Compensação de polarização
Até agora, vimos diferentes técnicas de estabilização. A estabilização ocorre devido à ação de feedback negativo. O feedback negativo, embora melhore a estabilidade do ponto de operação, reduz o ganho do amplificador.
Como o ganho do amplificador é uma consideração muito importante, algumas técnicas de compensação são usadas para manter a polarização excelente e a estabilização térmica. Vamos agora examinar essas técnicas de compensação de viés.
Compensação de diodo para instabilidade
Estes são os circuitos que implementam técnicas de compensação usando diodos para lidar com a instabilidade de polarização. As técnicas de estabilização referem-se ao uso de circuitos de polarização resistiva que permitem que I B varie de modo a manter I C relativamente constante.
Existem dois tipos de métodos de compensação de diodo. Eles são -
- Compensação de diodo para instabilidade devido à variação V BE
- Compensação de diodo para instabilidade devido à variação de I CO
Vamos entender esses dois métodos de compensação em detalhes.
Compensação de diodo para instabilidade devido à variação V BE
Em um transistor de silício, as alterações no valor de V BE resultados nas alterações na eu C . Um diodo pode ser empregado no circuito emissor para compensar as variações de V BE ou I CO . Como o diodo e o transistor usados são do mesmo material, a tensão V D no diodo tem o mesmo coeficiente de temperatura que o V BE do transistor.
A figura a seguir mostra o autopensamento com estabilização e compensação.
O díodo D é inclinado para a frente pela fonte V DD e a resistência R D . A variação de V BE com a temperatura é igual à variação de V D com a temperatura, logo a quantidade (V BE - V D ) permanece constante. Portanto, a corrente I C permanece constante apesar da variação em V BE .
Compensação de diodo para instabilidade devido à variação de I CO
A figura a seguir mostra o diagrama de circuito de um amplificador a transistor com diodo D usado para compensação da variação de I CO .
Assim, a corrente de saturação reversa I O do diodo aumentará com a temperatura na mesma taxa que a corrente de saturação do coletor do transistor I CO .
$$ I = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R} \ cong \ frac {V_ {CC}} {R} = Constante $$
O díodo D é inclinado de forma inversa pelo V BE e a corrente através dele é a corrente de saturação reversa eu O .
Agora, a corrente base é,
$$ I_B = I - I_O $$
Substituindo o valor acima na expressão pela corrente do coletor.
$$ I_C = \ beta (I - I_O) + (1 + \ beta) I_ {CO} $$
Se β ≫ 1,
$$ I_C = \ beta I - \ beta I_O + \ beta I_ {CO} $$
Ié quase constante e se I O do diodo e I CO do transistor seguem um ao outro ao longo da faixa de temperatura operacional, então I C permanece constante.
Outras Compensações
Existem outras técnicas de compensação que se referem ao uso de dispositivos sensíveis à temperatura, como diodos, transistores, termistores, sensores, etc. para compensar a variação nas correntes.
Existem dois tipos populares de circuitos neste método, um usando um termistor e o outro usando um Sensistor. Vamos dar uma olhada neles.
Compensação de termistor
O termistor é um dispositivo sensível à temperatura. Possui coeficiente de temperatura negativo. A resistência de um termistor aumenta quando a temperatura diminui e diminui quando a temperatura aumenta. A figura abaixo mostra um amplificador de polarização automática com compensação de termistor.
Em um circuito amplificador, as mudanças que ocorrem em I CO , V BE e β com a temperatura, aumentam a corrente do coletor. O termistor é empregado para minimizar o aumento da corrente do coletor. Como a temperatura aumenta, a resistência R T de termistor diminui, o que aumenta a corrente através dele e a resistência R E . Agora, a voltagem desenvolvida através de R E aumenta, o que reverte a polarização da junção do emissor. Esta polarização reversa é tão alta que o efeito dos resistores R 1 e R 2 fornecendo polarização direta também é reduzido. Esta ação reduz o aumento da corrente do coletor.
Assim, a sensibilidade à temperatura do termistor compensa o aumento da corrente do coletor, ocorrido devido à temperatura.
Compensação Sensistor
Um Sensistor é um semicondutor fortemente dopado com coeficiente de temperatura positivo. A resistência de um Sensistor aumenta com o aumento da temperatura e diminui com a diminuição da temperatura. A figura abaixo mostra um amplificador self-bias com compensação de Sensistor.
Na figura acima, o Sensistor pode ser colocado em paralelo com R 1 ou em paralelo com R E . Conforme a temperatura aumenta, a resistência da combinação paralela, termistor e R 1 aumenta e sua queda de tensão também aumenta. Isso diminui a queda de tensão em R 2 . Devido à diminuição dessa tensão, a polarização do emissor direto diminui. Como resultado disso, I C diminui.
Assim, ao empregar o Sensistor, o aumento na corrente do coletor que é causado pelo aumento de I CO , V BE e β devido à temperatura, é controlado.
Resistência térmica
O transistor é um dispositivo dependente da temperatura. Quando o transistor é operado, a junção do coletor recebe forte fluxo de elétrons e, portanto, muito calor é gerado. Este calor, se aumentado além do limite permitido, danifica a junção e, portanto, o transistor.
Para se proteger de danos, o transistor dissipa o calor da junção para a caixa do transistor e de lá para o ar livre ao seu redor.
Deixe, a temperatura ambiente ou a temperatura do ar circundante = T A o C
E, a temperatura da junção coletor-base do transistor = T J o C
Como T J > T A , a diferença T J - T A é maior que a potência dissipada no transistor P D será maior. Portanto,
$$ T_J - T_A \ propto P_D $$
$$ T_J - T_A = HP_D $$
Onde H é a constante de proporcionalidade, e é chamado de Thermal resistance.
A resistência térmica é a resistência ao fluxo de calor da junção para o ar circundante. É denotado por H.
$$ H = \ frac {T_J - T_A} {P_D} $$
A unidade de H é o C / watt.
Se a resistência térmica for baixa, a transferência de calor do transistor para o ar será fácil. Se a caixa do transistor for maior, a dissipação de calor será melhor. Isso é conseguido com o uso de dissipador de calor.
Dissipador de calor
O transistor que lida com potências maiores, dissipa mais calor durante a operação. Este calor, se não dissipado corretamente, pode danificar o transistor. Conseqüentemente, os transistores de potência são geralmente montados em grandes caixas de metal para fornecer uma área maior para obter o calor irradiado que é gerado durante sua operação.
A folha de metal que ajuda a dissipar o calor adicional do transistor é conhecida como heat sink. A capacidade de um dissipador de calor depende de seu material, volume, área, forma, contato entre a caixa e a pia e o movimento do ar ao redor da pia.
O dissipador de calor é selecionado após considerar todos esses fatores. A imagem mostra um transistor de potência com dissipador de calor.
Um minúsculo transistor na imagem acima é fixado a uma folha de metal maior para dissipar seu calor, de modo que o transistor não seja danificado.
Escapamento térmico
O uso de dissipador de calor evita o problema de Thermal Runaway. É uma situação em que um aumento da temperatura leva à condição de que, ainda mais, o aumento da temperatura leva à destruição do próprio dispositivo. Este é um tipo de feedback positivo incontrolável.
Heat sinknão é a única consideração; outros fatores como ponto de operação, temperatura ambiente e o tipo de transistor usado também podem causar fuga térmica.