No mundo da eletrônica, entender o comportamento dos transistores é fundamental para projetar circuitos eficientes e funcionais. Um dos conceitos essenciais para quem estuda amplificadores é a resistência dinâmica \(r’_e\), que aparece no emissor de transistores bipolares (BJTs) quando eles estão polarizados em pequenos sinais. Apesar de muitas vezes ser confundida com a resistência externa \(R_E\), a \(r’_e\) tem características e funções distintas, sendo crucial para definir o ganho de tensão e a resposta dinâmica do amplificador.
Neste artigo, vamos explorar o que é a resistência dinâmica \(r’_e\), como ela surge em circuitos com transistores e como se diferencia da resistência \(R_E\), comumente utilizada para estabilização. Além disso, veremos o impacto prático do \(r’_e\) em amplificadores de pequenos sinais, esclarecendo seu papel no desempenho dos circuitos. O objetivo é oferecer uma explicação clara e acessível, voltada para estudantes e entusiastas da eletrônica que desejam aprofundar seu conhecimento sobre este importante parâmetro.
Entendendo a Resistência Dinâmica \(r’_e\)
No estudo dos transistores bipolares de junção (BJT), especialmente em pequenos sinais, a resistência dinâmica do emissor, representada por \(r’_e\), desempenha um papel fundamental no comportamento do amplificador. O \(r’_e\) refere-se à resistência interna vista no emissor do transistor e varia conforme a corrente que flui pelo emissor.
Para calcular o \(r’_e\), usamos a fórmula:
\[
r’_e = \frac{25\text{mV}}{I_E}
\]
Onde \(I_E\) é a corrente de polarização do emissor em amperes. Essa fórmula, baseada em princípios de estado sólido, nos dá uma aproximação precisa da resistência dinâmica do emissor para circuitos de pequenos sinais. O valor de 25 mV é uma constante derivada das propriedades físicas do silício em temperatura ambiente, sendo amplamente utilizada na indústria .
A importância do \(r’_e\) reside no fato de que ele influencia diretamente o ganho de tensão de um amplificador com transistor. Quanto menor o \(r’_e\), maior será o ganho de tensão, já que ele atua como um elemento resistivo na malha de realimentação do emissor .
Diferença entre \(r’_e\) e \(R_E\)
É importante não confundir \(r’_e\), a resistência dinâmica intrínseca ao transistor, com \(R_E\), que é a resistência externa conectada ao emissor. Esses dois parâmetros têm funções distintas em circuitos com transistores.
Enquanto \(r’_e\) é uma resistência interna e variável do transistor, associada à corrente de emissor \((I_E)\), \(R_E\) é uma resistência externa e fixa inserida propositalmente no circuito. A função de \(R_E\) é estabilizar o ponto de operação do transistor, além de limitar o ganho de tensão, proporcionando maior estabilidade térmica e linearidade ao circuito.
O impacto dessas resistências no ganho de tensão de um amplificador pode ser observado na fórmula:
\[
A_v \approx \frac{R_C}{r’_e + R_E}
\]
Aqui, o ganho de tensão \((A_v)\) é inversamente proporcional à soma de \(r’_e\) e \(R_E\). Ou seja, quanto maior for a soma dessas resistências, menor será o ganho de tensão do circuito. Essa combinação é crucial para controlar o comportamento do amplificador em termos de estabilidade e desempenho.
Portanto, enquanto \(r’_e\) depende diretamente da corrente que flui pelo transistor e varia conforme as condições de operação, \(R_E\) é projetada de forma fixa para desempenhar funções de estabilização.
O Papel de \(r’_e\) em Amplificadores de Pequenos Sinais
Em circuitos de amplificação de pequenos sinais, como os amplificadores de emissor comum, o \(r’_e\) tem um papel crucial. Ele representa a resistência interna do transistor à passagem de pequenos sinais de corrente e, portanto, afeta diretamente o ganho do amplificador. Como vimos anteriormente, o \(r’_e\) é inversamente proporcional à corrente de emissor \((I_E)\), o que significa que:
- Quanto maior a corrente de polarização do emissor, menor será o valor de \(r’_e\), resultando em um maior ganho de tensão.
- Quanto menor a corrente de emissor, maior será \(r’_e\), o que reduz o ganho de tensão do amplificador.
Nos amplificadores de pequenos sinais, o cálculo do \(r’_e\) é essencial para projetar a resposta de frequência e a amplificação desejada. Além disso, como \(r’_e\) é uma resistência variável que depende da corrente de polarização, ele pode mudar conforme o circuito opera, influenciando o comportamento dinâmico do amplificador.
Por exemplo, em um circuito típico de emissor comum, o ganho de tensão é dado por:
\[
A_v = – \frac{R_C}{r’_e + R_E}
\]
Aqui, podemos observar que o \(r’_e\) atua como parte da resistência total do emissor, limitando o ganho de tensão. Para manter a linearidade e a estabilidade do ganho em diferentes condições de operação, é comum incluir a resistência \(R_E\), que ajuda a controlar as variações de \(r’_e\).
Na prática, o \(r’_e\) atua como um amortecedor, evitando que pequenos desvios na corrente de emissor resultem em grandes variações no ganho de tensão, o que seria indesejado em muitos projetos de amplificadores.
Conclusão
Compreender a resistência dinâmica \(r’_e\) é essencial para projetar amplificadores com transistores bipolares de junção (BJT). Embora seja uma resistência interna e variável, ela desempenha um papel fundamental no ganho de tensão e na resposta de pequenos sinais de um amplificador. A fórmula que relaciona o \(r’_\e) com a corrente do emissor nos permite calcular essa resistência com precisão, ajustando o desempenho do circuito conforme necessário.
Por outro lado, a resistência externa \(R_E\) é uma ferramenta importante para estabilização e controle de ganho, evitando que variações térmicas ou de corrente no transistor causem grandes alterações no ponto de operação. A soma dessas resistências \((r’_e + R_E)\) é o que define o comportamento final do amplificador.
Ao equilibrar corretamente esses dois fatores, \(r’_e\) e \(R_E\), é possível obter um amplificador eficiente, estável e com boa linearidade. Com esse conhecimento, estudantes e profissionais da eletrônica podem aprimorar suas habilidades no projeto de circuitos com transistores, explorando ao máximo o potencial desses dispositivos.
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