muito pequeno ou mais uma vez a instabilidade do circuito será prejudicada.

Então, a corrente que flui através do resistor do emissor é calculada como:

Corrente do Resistor do Emissor

Como regra geral, a queda de tensão nesta resistência do emissor é geralmente considerada como: VB – VBE, ou um décimo (1/10) do valor da tensão de alimentação, Vcc. Um valor comum para a tensão do resistor do emissor está entre 1 a 2 volts, o que for menor. O valor da resistência do emissor, RE também pode ser encontrado a partir do ganho, pois agora o ganho de tensão AC é igual a: RL/RE

Exemplo de resistência do emissor No1

Um amplificador emissor comum tem as seguintes características, β = 100, Vcc = 30V e RL = 1kΩ. Se o circuito do amplificador usa uma resistência de emissor para melhorar sua estabilidade, calcule sua resistência.

A corrente quiescente dos amplificadores, ICQ é dada como:

A queda de tensão na resistência do emissor é geralmente entre 1 e 2 volts, então vamos supor uma queda de tensão, VE de 1,5 volts.

Então, o valor da Resistência do Emissor necessário para o circuito do amplificador é dado como: 100Ω, e o circuito do emissor comum final é dado como:

Amplificador de emissor comum final

O ganho do estágio do amplificador também pode ser encontrado se necessário e é dado como:

 

Capacitor de By-Pass do Emissor

No circuito de realimentação em série básico acima, o resistor do emissor, RE desempenha duas funções: realimentação negativa CC para polarização estável e realimentação negativa CA para transcondutância de sinal e especificação de ganho de tensão. Mas como a resistência do emissor é um resistor de feedback, ela também reduzirá o ganho do amplificador devido às flutuações na corrente do emissor, ou seja, devido ao sinal de entrada CA.

Para superar esse problema, um capacitor, chamado de “Capacitor de Bypass do Emissor”, CE é conectado através da resistência do emissor, conforme mostrado. Este capacitor de desvio faz com que a resposta de freqüência do amplificador interrompa em uma freqüência de corte designada, ƒc, desviando (daí seu nome) as correntes de sinal para o terra.

Por ser um capacitor, ele aparece como um circuito aberto para a polarização CC e, portanto, as correntes e tensões polarizadas não são afetadas pela adição do capacitor de bypass. Acima da faixa de frequências de operação dos amplificadores, a reatância dos capacitores, XC, será extremamente alta em frequências baixas, produzindo um efeito de feedback negativo, reduzindo o ganho do amplificador.

O valor desse capacitor de bypass CE é geralmente escolhido para fornecer uma reatância capacitiva de, no máximo, um décimo (1/10) do valor do resistor de emissor RE no ponto de frequência de corte mais baixo. Então, assumindo que a frequência de sinal mais baixa a ser amplificada é 100 Hz. O valor do capacitor de bypass CE é calculado como:

Capacitor bypass do emissor

Então, para o nosso amplificador emissor comum simples acima do valor do capacitor de desvio do emissor conectado em paralelo com a resistência do emissor é: 160μF

Amplificador Emissor Dividido

Enquanto a adição do capacitor de bypass, CE ajuda a controlar o ganho dos amplificadores, neutralizando os efeitos da incerteza de beta, (β), uma de suas principais desvantagens é que em altas frequências a reatância dos capacitores torna-se tão baixa que efetivamente entra em curto a resistência do emissor, RE conforme a frequência aumenta.

O resultado é que em altas frequências a reatância do capacitor permite muito pouco controle de feedback CA porque RE está em curto, o que também significa que o ganho de tensão CA do transistor é muito aumentado levando o amplificador à saturação.

Uma maneira fácil de controlar o ganho do amplificador em toda a faixa de freqüência de operação é dividir a resistência do emissor em duas partes, conforme mostrado.

Resistores de emissor dividido

O resistor na perna do emissor foi dividido em duas partes: RE1 e RE2 formando uma rede divisora ​​de tensão dentro da perna do emissor com o capacitor de by-pass conectado em paralelo através do resistor inferior.

O resistor superior, RE1, tem o mesmo valor de antes, mas não é ignorado pelo capacitor, portanto, deve ser considerado ao calcular os parâmetros do sinal. O resistor inferior RE2 é conectado em paralelo com o capacitor e é considerado zero ohms ao calcular os parâmetros do sinal, pois ele entra em curto em altas frequências.

A vantagem aqui é que podemos controlar o ganho CA do amplificador em toda a faixa de frequências de entrada. Em DC, o valor total da resistência do emissor é igual a RE1 + RE2, enquanto em frequências CA mais altas a resistência do emissor é apenas: RE1, a mesma que era no circuito original não-bypassado acima.

Então, qual é o valor do resistor, RE2. Bem, isso vai depender do ganho de tensão DC necessário no ponto de corte de frequência mais baixa. Dissemos anteriormente que o ganho do circuito acima era igual a: RL / RE que para nosso circuito emissor comum acima foi calculado em 10 (1kΩ / 100Ω). Mas agora em DC o ganho será igual a: RL / (RE1 + RE2)

Portanto, se escolhermos um ganho DC de, digamos, 1 (um) o valor do resistor do emissor, RE2 é dado como:

Resistor de emissor dividido, RE2

Então, para um ganho DC de 1 (um), RE1 = 100Ω e RE2 = 900Ω. Observe que o ganho de CA será o mesmo em 10.

Então, um amplificador de emissor dividido tem valores de ganho de voltagem e impedância de entrada em algum lugar entre aqueles de um amplificador de emissor totalmente desviado e um amplificador de emissor não desviado, dependendo da frequência de operação.

Resumo da resistência do emissor

Então, para resumir, o parâmetro de amplificação de corrente, β de um transistor pode variar consideravelmente de um dispositivo para outro do mesmo tipo e número de peça devido às tolerâncias de fabricação e também devido a variações na tensão de alimentação e temperatura operacional.

Então, para um circuito amplificador de classe A de emissor comum, é necessário usar um circuito de polarização que estabilizará o ponto Q operacional tornando a corrente do coletor DC, IC independente do beta. A influência de β no valor da corrente do emissor pode ser reduzida pela adição de uma Resistência do Emissor, RE na perna do emissor para fornecer estabilização.

A queda de tensão nesta resistência do emissor é geralmente entre 1 e 2 volts. O resistor de emissor pode ser totalmente desviado por um capacitor de desvio adequado, CE conectado em paralelo com o resistor de emissor para obter um ganho CA mais alto ou parcialmente desviado, usando uma rede divisora ​​de tensão de emissor dividido que reduz o ganho e a distorção CC. O valor deste capacitor é determinado a partir de seu valor de reatância capacitiva (XC) na frequência de sinal mais baixa.