Questão 4. A Reta de Carga CC para um circuito de polarização do emissor com V_{C C}=20 V, R_{C}=4 k \Omega e R_{E}=1 k \Omega é definida por dois pontos extremos. Qual é o valor da corrente de coletor \left(I_{C(s a t)}\right) no ponto de saturação (assumindo V_{\text {CEsat }} \approx 0 \mathrm{~V} )?
a) 20 mA .
b) 4 mA .
c) 6,67 \mathrm{~mA}.
d) 5 mA .

Passo 1

Lista clara do que o enunciado dá e do que pede.
  • Dados fornecidos:
    • V_{CC}=20\\ \text{V}.
    • R_{C}=4\\ \text{k}\Omega.
    • R_{E}=1\\ \text{k}\Omega.
    • Assumir V_{CE(\text{sat})}\approx 0\\ \text{V} no ponto de saturação.
  • O que o enunciado pergunta:
    • Qual é o valor da corrente de coletor \left(I_{C(\text{sat})}\right) no ponto de saturação?

Passo 2

Entendendo o circuito e escrevendo a equação de circuito útil.
  • Imagine o caminho da fonte até o terra passando por R_C, pelo coletor-emissor do transistor (quando saturado) e por R_E. Aplicamos a lei das malhas (KVL) nessa malha direita do circuito.
  • Escrevemos a equação de tensão ao redor da malha (do positivo da fonte ao terra):
V_{CC} - I_C R_C - V_{CE} - I_E R_E = 0.
  • Onde:
    • I_C é a corrente do coletor (o que queremos).
    • I_E é a corrente do emissor.
    • V_{CE} é a tensão coletor-emissor.

Passo 3

Relacionamento entre correntes e aproximação necessária (explicando por quê).
  • Pela conservação de corrente no transistor:
I_E = I_C + I_B,
onde I_B é a corrente de base.
  • Em polarização normal, quando o transistor está em região ativa, \beta = I_C/I_B é grande (por exemplo \beta\sim 50 a 100 ou mais), então I_B é muito menor que I_C e podemos aproximar
I_E \approx I_C.
  • Mesmo na saturação usamos essa aproximação para achar o intercepto extremo da reta de carga: ela fornece o máximo valor possível de I_C quando V_{CE}=0. Se \beta for finito e pequeno, I_B afetaria levemente o valor, mas o enunciado pede a corrente no ponto de saturação assumindo V_{CE(\text{sat})}\approx 0, portanto a aproximação I_E\approx I_C é adequada para este cálculo (vou mostrar um check numérico ao final).

Passo 4

Aplicar V_{CE(\text{sat})}\approx 0 e I_E\approx I_C para isolar I_C.
  • Colocando V_{CE}=0 e I_E\approx I_C na equação da malha:
V_{CC} - I_C R_C - 0 - I_C R_E = 0.
  • Agrupando termos:
V_{CC} - I_C (R_C + R_E) = 0 \quad\Rightarrow\quad I_C = \frac{V_{CC}}{R_C + R_E}.

Passo 5

Cálculo numérico passo a passo com unidades.
  • Somar resistências:
R_C + R_E = 4\\ \text{k}\Omega + 1\\ \text{k}\Omega = 5\\ \text{k}\Omega = 5000\\ \Omega.
  • Dividir V_{CC} pela resistência total:
I_C = \frac{20\\ \text{V}}{5000\\ \Omega} = 0{,}004\\ \text{A}.
  • Converter para miliampères:
I_C = 0{,}004\\ \text{A} = 4\\ \text{mA}.

Passo 6

Verificação rápida (consistência dos drops de tensão).
  • Queda em R_C: I_C R_C = 4\\ \text{mA}\cdot 4\\ \text{k}\Omega = 16\\ \text{V}.
  • Queda em R_E (usando I_E\approx I_C): I_E R_E \approx 4\\ \text{mA}\cdot 1\\ \text{k}\Omega = 4\\ \text{V}.
  • Soma das quedas: 16\\ \text{V} + 4\\ \text{V} = 20\\ \text{V} = V_{CC}, compatível com V_{CE}=0.

Resposta

\,4\\ \text{mA}

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