POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES

 

Transistor é um componente eletrônico que começou a se popularizar na década de 60 cuja função principal é amplificar sinais elétricos. Entende-se por "amplificar" o procedimento de tornar um sinal elétrico mais forte. Um sinal elétrico de baixa intensidade, como os sinais gerados por um microfone, é injetado em um circuito eletrônico (transistorizado por exemplo) cuja função principal é transformar o sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características mas com potência suficiente para excitar os autofalantes.

É conveniente salientar que é praticamente impossível encontrarmos circuitos integrados que não possuam transistores.

Para um amplificador linear existe uma área definida no gráfico de características de saída do transistor. Esta área é denominada ponto de operação permissível, e é determinada pelas limitações de tensão e corrente que cada transistor apresenta. Fica claro portanto que cada transistor possui um gráfico diferente.

Abaixo se encontra um gráfico fornecido por fabricantes de transistores mostrando as regiões de operação permissíveis e proibidas.

Região 1 – A região ativa é a região mais apropriada para um transistor operar como amplificador de sinal senoidal;

Região 2 - A região de saturação é a região em que o transistor atinge sua máxima corrente de coletor. Nesta região, o transistor apresenta baixa resistência de coletor e comporta-se como um interruptor fechado. Quando o transistor opera nesta região não se observa mais à relação entre a corrente de base e a corrente de coletor, ou seja, nesta região, a variação da corrente de base não provoca variação fiel na corrente de coletor.

Região 3 – A região de corte é a região onde a corrente de base é igual a zero. Nesta região, o transistor apresenta elevada resistência de coletor e comporta-se como um interruptor aberto. As correntes de coletor de pequenas proporções são constituídas pelos portadores de carga minoritários (corrente de fuga).

Região 4 - A região de sustentação é atingida quando a voltagem entre o coletor e o emissor atinge o valor máximo suportado pelo transistor. Nesta região, independentemente do sinal está presente na base do transistor, a corrente de coletor se mantém alta.

Região 5 - Na configuração emissor comum, o ganho do transistor está intimamente ligado à freqüência do sinal de entrada. O fabricante fornece a freqüência do sinal de entrada na qual o ganho do transistor passa a ser unitário. À medida que este limite for ultrapassado, o ganho será reduzido podendo torna-se desprezível.

As considerações acima são para um transistor de silício na configuração emissor comum.

Como se viu na figura, a região ativa define as limitações nas quais o transistor tem seu funcionamento seguro para operar como amplificador de sinal senoidal. O objetivo desta região é mostrar as condições em que o transistor funciona sem se danificar. Escolher um ponto no interior da região ativa, de preferência o mais próximo do centro possível, reduz as possibilidades de um eventual deslocamento deste ponto para fora da região de operação podendo danificar o transistor ou provocar distorção no sinal de saída.

Existe uma relação direta entre temperatura e corrente de coletor do transistor. Aumentando-se a temperatura de um transistor, sua corrente de coletor também é aumentada. Da mesma forma, aumentando-se a corrente de base, aumenta-se conseqüentemente a corrente de coletor que por sua vez aumenta a temperatura (Efeito Joule) constituindo assim uma "reação em cadeia". Variando-se a temperatura do transistor, seja esta variação causada pelo simples aumento da temperatura ambiente ou pelo aumento da intensidade da corrente de coletor, o ponto de operação escolhido tende a se deslocar. Temperaturas da ordem de 200ºC para transistores de silício e cerca de 105ºC para transistores de germânio nunca deverão ser atingidas. É possível, às vezes, mediante cuidadoso projeto, que o pico de potência (VCE x [IC+IB] ) exceda este regime médio por curto período de tempo desde que os picos de temperatura no dispositivo não sejam excessivos. A figura abaixo nos dá uma idéia de como a temperatura influi no funcionamento de um transistor de silício.

Polarizar um transistor é fazer com que o ponto de operação se estabilize. Para uma boa polarização algumas considerações são essenciais:

Um método simples de polarização de um amplificador com transistores de silício em emissor comum consistem em adotar um divisor de tensão na base para suprir a necessária corrente ao transistor. O sinal poderá ser então aplicado aos terminais de entrada através de um capacitor de acoplamento adequado.

Considerações:

  1. Aqui vamos desprezar a influência da corrente de fuga devido ao seu pequeno valor, e também pelo fato do tipo de polarização empregada compensar termicamente o circuito.
  2. Considerando o ganho do transistor maior que 100, podemos desprezar a influência do pequeno valor da corrente de base.
  3. A escolha da alimentação é simples, pois dependerá unicamente do local a ser empregado.
  4. Normalmente o valor da corrente de coletor (IC) é obtido em função da carga, ou escolhida de acordo com instruções fornecidas pelo fabricante do transistor em suas publicações sobre o produto.
  5. Vamos considerar VRE como sendo 10% da tensão de alimentação, consideração que garantir-nos-á uma estabilidade a variações de temperatura e ganho de corrente.
  6. VBE dependerá do tipo de transistor, pois para os de germânio seu valor será de 0,3 volts e para os de silício, seu valor será de 0,6 volts.
  7. Embora esta aproximação que aqui faremos pareça grosseira, ela resultará em valores práticos e facilitará os cálculos para RB1 e RB2. I é 10% de IC.
  8. Aqui novamente faremos uma imposição, garantindo que VC seja maior ou igual a 50% de VCC.

 

Acoplamento por capacitor

O acoplamento por capacitor é o mais utilizado na prática, principalmente nas etapas amplificadas de baixo ruído. A resposta de freqüência é maior apresentando baixo custo pois, utiliza poucos componentes de fácil fabricação. A desvantagem do acoplamento a capacitor em comparação com o acoplamento a transformador, está em que, não havendo casamento das impedâncias de entrada e de saída, haverá perda de energia.

Os amplificadores descritos acima são do tipo "Classe A", ou seja, amplifica todo o sinal injetado na base do transistor. Tecnicamente falando, Diz-se que um amplificador é de Classe "A" quando o ponto de operação e o sinal de entrada são tais que a corrente de coletor circula o tempo todo. Este tipo de amplificador, apesar de apresentar um baixo rendimento, utiliza poucos componentes e possui baixa distorção sendo portanto empregado como pré-amplificadores ou amplificadores de pequenas potências.