Dominando Polarização de BJT: Técnicas, Dicas e Solução de Problemas para Amplificação Confiável

Circuitos eletrônicos com capacidades de amplificação podem operar mais eficientemente se o BJT passar por polarização. Geralmente, este processo envolve aplicar uma tensão externa aos seus terminais que comuta o dispositivo para o estado desejado. Muitos designs de circuitos comumente apresentam resistores para distribuir níveis corretos de corrente e tensão de entrada. Técnicas variadas de polarização de BJT fornecem características específicas, enquanto outras previnem fuga térmica. Em efeito, isso os torna muito úteis para aplicações de amplificação.

Este artigo guiará você através dos fundamentos e implementações de circuitos de polarização de BJT. Então, vamos dar uma olhada!

O que é Polarização de BJT?

Esta imagem mostra um transistor de junção bipolar.

Fonte: Wikimedia Commons

De forma geral, polarização de transistor envolve aplicar uma quantidade específica de tensão aos terminais de base e emissor de um BJT, melhorando sua eficiência e desempenho. Neste caso, o processo permite que um transistor amplifique um sinal de entrada AC em um circuito de transistor. Então, polarizar o BJT definirá a junção emissor-base em estado polarizado diretamente. Enquanto isso, a interseção base-coletor configurará para um estado polarizado reversamente. Assim, operará na região ativa.

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

Fonte: Wikimedia Commons

Além disso, o resistor de coletor deve ter uma classificação que permita a tensão coletor-emissor exceder 0.5V para transistores de germânio e 1V 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 de coletor. Também pode identificar o ganho do dispositivo. Por exemplo, a corrente de base de um transistor amplificará por 100 se o valor β corresponder a esse valor. Claro, este fator gera enquanto o transistor de junção bipolar opera no estado forward-active.

Circuitos de Polarização de BJT

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

Polarização Fixa

Diagrama de circuito de polarização fixa.

Como você pode ver no diagrama de circuito, um resistor de base (R_B) conecta ao V_CC e terminal de base. Neste caso, uma queda de tensão através de R_B faz a junção base-emissor definir para um estado polarizado diretamente. A fórmula a seguir determina o valor de IB.

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

Isso ocorre devido à imprevisibilidade do parâmetro β do transistor. Também pode diferir amplamente, especialmente com modelo e tipo de transistor similares. O I_C também alterará quando o β variar. Portanto, este tipo de polarização dependente de β pode experimentar mudanças no ponto de operação devido ao atributo do transistor e modificações de temperatura.

No geral, o circuito de polarização de base fixa depende de componentes mínimos com design simplista. Ao ajustar o valor RB no circuito, usuários podem mudar o ponto de operação da região ativa. Além disso, a fonte não tem carga já que a junção base-emissor não apresenta resistores. Como resultado, este circuito tem aplicações de chaveamento.

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

Polarização Coletor-para-Base

O diagrama de circuito representa um design de polarização coletor-para-base.

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

Em vez do trilho de tensão de alimentação (V_CC), o resistor de polarização de base (R_B) conecta ao coletor do transistor (C). Um aumento na corrente de coletor fará a tensão do coletor diminuir. Em efeito, o drive de base reduz, diminuindo a corrente de coletor. Isso garante que o Q-point do transistor permaneça fixo. Assim, a técnica de polarização por realimentação do coletor gera realimentação negativa ao redor do transistor. Isso ocorre porque RB extrai entrada direta da saída, distribuindo-a ao terminal de entrada.

Uma queda de tensão através do resistor de carga (R_L) produz a tensão de polarização. Então, aumentar a corrente de carga resultará em uma queda de tensão significativa através do resistor de carga. Enquanto isso, leva a uma tensão de coletor diminuída. Depois, a corrente de base (I_B) cairá, revertendo I_C ao seu valor original.

Diminuir a corrente de coletor produz uma reação reversa. Neste caso, esta abordagem de polarização refere-se a auto-polarização. No geral, este design fornece excelentes aplicações para muitos projetos de amplificadores.

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

Polarização Fixa com Resistor de Emissor

Diagrama de circuito de polarização fixa com resistor de emissor.

O diagrama de circuito mostra uma rede de polarização fixa conectada ao emissor do transistor com um resistor externo (R_E). Corrente de emissor aumenta se V_BE permanece constante enquanto a temperatura sobe. Mas, uma corrente de emissor aumentada (I_E) causa um aumento na tensão de emissor (V_E = I_ER_E), levando a uma redução de tensão através do 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 via a fórmula abaixo:

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

No geral, o circuito utiliza esta equação:

Polarização Divisora de Tensão ou Divisor de Potencial

Diagrama de circuito divisor de tensão.

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

Geralmente, este tipo de polarização significa que variações ocorrendo em V_BE e β não afetarão I_C, que, por sua vez, fornece estabilidade térmica máxima. Um aumento de temperatura causará IC e IE a aumentarem. Isso resulta em uma tensão de emissor maior, resultando em menor tensão base-emissor. Depois, isso leva a uma diminuição de corrente de base (I_B), revertendo I_C ao seu estado inicial.

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

O circuito depende da fórmula abaixo:

Polarização de Emissor

Diagrama de circuito mostrando um design de polarização de emissor.

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

Adicionalmente, I_C pode confiar em R_E >> R_B/β e V_EE >> V_BE em vez de V_BE e β. Fazer isso fornece um ponto de operação equilibrado.

Resumo

Como você pode ver, a polarização de BJT garante que o transistor operará corretamente em um circuito, fornecendo amplificação de sinal AC. Alcança isso selecionando resistores que afetam o ponto de operação do transistor. Adicionalmente, a junção de coletor define para um estado de polarização reversa enquanto o emissor-base define para um estado polarizado diretamente. Claro, o design do circuito dependerá inteiramente da aplicação pretendida e do que você quer alcançar.

Você tem alguma dúvida sobre polarização de BJT? Sinta-se à vontade para nos contatar!