Transistores: Dimensionamento por reta de carga ou ganho?

SkullManHC · 7 de setembro de 2015

Olá pessoal !

Não seria mais conveniente utilizar a reta de carga presente no datasheet dos transistores do que estipular valores de ganho para a polarização de base?

Digo isso porque já vi muitas pessoas estipulando valores e na pratica o projeto não funciona adequadamente..

O que vocês acham???

MOR_AL · 7 de setembro de 2015

Um bom projeto com estrágios transistorizados não deve depender dos valores dos parâmetros do transistor e sim de valores de resistores e capacitores. Procure um tutorial que fiz e disponibilizei aqui no fórum.

Bons projetos.

MOR_AL

aphawk · 8 de setembro de 2015

@SkullManHC,

Para fazer a reta de carga, o próprio fabricante "chutou" parâmetros, utilizando a média obtida em uma amostragem feita quando fizeram o datasheet, em muitos casos dezenas de anos atrás. Nada garante que o SEU transistor tenha exatamente o mesmo parâmetro, e na minha opinião devido a alterações no processo de fabricação ao longo dos anos deveria ser feita uma outra amostragem e atualizar o datasheet.

Já peguei um BC549C-360 com ganho de 120, e um com 650 ! E já peguei um com VBE de 0,68 e outro com VBE de 0,73 Volts. Todos do mesmo fabricante, e do mesmo lote de fabricação. Já peguei alguns com um baita ruído que nem Deus explicava, e alguns BC547B que se recusavam a oscilar em um simples transmissorzinho de FM de 100 Mhz, enquanto outros oscilavam fácilmente, mesmo tendo Hfes altos muito parecidos e VBE quase idênticos.

Ou seja .... não temos nenhuma garantia quanto á especificação individual. Só testando mesmo .....

O correto é fazer como o @MOR disse : estabilizar o ponto de operação pelos componentes externos, evitando que a troca de um transistor por outro modifique significativamente o funcionamento do circuito.

Paulo

SkullManHC · 8 de setembro de 2015

@MOR

@aphawk

Concordo plenamente com a opinião de vocês no que diz respeito a amplificadores transistorizados, realmente é necessário estabilizar os parâmetros com componentes externos.

Mas e no caso de acionamentos de cargas, como por exemplo um relê, não haveria uma aproximação significativa se utilizarmos a reta de carga proposta pelo fabricante?

MOR_AL · 8 de setembro de 2015

@MOR

@aphawk

Concordo plenamente com a opinião de vocês no que diz respeito a amplificadores transistorizados, realmente é necessário estabilizar os parâmetros com componentes externos.

Mas e no caso de acionamentos de cargas, como por exemplo um relê, não haveria uma aproximação significativa se utilizarmos a reta de carga proposta pelo fabricante?

Para acionamentos de cargas, considere o menor ganho (HFE) NA SATURAÇÃO!

MOR_AL

aphawk · 8 de setembro de 2015

@SkullManHC,

Para o acionamento de uma carga, pelo coletor do transistor, certo ?

Se voce levantar a reta de carga em um determinado circuito, voce já tem os dados reais, e claro, tudo vai bater.

Mas o conceito de reta de carga é usado mais para determinar o funcionamento na zona ATIVA do transistor !

Quando voce comuta uma carga com um transistor, o que voce quer é que ele esteja em saturação, pois nesse caso a Vce é a menor possível e o transistor vai dissipar a menor energia em calor.

Claro que este ponto não pode ser visto na reta de carga, pois a partir de uma certa corrente de base, o transistor já estará saturado. Mesmo que você triplique essa corrente de base, nada vai mudar no VCE do transistor em questão, porisso que a reta de carga é inútil nessa situação.

Mas tem algo que eu não estou entendendo... em qual datasheet voce está vendo uma reta de carga definida pelo fabricante ?????

Até onde eu tenho visto, o fabricante apresenta sempre "TIPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS" , que nada mais são do que o resultado de uma média.

Veja aqui um exemplo :

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/FILES/bc550.pdf

Repare a dispersão de alguns valores, entre um máximo e um mínimo :

Ganho : entre 110 e 800 !!!!! mais de 500% !!!!!!

Tensão VBE : entre 580 e 700 mV !!!

Ruido : típico de 2 e máximo de 10 dB !!!! ou seja, mais de 100% fácil

como é possível fazer um projeto se voce se basear na MÉDIA e tiver um transistor que esteja perto dos extremos ?

No caso de acionamento de um relé, o que se usa é o ganho mínimo; pegue a corrente de acionamento do relé, que será a corrente de coletor; assim se calcula a corrente de base mínima, e para garantir que esteja tudo bem, use na realidade uma corrente de base 5 vezes maior, que é uma garantia de saturação do transistor.

Paulo

SkullManHC · 8 de setembro de 2015

@Alphawk

No datasheet apresentado por você existe um gráfico que representa o modo de operação estático do transistor(static characteristic).

A partir desse gráfico é possível estabelecer ic para saturação e vce para o corte e em seguida traçar a reta de carga.

Observado o joelho das curva de corrente de base é possível estabelecer um valor para ib no qual o transistor atinge a saturação.

aphawk · 8 de setembro de 2015

@SkullManHC,

Ah, sim, mas isso não é a reta de carga.... são os gráficos "típicos" .

É o que te falei, repare que os gráficos são baseados nos valores médios dos transistores, por exemplo a relação Ic/Ib é feita baseado no Hfe típico. Mesmo o gráfico não garante nada se seu transistor for um pouquinho fora do parâmetro típico...

Paulo

SkullManHC · 8 de setembro de 2015

@aphawk

Pode não garantir mas ele apresenta aproximações bem significativas no caso de uma variação praticamente insignificante, ainda mais no caso de acionamento de cargas, não é?

Realmente é como você disse valores médios são desprezíveis para quem trabalha com os extremos.

aphawk · 8 de setembro de 2015

@SkullManHC,

Não são mais significativas que qualquer um dos dados que consta no datasheet, concorda ?

Existem técnicas de exame de sensibilidade de um circuito, justamente para que se conclua qual a tolerância necessária para usar um determinado componente sem afetar o desempenho. Mas é um saco fazer isso .....

No caso de acionamento de carga, é exatamente o que o @MOR já te falou e eu complementei.

Imagine o seguinte caso : você pegou no datasheet, e usou as curvas, e determinou que com uma corrente de base X vai ter a corrente de coletor necessária e vai acionar a carga.

Aí, voce compra o transistor, coloca, e o relê não aciona ...... voce acaba descobrindo que o seu transistor tem um ganho real de 150 quando segundo o datasheet o ganho médio é de 450.

Então, voce diminui o seu resistor de base para 1/3 do valor e aí sim consegue acionar o relé.

Para evitar isto é que se usa no cálculo para acionar cargas o ganho mínimo, e não o médio, que é o que está nas curvas ! E ainda assim eu coloco 5 vezes mais corrente de base prá garantir. Ou seja, concorda que não existe nenhuma precisão nisso ? é um procedimento prático que sempre funciona !

Se o seu transistor representa bem a média, aí sim eu concordo com sua afirmaçao de que apresenta uma boa aproximação. Mas como é que voce faria para chegar numa loja e pedir : "quero 5 transistores tipo BC549C que tenhma os valores de ganho e VBE bem perto da média do datasheet" !!!! ??????

Na prática, as empresas possuem sistemas de testes de tolerância, justamente para selecionar os componentes que atendam ao projeto. Compram um lote de 1000 peças, testam todos, e trocam os que não passaram por uma nova quantidade, até completar a necessidade !

Quando eu trabalhava num grande fabricante de aparelhos de áudio, o distribuidor mandava 3000 para a gente separar 1000 , e ainda assim de cada 1000 só passavam cerca de 200 ....

SkullManHC · 8 de setembro de 2015

@aphawk

Realmente agora concordo com você. Seria um grande equívoco supor, diante do exemplo que você citou, que na compra de um único transistor ele teria um parâmetro próximo do datasheet, seria uma possibilidade extremamente pequena disso acontecer. Se comprando um lote com 1000 transistores para um projeto, somente 200 atenderiam os requisitos...pense na compra de uma unidade.

No caso de acionamentos, vou passar a seguir o procedimento indicado por vocês.

Mas por curiosidade...

Como é feita essa seleção que você citou?

aphawk · 8 de setembro de 2015

@SkullManHC,

Existem instrumentos chamados de traçador de curvas. voce coloca o transistor nele, seleciona alguns parâmetros limites, como corrente máxima e tensão VCE máxima, e o aparelho mostra numa tela as famosas curvas, mostrando para várias correntes de base qual a corrente de coletor e a tensão Vce . Assim, voce determina pela tela se o ganho está mais ou menos correto, e se as curvas são lineares como deveriam, sempre paralelas umas às outras. Esse é o primeiro teste : linearidade em respeito à Vce para valores diferentes de corrente de base determinam a qualidade básica do transistor.

A seguir, usando outro instrumento, voce mede o ganho hfe do transistor, isto para circuitos onde o ganho tem de ser adequado, e separa dentro de uma faixa de máximo / mínimo .

Depois, colocamos em um medidor de ruído, que nada mais é do que um amplificador de ruído , e esse aparelho mostra o ruído do transistor. Claro que isto se aplica apenas em alguns casos.

Se forem transistores para chaveamento, as capacitâncias também são muito importantes, então usa-se um aparelho mais sofisticado que indica as diferentes capacitâncias ....

Isto é o que diz a teoria !!!! Na prática, quase nenhuma empresa faz isto.... dá trabalho e precisa de equipamentos que nem sempre encontramos fácilmente aqui no Brasil.

Meu primeiro emprego foi justamente nessa área de seleção de transistores no CQ da Quasar..... foi um mês que fiquei no CQ que eu aprendí muito sobre a teoria e a nossa realidade ....

Paulo

SkullManHC · 9 de setembro de 2015

@aphawk

Talvez seja por isso que alguns aparelhos apresentam mau funcionamento logo quando saem de fábrica. Se o fabricante não se preocupa com a qualidade dos componentes do projeto, o mais provável que pode acontecer são aparelhos defeituosos. Não é mesmo?

MOR_AL · 9 de setembro de 2015

Use a informação de Vce de saturação.

No exemplo do Paulo, você verificará que as condições levam ao valor de HFE = 20. Então considere HFE um pouco menos que o valor calculado. Algo como 50% já estaria bom. No caso, um bom valor de HFE de saturação seria 10.

Note também que há um compromisso aí. Quanto mais corrente de base, mais lenta fica a comutação. Como no seu caso é um relé, a velocidade de comutação não seria importante.

MOR_AL