BJT Biasing:tudo o que você precisa saber

Circuitos eletrônicos com capacidades de amplificação podem funcionar de forma mais eficiente se o BJT sofrer polarização. Geralmente, esse processo envolve a aplicação de uma tensão externa em seus terminais que comutam o dispositivo para o estado desejado. Muitos projetos de circuito geralmente apresentam resistores para distribuir os níveis corretos de corrente e tensão de entrada. Técnicas de polarização BJT variadas fornecem características específicas, enquanto outras evitam fuga térmica. Na verdade, isso os torna muito úteis para aplicações de amplificação.

Este artigo irá guiá-lo através dos conceitos básicos de polarização BJT e implementações de circuitos. Então vamos dar uma olhada!

O que é BJT Biasing?

Esta imagem mostra um transistor de junção bipolar.

Fonte:Wikimedia Commons

De um modo geral, a polarização do transistor envolve a aplicação de uma quantidade específica de tensão aos terminais de base e emissor de um BJT, melhorando sua eficiência e desempenho. Nesse caso, o processo permite que um transistor amplifique um sinal de entrada CA em um circuito de transistor. Portanto, polarizar o BJT definirá a junção emissor-base em um estado polarizado diretamente. Enquanto isso, a interseção do coletor de base será configurada para um estado de polarização reversa. Assim, irá operar na região ativa.

A polarização do BJT dependerá de resistores para distribuir o nível de tensão correto.

Fonte:Wikimedia Commons

Além disso, o resistor coletor deve ter uma classificação que permita que a tensão coletor-emissor exceda 0,5 V para transistores de germânio e 1 V para transistores de silício.

Beta BJT

Imagem mostrando o processo de fluxo de corrente em um transistor de junção bipolar.

Fonte:Wikimedia Commons

Beta (β) refere-se à sensibilidade geral do dispositivo entre a corrente de base e seu nível de amplificação do coletor. Ele também pode identificar o ganho do dispositivo. Por exemplo, a corrente de base de um transistor será amplificada em 100 se o valor de β corresponder a esse valor. Obviamente, esse fator é gerado enquanto o transistor de junção bipolar opera no estado ativo direto.

Circuitos de polarização BJT

Incluímos alguns exemplos de circuitos de polarização BJT, úteis para fins de amplificação.

Viés fixo

Diagrama de circuito de polarização fixa.

Como você pode ver no diagrama de circuito, um resistor de base (R_B ) se conecta ao V_CC e terminais básicos. Neste caso, uma queda de tensão em R_B faz com que a junção base-emissor seja definida para um estado de polarização direta. A fórmula a seguir determina o valor de IB.

Ambos V_CC e V_SER têm um valor fixo no circuito do tipo de polarização fixa. Enquanto isso, R_B permanece constante. Como resultado, eu_B também terá um valor contínuo, levando a um ponto de operação limitado. Assim, este tipo de polarização fornece baixa estabilidade térmica devido ao seu fator de estabilidade β+1.

Isso ocorre devido à imprevisibilidade do parâmetro β do transistor. Também pode diferir amplamente, especialmente com um modelo e tipo de transistor semelhantes. O I_C também irá alterar quando o β varia. Portanto, esse tipo de polarização dependente de β pode sofrer alterações no ponto de operação devido ao atributo do transistor e às modificações de temperatura.

No geral, o circuito de polarização de base fixa depende de componentes mínimos com um design simplista. Ao ajustar o valor de RB no curso, o usuário pode alterar o ponto de operação da região ativa. Além disso, a fonte não possui carga, pois a junção base-emissor não possui resistores. Como resultado, este circuito tem aplicações de comutação.

As seguintes equações referenciam a tensão e a corrente para este circuito:

Viés de coletor para base

O diagrama de circuito representa um projeto de polarização coletor-base.

Nesta configuração de polarização coletor-base, dois resistores fornecem a região ativa do transistor com polarização DC apesar do valor de β. Como a polarização CC vem da tensão do coletor (V_C ), garante uma excelente estabilidade.

Em vez do trilho de tensão de alimentação (V_CC ), o resistor de polarização de base (R_B ) se conecta ao coletor do transistor (C). Um aumento na corrente do coletor fará com que a tensão do coletor diminua. Com efeito, o acionamento básico reduz, diminuindo a corrente do coletor. Isso garante que o ponto Q do transistor permaneça fixo. Assim, a técnica de polarização de feedback do coletor gera feedback negativo em torno do transistor. Isso ocorre porque RB extrai entrada direta da saída, distribuindo-a para o terminal de entrada.

Uma queda de tensão no resistor de carga (R_L ) produz a tensão de polarização. Portanto, aumentar a corrente de carga resultará em uma queda de tensão significativa no resistor de carga. Enquanto isso, leva a uma diminuição da tensão do coletor. Depois, a corrente de base (I_B ) cairá, revertendo I_C ao seu valor original.

A queda da corrente do coletor produz uma reação inversa. Nesse caso, essa abordagem tendenciosa refere-se à auto-inclinação. No geral, este design oferece excelentes aplicações para muitos projetos de amplificadores.

Você pode encontrar a equação do circuito para polarização coletor-base abaixo:

Viés fixo com resistor de emissor

Viés fixo com diagrama de circuito do resistor do emissor.

O diagrama de circuito mostra uma rede de polarização fixa conectada ao emissor do transistor com um resistor externo (R_E ). A corrente do emissor aumenta se V_BE permanece constante à medida que a temperatura aumenta. Mas, uma corrente de emissor aumentada (I_E ) causa um aumento na tensão do emissor (V_E =I_E R_E ), levando a uma redução de tensão no resistor de base (R_B ).

A equação abaixo determina a tensão através do resistor de base.

Enquanto isso, você pode determinar a corrente de base através da fórmula abaixo:

Isso diminui a corrente de base, resultando em corrente de coletor reduzida, uma vez que IC corresponde a IB. A fórmula IC =α IE (α é igual a 1) define a corrente do coletor e do emissor. Como resultado, isso contraria o aumento da temperatura da corrente do emissor, garantindo um ponto de operação estável. Substituir o transistor por um tipo alternativo pode alterar o I_C valor. Usar a mesma técnica acima anulará quaisquer alterações, mantendo um ponto de operação persistente. Portanto, essa rede de polarização fornece suporte aprimorado sobre a rede de polarização de base fixa.

No geral, o circuito utiliza esta equação:

Viés do divisor de tensão ou divisor de potencial

Diagrama de circuito divisor de tensão.

Como você pode ver, dois resistores externos, R₁ e R₂ , integrar neste circuito para criar um divisor de tensão. Esta configuração permite a geração de tensão em R₂ para definir a junção do emissor do transistor para um estado de polarização direta. No geral, a corrente que flui através de R₂ será dez vezes maior do que a corrente de base necessária.

Geralmente, esse tipo de polarização significa que as variações que ocorrem em V_BE e β não afetará I_C, que, por sua vez, fornece a máxima estabilidade térmica. Um aumento de temperatura fará com que IC e IE aumentem. Isso resulta em uma tensão de emissor mais alta, resultando em uma tensão de base-emissor mais baixa. Depois, isso leva a uma diminuição da corrente de base (I_B ), revertendo I_C ao seu estado inicial.

Independentemente da diminuição do ganho do amplificador, este circuito de polarização tem aplicações populares devido à estabilidade maximizada.

O circuito se baseia na fórmula abaixo:

Viés de emissor

Diagrama de circuito mostrando um projeto de polarização do emissor.

O circuito, como mostrado acima, conta com duas fontes de alimentação conhecidas como V_CC e V_EE para operar. Estes apresentam polaridades correspondentes, mas opostas. V_EE define a junção base-emissor para um estado de polarização direta. Enquanto isso, V_CC forma a interseção coletor-base para um estado de polarização reversa.

Além disso, eu_C pode confiar em R_E>> R_B /β e V_EE>> V_SER em vez de V_BE e β. Isso fornece um ponto de operação equilibrado.

Resumo

Como você pode ver, a polarização BJT garante que o transistor funcione corretamente em um circuito, fornecendo amplificação do sinal CA. Ele consegue isso selecionando resistores que afetam o ponto de operação do transistor. Além disso, a junção do coletor se ajusta a um estado de polarização reversa enquanto a base do emissor se ajusta a um estado de polarização direta. É claro que o projeto do circuito dependerá inteiramente da aplicação pretendida e do que você deseja alcançar.

Você tem alguma dúvida sobre a polarização do BJT? Sinta-se livre para nos contatar!