Ponto quiescente e reta de carga

Willtronic · 13 de agosto de 2018

Boa noite
Estou fazendo um exercício na disciplina de Eletrônica Aplicada, e tive bastante dúvidas sobre o seguinte exercício:

Considerando a figura 82 da página 70 dessa apostila que se encontra na lição 6 de sua apostila de
Eletrônica Aplicada (figura anexada no post), e mostra a reta de carga para um RC de 320Ω (Ohms) traçada sobre o gráfico
Ic X Vce de certo transistor.

- Por que o ponto quiescente foi colocado no ponto onde a reta de carga cruza a curva de corrente
de base de 0,2mA?
- O que aconteceria se o ponto quiescente fosse escolhido no ponto de cruzamento com a curva de
corrente de base de 0,35mA?
- Trace sobre a figura a reta de carga para o mesmo circuito (RC de 320Ω (Ohms)), mas para um Vcc
de 20V.

Pelo que entendi da apostila, a reta de carga define as possíveis tensões que o transistor pode assumir em função das correntes de base fornecidas no gráfico de IC x VCE, porém, não entendi como calcular o ponto quiescente ( apesar de o enunciado já mostrar ele ), e também não encontrei a justificativa para ele estar exatamente onde está.

Gostaria de alguma dica para iniciar o exercício.. Desde já agradeço.

Daniel Resende · 13 de agosto de 2018

O ponto Q foi colocado em 0,2mA porque ali é o centro da reta de carga (vcc/2). Procura-se colocar o ponto Q em (vcc/2) porque dessa forma o sinal alternado tem mais "espaço" para variar "pra cima" ou "pra baixo"..

aphawk · 13 de agosto de 2018

@Daniel Resende ,

Está quase certo ....

Na verdade olhando a reta de carga, verá que ela cruza a curva de Ib onde Vce = 5 volts aproximadamente.

Então a variação de maneira LINEAR vai com Vce entre 5V e 24V , cuja media é aproximadamente 14,5 Volts.

O ponto escolhido está bem mais próximo de 13,5 do que de 12 Volts.

Se quiser, também pode olhar do lado da corrente de coletor, sempre em modo LINEAR :

Corrente de coletor máxima no ponto onde a reta de carga cruza com Ib é de pouco acima de 60 mA.

O ponto médio é pouco acima de 30 mA, o que dá também bem próximo de Ib = 0,2 mA, e a tensão Vce correspondente em torno de 14,5 V.

A ideia é sempre fazer o transistor operar linearmente na maior variação possível.

Quando ele trabalha de maneira não linear, ocorrem as famosas distorções de sinal.

Paulo

albert_emule · 13 de agosto de 2018

Quando falam em ponto quiescente eu lembro de válvulas termoiônicas.

Acho que é porque a primeira vez que vi este termo, foi num livro de eletrônica do tempo das válvulas.

aphawk · 14 de agosto de 2018

@albert_emule ,

Sim, eu me lembro do curso do Instituto Radio Monitor, no Largo da Concórdia, eu fiz um curso básico quando tinha 16 anos .... o conceito é o mesmo, só que não haviam pontos onde ocorreriam distorção.... e tudo era controlado por tensão, impedância de entrada quase infinita, era uma maravilha kkkkk !

Paulo

Willtronic · 14 de agosto de 2018

11 horas atrás, aphawk disse:

Então a variação de maneira LINEAR vai com Vce entre 5V e 24V , cuja media é aproximadamente 14,5 Volts.

O ponto escolhido está bem mais próximo de 14,5 do que de 12 Volts.

Existe uma fórmula para o valor exato? Eu tentei utilizando Ic max = Vcc/RC, e não obtive a mesma resposta que a sua.. Eu usei o mesmo raciocínio do @Daniel Resende , utilizando Vcc/2, que daria os 12V.

aphawk · 14 de agosto de 2018

@Willtronic ,

Bem, quando trabalhamos com o conceito de reta de carga, é na base da régua mesmo kkkkkk !

Eu uso o conceito de ponto quiescente para variações de sinal AC, e é o mesmo que foi escolhido nesse exercício pelo autor.

Veja aqui a matemática :

https://www.tutorialspoint.com/amplifiers/operating_point.htm

E veja aqui também para entender o ponto quiescente em DC :

https://www.tutorialspoint.com/amplifiers/transistor_load_line_analysis.htm

Legal, não é ?

Bem-vindo ao mundo dos transistores kkkkk !

Paulo

Willtronic · 14 de agosto de 2018

@aphawk Obrigado pelo material! Parece ser bem completo, vou tentar ver com um amigo se ele consegue traduzir, pois o meu inglês não é bom, e o tradutor do google parece que me confundiu mais ainda kkkkk.

14 minutos atrás, aphawk disse:

Bem, quando trabalhamos com o conceito de reta de carga, é na base da régua mesmo kkkkkk !

Perguntei se existia uma fórmula exata porque apesar de ser apenas um exercício, eu tenho que enviar isso ao meu professor, então tem que estar o mais correto possível, pois acaba sendo um teste pra mim, já que só estou terminando de juntar um dinheiro pra voar pra SP e realizar a prova presencial, e estou estudando bastante porque estou com uma impressão que isso cai na prova...

MOR_AL · 14 de agosto de 2018

Bom.

O ponto quiescente é escolhido pelo projetista, que nesse caso da figura vale:

Icq = 32mA, Vceq = 13V e Ibq = 0,2mA. O "q" de Icq, Vceq e Ibq vem de quiescente.

Da figura tem-se também, Vcc = 24V.

Segue o desenvolvimento no meu manuscrito.

Observações:

1 - O circuito considerado tem apenas intuito de exercício, pois não é muito usado.

2 - O valor da polarização depende muito do valor de beta do transistor e este varia muito de transistor para transistor. Aliás, não se costuma projetar circuitos com pontos de operação tão dependentes do beta do transistor. Um circuito menos propenso a influência da variação do beta do transistor, teria um resistor do emissor para o terra e outro resistor da base para o terra.

MOR_AL

Willtronic · 14 de agosto de 2018

@aphawk Depois de uma tarde inteira estudando e fazendo exercícios parecidos, acho que finalmente descobri as respostas. Utilizei bastante o site que me indicou ( muito bom por sinal ) com a tradução do google mesmo, e já coloquei como meta fazer um curso de inglês, pois basta uma pesquisa rápida no google pra ver que as páginas internacionais possuem bem mais conteúdo.

@MOR Você realmente ''desenhou'' o assunto amigo kkk, juntando as informações que tive nesse post, ficou mais fácil prosseguir.

@aphawk @MOR Gostaria que dessem uma olhada nas minhas respostas, e se possível, indicar onde errei ( se houver erros ) para que assim eu refaça novamente.

Segue as respostas:

1- Por que o ponto quiescente foi colocado no ponto onde a reta de carga cruza a curva de corrente

de base de 0,2mA?

R – Porque é o ponto que independentemente da oscilação do sinal CA, o transistor permanece na região ativa. O Ponto Quiescente não deve ser perturbado, pois deve permanecer estável para obter uma amplificação fiel.

2 - O que aconteceria se o ponto quiescente fosse escolhido no ponto de cruzamento com a curva de

corrente de base de 0,35mA?

R – Neste caso, o Ponto Quiescente poderia ter uma perda dos componentes do sinal, pois foi colocado muito próximo do ponto de saturação.

3 - Trace sobre a figura a reta de carga para o mesmo circuito (RC de 320Ω (Ohms)), mas para um Vcc
de 20V.

R - (IMAGEM ANEXADA)

aphawk · 15 de agosto de 2018

@Willtronic ,

Realmente tem de saber ler inglês fluentemente, ou vai ter muita dificuldade.

Quanto ao @MOR , ele é o único aqui que faz essa didática, eu invejo essa disposição e claro o conhecimento teórico que ele ainda possui ( o meu já foi-se fazem décadas ! ) , e é uma honra contarmos com ele aqui no Fórum.

Quanto à suas respostas :

1 - Quase certo... o ponto quiescente é a polarização de base que permite a maior amplitude de saída com a menor distorção possível. Mas se o sinal aplicado na entrada for alto demais, a saida vai distorçer do mesmo jeito, embora

mantendo a amplitude máxima.

2 - O transistor iria trabalhar no limiar da saturação, fazendo com que o sinal no coletor seja totalmente distorçido quando o sinal aplicado na entrada tiver amplitude AC maior do que zero volts.

3 - errado.... o eixo Y representa a corrente de coletor, cujo valor máximo será de 20V / 320 ohms = 62 mA.

Sua reta tem de sair desse ponto, e não do ponto que você usou, de uns 73 mA.

No eixo X , sua escolha está correta, 20V.

Paulo

MOR_AL · 15 de agosto de 2018

52 minutos atrás, Willtronic disse:

...

@aphawk @MOR Gostaria que dessem uma olhada nas minhas respostas, e se possível, indicar onde errei ( se houver erros ) para que assim eu refaça novamente.

Segue as respostas:

1- Por que o ponto quiescente foi colocado no ponto onde a reta de carga cruza a curva de corrente

de base de 0,2mA?

R – Porque é o ponto que independentemente da oscilação do sinal CA, o transistor permanece na região ativa. O Ponto Quiescente não deve ser perturbado, pois deve permanecer estável para obter uma amplificação fiel.

Eu diria, como já foi mencionado, que este ponto permite a máxima excursão do sinal ca, uma vez que a saturação e o corte do sinal ca, ocorrem com a mesma amplitude do ciclo positivo e negativo.

Citação

2 - O que aconteceria se o ponto quiescente fosse escolhido no ponto de cruzamento com a curva de

corrente de base de 0,35mA?

R – Neste caso, o Ponto Quiescente poderia ter uma perda dos componentes do sinal, pois foi colocado muito próximo do ponto de saturação.

Ok. Os ciclos negativos teriam pouca excursão antes de saturar, ocasionando uma tensão ac de menor amplitude antes de ser deformada..

3 - Trace sobre a figura a reta de carga para o mesmo circuito (RC de 320Ω (Ohms)), mas para um Vcc
de 20V.

Ic máximo = (Vcc - Vce de saturação) / Rc --> IcMa = (Vcc - VceSat) / Rc = (20 - 0,08) / 320 = 62mA (VceSat do BC337 @ 60mA)

R - (IMAGEM ANEXADA)

Observação:

1 - Só fiz porque você tentou fazer antes, mostrado que não queria a solução pronta.

Bons estudos.

2 - Pesquise aqui no fórum. Eu fiz um tutorial sobre transistores.

3 - Grato, Paulo. Sempre elogiando minhas colaborações. Gostaria de ter a metade do seu conhecimento com AVR.

MOR_AL

Willtronic · 15 de agosto de 2018

@aphawk Realmente, a primeira questão ficou um pouco vaga, e quanto a terceira, não me atentei a corrente do coletor, e acabei errando por falta de atenção.

@MOR Mais uma vez você foi certeiro. Sim, eu estava tentando resolver sozinho, e recorri a este fórum para receber ajuda. Imagino que existam pessoas que chegam aqui querendo apenas a resolução sem colocar a cabeça pra funcionar. A atitude desde fórum é louvável, pois ajuda quem quer ser ajudado, e não dá moral para preguiçosos rs. Desejo apenas finalizar o meu curso e poder retribuir todo o conhecimento que me foi passado aqui.

Enfim, muito obrigado aos dois, vou continuar recorrendo a este fórum (inclusive já já vou postar mais uma dúvida kkk) pois sei que existem pessoas capacitadas e dispostas a ajudar quem busca conhecimento, e se Deus quiser, num futuro próximo estarei aqui também para agregar conhecimento.
Boa noite senhores.

aphawk · 15 de agosto de 2018

@Willtronic ,

Gostamos de ajudar, e você já percebeu que ajudamos a quem se esforça para aprender.

A Eletronica já foi bem mais divertida do que é hoje, quando existiam bem poucos Circuitos Integrados, e a gente tinha de fazer tudo na marra, enrolando nossos próprios indutores e desenhando nossos próprios esqueminhas.

Hoje em dia existem CI’s e módulos para quase tudo, e a Internet vai ser sua maior aliada na sua viagem pelo conhecimento.

Aprender Inglês é fundamental para qualquer trabalho hoje em dia, pois abre novos horizontes, e vai permitir ler datasheets e mlhares de Fóruns fora do Brasil onde existe um conhecimento fantástico espalhado, só temos de saber procurar no Google.

Voltando ao seu problema :

Esses conceitos são fundamentais para você entender bem o funcionamento dos transistores bipolares, embora na prática ninguém usa esse tipo de polarização, sempre usamos o circuito com 4 resistores, como o @MOR já havia adiantado em um post anterior.

Logo você vai passar por ele no seu aprendizado, e vai aprender novos truques com capacitores para aumentar o ganho em AC e os cálculos envolvendo frequências.

Não se preocupe em perguntar, um bom entendimento é fundamental para o aprendizado sólido.

Paulo