Regulador com Transistor Emissor Seguidor

Transistor Emissor Seguidor

Uma das configurações de transistor mais interessantes é o transistor emissor seguidor (emitter follower). Esta configuração é bastante utilizada como amplificador de potência em estágios de saída. Veja na imagem abaixo a configuração emissor seguidor.

Configuração transistor emissor seguidor
Configuração transistor emissor seguidor

O nome emissor seguidor vêm de como o transistor funciona na prática: a tensão no emissor segue a tensão na base, exceto pela queda de tensão base-emissor, ou seja, VE = VB – VBE.

Pode não parecer muito útil gastar um transistor para copiar uma tensão que já temos disponível, mas a função do transistor é de amplificar a potência do sinal, aumentando a capacidade de corrente. Dessa forma todo o circuito pode ser projetado para fornecer pequenas correntes entre um estágio e outro, fazendo seu consumo o menor possível, que evita calor excessivo nos componentes e diminuição do rendimento.

Vejamos como funciona a amplificação de corrente:
* A tensão da base é “copiada” para o emissor VE = VB – VBE
* A corrente de emissor, consumida pela carga, será IE = VE / RL
* A corrente de base, que é proporcional à corrente fornecida no emissor, será IB = IE / (hFE + 1).

O ganho de corrente hFE do transistor geralmente é considerado com o valor 100. Consulte o datasheet do componente utilizado para obter o valor com precisão. Sabemos que o ganho de corrente hFE varia consideravelmente e nossos projetos não devem depender de um valor específico de ganho (para o transistor BC547B, por exemplo, hFE pode variar de 200 a 450).

Note que o aumento da corrente de base vai diminuir a tensão de base, por consumir mais corrente do resistor R1. Essa queda na tensão de base vai causar também uma queda na tensão de saída.

Idealmente, o amplificador deve ser imune a variações na carga, ou seja, a tensão de saída deve manter-se constante mesmo quando variando a carga desde o mínimo de corrente até o máximo.

No entanto, a base do transistor sempre vai precisar de uma corrente proporcional a corrente de saída. Por isso precisamos dimensionar os resistores R1 e R2 para que a corrente de base do transistor não afete consideravelmente a tensão de base. Para isso utilizamos uma das equações abaixo.

R1 || R2 << (hFE + 1) * RLmin
R1 || R2 << (hFE + 1) * VE / IEmax

O sinal << significa “muito menor que”, onde geralmente consideramos uma proporção de 10, ou seja, o paralelo de R1 e R2 precisa ser menor que um décimo de RLmin multiplicado por hFE + 1.

Estas equações das resistências garantem que a corrente de base não cause uma queda de tensão considerável na base do transistor. Elas são equivalentes a dizer que a corrente de polarização dos resistores R1 e R2 é muito maior que a corrente de base.

A variação na tensão de base é igual a corrente de base multiplicada pelo paralelo das resistências R1 e R2.

ΔVBmax = IEmax / (hFE + 1) * (R1 || R2)

Exercício 1 (resolvido)

Utilizando um transistor configurado como emissor seguidor polarizado por um divisor resistivo, crie uma fonte de 3,3V a partir de uma fonte de alimentação 5V. Escolha os resistores para que a fonte forneça de 0 a 15mA com variação na tensão de saída de no máximo 5%.

1) Calculamos o valor da tensão de base. Sabemos que a saída do amplificador é VE = 3,3V, portanto VB = VE + VBE, consideramos VBE = 0,7V.
VB = VE + VBE
VB = 3,3 + 0,7 = 4V

2) Calculamos o valor que precisamos para o paralelo de R1 e R2 para que a corrente de base seja muito menor que a corrente de polarização.
R1 || R2 << (hFE + 1) * VE / IEmax
R1 || R2 << 101 * 3,3 / 0,015
R1 || R2 << 22kΩ
R1 || R2 < 2,2kΩ

Portanto, a corrente de base será muito menor que a corrente de polarização se o paralelo de R1 e R2 for menor que 2,2kΩ.

3) Calculamos o valor que precisamos para o paralelo de R1 e R2 para que não ultrapassemos a variação máxima desejada. Vamos considerar hFE = 100.
ΔVBmax > IEmax / (hFE + 1) * (R1 || R2)
R1 || R2 < ΔVBmax * (hFE + 1) / IEmax
R1 || R2 < (0,05 * VB) * 101 / 0,015
R1 || R2 < 1,3kΩ

Podemos ver agora que apenas garantir a proporção das correntes não é o suficiente para obter um máximo de 5% de variação. Para isso precisamos que o paralelo de R1 e R2 seja menor que 1,3kΩ.

4) Precisamos escolher valores comerciais para R1 e R2 que nos dê VB ≈ 4V, cujo paralelo seja menor que 1,3kΩ. Escolhemos R1 = 1,5kΩ e R2 = 6,2kΩ, o que nos dá (R1 || R2) = 1,2kΩ, corrente de polarização IR1 = 0,65mA, tensão na base VB = 4,03V e tensão na saída VE = 3,33V.

Note que a tensão de saída varia com a tensão de alimentação VCC. Portanto este circuito só pode ser utilizado quando a tensão de alimentação é regulada.

Exercício 2

Estamos utilizando um microcontrolador de 5V e nosso projeto precisa de um cartão SD para armazenar dados. Queremos três possibilidades de alimentação para o cartão SD: 1,8V, 2,6V e 3,3V. Crie uma fonte de alimentação variável utilizando um transistor emissor seguidor e uma rede de divisores resistivos (controlados por IOs do microcontrolador) que seja capaz de fornecer estas tensões de saída. Escolha os resistores para que a fonte varia a saída no máximo 10% para cada um dos casos. Pesquise por um datasheet de cartão SD e identifique a corrente máxima consumida por ele.

Compartilhe!

Gostou do post? Foi útil? Clique abaixo e compartilhe com seus amigos!

Veja mais posts sobre Projetos.

Autor: Djones Boni

Engenheiro Eletricista.

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *