Fonte Ativa de Corrente Constante com Transistor
A forma mais simples de fonte de corrente é um resistor, mas fontes de corrente ativas usando transistores são capazes de fornecer uma corrente muito mais constante ou controlada.
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Os tipos de circuito de transistor incluem:
Tipos de circuitos transistorizados | Emissor comum | seguidor de emissor | Base comum | Darlington par | Par Sziklai | Circuito Espelho de Corrente com Transistor | Cauda Longa com Transistores | Fonte de Corrente Constante | Multiplicador de Capacitância | Amplificador de dois transistores | Circuito de Filtro Passa-Alta com Transistor
Veja também: Projeto de circuito transistorizado
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Fontes ativas de corrente constante são freqüentemente usadas em projetos de circuitos eletrônicos. Alguns circuitos de corrente constante podem ser feitos usando poucos componentes eletrônicos, mas outros que fornecem melhor desempenho podem usar alguns mais.
A fonte de corrente constante mais simples usa um único componente eletrônico: um resistor, mas muitas vezes as fontes de corrente constante usam transistores, embora FETs e, quando aplicável, ajustes de vácuo de válvulas termiônicas também possam ser usados.
É possível criar uma fonte de corrente constante ativa usando um único transistor e alguns resistores, embora projetos mais abrangentes também estejam disponíveis usando alguns componentes eletrônicos adicionais.
O que é uma fonte de corrente constante
O elemento básico é uma fonte de corrente e este é um elemento ou bloco dentro de um circuito cuja função é fornecer corrente – o foco principal é fornecer corrente em vez de tensão.
O item mais útil em termos de fornecimento de corrente é o que se chama de fonte de corrente constante. Essa entidade fornece um nível especificado de corrente, independentemente da impedância da carga na qual está conduzindo a corrente.
Uma fonte de corrente constante teórica será capaz de fornecer a corrente constante totalmente independente da impedância. Podem ocorrer problemas quando níveis de impedância muito altos ou mesmo circuitos abertos são encontrados porque podem ser necessárias tensões muito altas para atingir os níveis de corrente necessários.
Em vista disso, fontes reais de corrente constante têm limitações colocadas sobre a faixa de níveis de impedância onde podem fornecer uma corrente constante.
Em termos do gráfico IV da saída de uma fonte de corrente constante, a característica é representada por uma linha reta.
Existem dois tipos de fonte de corrente constante:
- Fonte de corrente independente: Para esta forma de fonte de corrente, a corrente é independente de qualquer variável no circuito. Em outras palavras, produz uma corrente fixa.
- Fonte de corrente controlada: Esta forma de dispositivo de corrente constante produz um nível de corrente que pode ser controlado por um fator externo, como uma tensão de controle, mas será capaz de fornecer o nível de corrente necessário independentemente da carga.
Aplicativos de origem atuais ativos
As fontes de corrente são necessárias em várias áreas diferentes do projeto de circuitos eletrônicos.
Fontes de corrente podem ser usadas para polarizar transistores e também podem ser usadas como cargas ativas para estágios de amplificadores de alto ganho. Eles também podem ser usados como fontes emissoras para amplificadores diferenciais – por exemplo, eles podem ser usados no par de cauda longa do transistor.
Eles também podem ser usados como links pull-up de ampla faixa de tensão em fontes de alimentação e outros circuitos de ampla faixa de tensão. Se fossem usados resistores comuns, a corrente variaria consideravelmente na faixa de tensão.
Um exemplo comum do uso de fontes de corrente é acionar um diodo Zener em um circuito regulador. Manter a corrente constante, independentemente da corrente consumida pelo transistor de passagem em série no circuito, ajuda a manter um nível de regulação muito melhor.
Além disso, fontes de corrente autônomas também são necessárias em processos que variam, incluindo eletroquímica e eletroforese.
Desta forma, pode-se ver que uma fonte de corrente constante é um importante bloco de circuito usado em uma ampla variedade de áreas no projeto de circuitos eletrônicos.
Circuito de fonte de corrente de resistor simples
A forma mais simples de circuito de corrente constante usa um único componente eletrônico: um resistor. Se a tensão da fonte for muito maior do que a tensão onde a corrente é necessária, a corrente de saída será quase independente da carga.
Para a fonte de corrente constante perfeita, a fonte de tensão teria uma tensão infinita e o resistor teria uma resistência infinita.
Para aplicações práticas, a tensão e a resistência devem permitir que a corrente seja suficientemente constante ao longo da faixa de carga necessária.
Para o circuito acima, a corrente pode ser calculada com muita facilidade, pois é aproximadamente I = V / R porque Vload (a tensão na carga) é muito menor que V (a tensão da fonte).
Esta forma simples de fonte de corrente tem muitas limitações:
- Os altos valores de resistência necessários dissipam a potência tornando os circuitos ineficientes.
- Altas tensões de fonte são necessárias e nem sempre estão facilmente disponíveis.
- Variações na carga podem causar algumas variações de corrente se valores suficientemente altos de tensão da fonte não estiverem disponíveis.
Tendo em vista essas limitações, esta fonte de corrente constante simples não é amplamente utilizada onde uma verdadeira corrente constante é necessária.
Para obter melhor desempenho com uma fonte de tensão mais baixa e com menor dissipação de energia, embora com alguns componentes eletrônicos extras, um circuito ativo de corrente constante é mais amplamente utilizado e fornece melhor desempenho geral para a maioria dos requisitos práticos.
Princípios básicos da fonte de corrente constante ativa do transistor
O simples uso de um transistor permite que uma fonte de corrente muito mais eficaz seja feita usando apenas alguns componentes eletrônicos adicionais, incluindo um transistor, alguns resistores e algumas equações simples para o projeto do circuito eletrônico.
A fonte de corrente opera devido ao fato de que a corrente de coletor em um circuito de transistor é Β vezes a corrente de base. Isso é independente da tensão do coletor, desde que haja tensão suficiente para conduzir a corrente através do dispositivo de carga no coletor.
Neste circuito, a corrente de coletor é β vezes a corrente de base. Normalmente β é grande e, portanto, pode-se supor que a corrente do emissor que é (β + 1) vezes a corrente de base e a corrente do coletor que é β vezes a corrente de base são iguais.
Em vista disso, é uma questão simples projetar o circuito para uma determinada corrente.
Ajustando os resistores R1 e R2 é possível ajustar a tensão de base. A tensão do emissor será 0,6 volts menor, assumindo um transistor de silício. Conhecendo a tensão do emissor, é possível calcular a corrente do emissor a partir de um simples conhecimento da lei de Ohms.
Circuito simples de fonte de corrente ativa estabilizada
A fim de eliminar quaisquer flutuações na corrente decorrentes de mudanças na tensão de alimentação, é uma questão simples de adicionar alguma regulação ao circuito básico, alterando alguns dos componentes eletrônicos. Isso é obtido substituindo R2 por um Zener ou diodo de referência de tensão.
As mesmas equações se aplicam como antes, mas a única diferença é que a tensão de base é mantida em um nível mais constante como resultado da presença do Zener, diodo de referência de tensão.
Dependência da temperatura da fonte de corrente ativa
Uma das principais desvantagens da fonte de corrente ativa básica é que ela depende da temperatura até certo ponto. Para muitas aplicações, isso pode não ser importante, mas onde são necessárias condições rigorosamente controladas, o desempenho da temperatura pode ser muito importante.
Existem duas variações principais que ocorrem:
- Variações de Vbe em relação à temperatura Os efeitos da variação de Vbe causada pela temperatura são de aproximadamente -2mV/°C. Isso resulta em uma variação de Vce. É possível calcular uma relação aproximada: ΔVbe aproximadamente igual a -0,0001ΔVce.
Isso pode ser minimizado escolhendo um valor de resistor de emissor suficientemente grande para garantir que as alterações de tensão do emissor de dezenas de milivolts sejam apenas uma pequena proporção da tensão geral do emissor. No entanto, deve-se ter cuidado para garantir que ainda haja tensão restante suficiente entre o coletor e o trilho para conduzir a corrente através da carga e absorver quaisquer variações na tensão de alimentação. - Variações de β em relação à temperatura Isso pode não ser um grande problema e quaisquer variações podem ser minimizadas escolhendo um transistor com alto valor de Β / Hfe. Desta forma, a contribuição da corrente de base para a corrente do emissor é minimizada e as variações reduzidas tanto quanto possível.
Circuitos ativos de fonte de corrente com boa estabilidade de temperatura
É possível projetar circuitos de fonte de corrente ativa de transistor onde a estabilidade de temperatura inerente é melhor do que os circuitos simples dados acima.
Um dos circuitos mais simples é empregar um que usa transistores NPN e PNP. No circuito mostrado, as variações de queda de tensão Vbe em TR1 são compensadas pelas de TR2. Deve-se notar neste circuito que R3 é um resistor pull up para o coletor de TR1 porque a base de TR2 pode afundar a corrente, mas não gerenciá-la.
Os circuitos acima de tudo incluem transistores, mas também podem ser usados outros componentes eletrônicos ativos, incluindo FETs e até mesmo tubos de vácuo / válvulas termiônicas. Ao usar outros componentes eletrônicos como o dispositivo ativo em uma fonte de corrente, os arranjos de polarização e o circuito precisam levar em conta o fato de que tanto os FETs quanto as válvulas/tubos são acionados por tensão em vez de acionados por corrente. No entanto, eles ainda podem ser usados com a mesma eficácia.
Fontes de corrente ativa de transistor são usadas em muitas áreas, particularmente em circuitos integrados e alguns carregadores de bateria. Eles permitem que uma corrente fixa ou controlada seja fornecida independente da tensão (dentro dos limites) e, como tal, são muito úteis.
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