Quando você deseja projetar circuitos de transistor bipolar, você precisa saber como enviá-los. Polarização é aplicar eletricidade a um transistor de uma maneira específica para fazer o transistor funcionar da maneira que você deseja. Existem principalmente cinco classes de amplificador - Classe A, Classe B, Classe AB, Classe C e Classe D. Neste artigo, vamos nos concentrar em polarizar o transistor em uma configuração de emissor comum para operação de amplificador de classe A de frequência de áudio linear, linear significando o o sinal de saída é igual ao de entrada, mas amplificado.
O básico
Para que um transistor de silício normal funcione no modo ativo (usado na maioria dos circuitos de amplificador), sua base deve ser conectada a uma voltagem pelo menos 0,7 V (para dispositivos de silício) maior que o emissor. Após a aplicação dessa tensão, o transistor liga e a corrente do coletor começa a fluir, com queda de 0,2 V a 0,5 V entre o coletor e o emissor. No modo ativo, a corrente do coletor é aproximadamente igual à corrente base vezes o ganho de corrente (hfe, β) de um transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Este processo é revertido no transistor PNP, ele para de conduzir ao aplicar uma determinada tensão em sua base. Saiba mais sobre Transistor NPN e Transistor PNP aqui.
Viés fixo
A maneira mais simples de polarizar um BJT é apresentada na figura abaixo, R1 fornece a polarização da base e a saída é tomada entre R2 e o coletor por meio de um capacitor de bloqueio CC, enquanto a entrada é alimentada à base por um capacitor de bloqueio CC. Esta configuração deve ser usada apenas em pré-amplificadores simples e nunca em estágios de saída de potência, especialmente com um alto-falante em vez de R2.
Para polarizar o transistor, precisamos saber a tensão de alimentação (Ucc), a tensão do emissor de base (Ube, 0,7 V para silício, 0,3 para transistores de germânio), a corrente de base necessária (Ib) ou a corrente de coletor (Ic) e o ganho de corrente do transistor (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
O valor de R2 para ganho e distorção ideais pode ser estimado dividindo a tensão de alimentação pela corrente do coletor. O ganho do amplificador com este valor de R2 é alto, em torno do valor do ganho de corrente do transistor (hfe, β). Depois de adicionar uma carga à saída, como um alto-falante ou o próximo estágio de amplificação, a tensão de saída cairá por causa de R2 e a carga atuará como um divisor de tensão. Recomenda-se que a impedância de carga ou a impedância de entrada do próximo estágio seja pelo menos 4 vezes maior que R2. Os capacitores de acoplamento devem fornecer menos de 1/8 da impedância de carga ou da impedância de entrada do estágio seguinte na frequência mais baixa de operação.
Polarização do divisor de tensão / Auto polarização
A figura abaixo é a configuração de polarização mais amplamente usada, é estável em temperatura e fornece ganho e linearidade muito bons. Em amplificadores de RF, o R3 pode ser substituído por um bloqueador de RF. Além de um resistor de base única (R1) e um resistor de coletor (R3), temos um resistor de base adicional (R2) e um resistor de emissor (R4). R1 e R2 formam um divisor de tensão e, junto com a queda de tensão em R4, são definidos para a tensão de base (Ub) do circuito. Os cálculos são mais complicados, porque há mais componentes e variáveis a serem considerados.
Primeiro, começamos calculando a relação do resistor do divisor de tensão de base, ditada pela fórmula mostrada abaixo. Para iniciar os cálculos, precisamos estimar os valores da corrente do coletor e dos resistores R2 e R4. O resistor R4 pode ser calculado para cair 0,5 V a 2 V na corrente de coletor desejada e R2 é definido como 10 a 20 vezes maior que R4. Para pré-amplificadores, R4 está geralmente na faixa de 1k-2k ohm.
O R4 não desacoplado causa feedback negativo, diminuindo o ganho enquanto diminui a distorção e melhora a linearidade. O desacoplamento com um capacitor aumenta o ganho, portanto, é recomendável usar um capacitor de grande valor com um pequeno resistor em série.