Métodos de polarização de transistor

A polarização em circuitos de transistor é feita usando duas fontes DC V _BB e V _CC . É econômico minimizar a fonte CC para uma fonte em vez de duas, o que também torna o circuito simples.

Os métodos comumente usados de polarização de transistor são

Método do resistor de base
Polarização do coletor para a base
Polarização com resistor de feedback do coletor
Polarização do divisor de tensão

Todos estes métodos têm o mesmo princípio básico de obter o valor requerido de que _B e _C de V _CC nas condições de sinal de zero.

Método de resistência de base

Neste método, um resistor R _B de alta resistência é conectado na base, como o nome indica. A corrente de base zero de sinal necessária é fornecida por V _CC , que flui através de R _B . A junção do emissor da base é polarizada para frente, já que a base é positiva em relação ao emissor.

O valor necessário da corrente de base do sinal zero e, portanto, da corrente do coletor (como I _C = βI _B ) pode ser feito fluir selecionando o valor adequado do resistor de base RB. Portanto, o valor de R _B deve ser conhecido. A figura abaixo mostra a aparência de um método de resistor de base de circuito de polarização.

Seja I _C a corrente de coletor de sinal zero necessária. Portanto,

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Considerando o circuito fechado de V _CC , base, emissor e terra, ao aplicar a lei de tensão de Kirchhoff, obtemos,

$$ V_ {CC} = I_B R_B + V_ {BE} $$

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} $$

Portanto

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {I_B} $$

Uma vez que V _BE é geralmente muito pequeno em comparação com V _CC , o primeiro pode ser negligenciado com poucos erros. Então,

$$ R_B = \ frac {V_ {CC}} {I_B} $$

Sabemos que V _CC é uma quantidade fixa conhecida e I _B é escolhido com algum valor adequado. Como R _B pode ser encontrado diretamente, este método é chamado defixed bias method.

Fator de estabilidade

$$ S = \ frac {\ beta + 1} {1 - \ beta \ left (\ frac {d I_B} {d I_C} \ right)} $$

No método de polarização de polarização fixa, I _B é independente de I _{C de} modo que,

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = 0 $$

Substituindo o valor acima na equação anterior,

Fator de estabilidade, $ S = \ beta + 1 $

Assim, o fator de estabilidade em uma tendência fixa é (β + 1), o que significa que I _C muda (β + 1) vezes mais do que qualquer mudança em I _CO .

Vantagens

O circuito é simples.
Apenas um resistor R _E é necessário.
As condições de polarização são definidas facilmente.
Nenhum efeito de carregamento, pois nenhum resistor está presente na junção base-emissor.

Desvantagens

A estabilização é fraca porque o desenvolvimento de calor não pode ser interrompido.
O fator de estabilidade é muito alto. Portanto, há grandes chances de fuga térmica.

Portanto, esse método raramente é empregado.

Coletor para polarização de base

O colector de circuito de polarização de base é igual ao circuito de polarização de base, excepto que o resistor de base R _B é devolvido ao colector, em vez de a V _CC alimentação, como mostrado na figura abaixo.

Este circuito ajuda a melhorar consideravelmente a estabilidade. Se o valor de I _C aumenta, a tensão em R _L aumenta e, portanto, V _CE também aumenta. Este, por sua vez reduz a base atual I _B . Esta ação compensa um pouco o aumento original.

O valor requerido de R _B necessário para dar a corrente do coletor de sinal zero I _C pode ser calculado como segue.

A queda de tensão em R _L será

$$ R_L = (I_C + I_B) R_L \ cong I_C R_L $$

Da figura,

$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

$$ I_B R_B = V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L $$

Portanto

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {I_B} $$

$$ R_B = \ frac {(V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L) \ beta} {I_C} $$

Aplicando KVL, temos

$$ (I_B + I_C) R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$

$$ I_B (R_L + R_B) + I_C R_L + V_ {BE} = V_ {CC} $$

Portanto

$$ I_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_L} {R_L + R_B} $$

Como o V _BE é quase independente da corrente do coletor, obtemos

$$ \ frac {d I_B} {d I_C} = - \ frac {R_L} {R_L + R_B} $$

Nós sabemos isso

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 - \ beta (d I_B / d I_C)} $$

Portanto

$$ S = \ frac {1 + \ beta} {1 + \ beta \ left (\ frac {R_L} {R_L + R_B} \ right)} $$

Este valor é menor que (1 + β) que é obtido para o circuito de polarização fixa. Assim, há uma melhora na estabilidade.

Este circuito fornece um feedback negativo que reduz o ganho do amplificador. Assim, o aumento da estabilidade do coletor para o circuito de polarização da base é obtido ao custo do ganho de tensão CA.

Polarização com resistor de feedback do coletor

Neste método, o resistor de base R _B tem uma extremidade conectada à base e a outra ao coletor como o próprio nome indica. Neste circuito, a corrente de base do sinal zero é determinada por V _CB, mas não por V _CC .

É claro que V _CB para a frente polariza a junção base-emissor e, consequentemente, de corrente de base I _B flui através R _B . Isso faz com que a corrente do coletor de sinal zero flua no circuito. A figura abaixo mostra a polarização com o circuito do resistor de realimentação do coletor.

O valor requerido de R _B necessário para dar a corrente de sinal zero I _C pode ser determinado como segue.

$$ V_ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_ {BE} $$

$$ R_B = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - I_C R_C} {I_B} $$

$$ = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE} - \ beta I_B R_C} {I_B} $$

Desde $ I_C = \ beta I_B $

Alternativamente,

$$ V_ {CE} = V_ {BE} + V_ {CB} $$

$$ V_ {CB} = V_ {CE} - V_ {BE} $$

Desde a

$$ R_B = \ frac {V_ {CB}} {I_B} = \ frac {V_ {CE} - V_ {BE}} {I_B} $$

Onde

$$ I_B = \ frac {I_C} {\ beta} $$

Matematicamente,

Fator de estabilidade, $ S <(\ beta + 1) $

Portanto, este método fornece melhor estabilidade térmica do que a polarização fixa.

Os valores do ponto Q para o circuito são mostrados como

$$ I_C = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R_B / \ beta + R_C} $$

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$

Vantagens

O circuito é simples, pois precisa de apenas um resistor.
Este circuito fornece alguma estabilização, para mudanças menores.

Desvantagens

O circuito não oferece uma boa estabilização.
O circuito fornece feedback negativo.

Método de polarização do divisor de tensão

Entre todos os métodos de fornecer polarização e estabilização, o voltage divider bias methodé o mais proeminente. Aqui, dois resistores R ₁ e R ₂ são empregados, os quais são conectados a V _CC e fornecem polarização. O resistor R _E empregado no emissor fornece estabilização.

O nome divisor de tensão vem do divisor de tensão formado por R ₁ e R ₂ . A queda de tensão através de R ₂ polariza a junção base-emissor. Isso faz com que a corrente de base e, portanto, a corrente do coletor fluam nas condições de sinal zero. A figura abaixo mostra o método de polarização do circuito do divisor de tensão.

Suponha que a corrente fluindo através da resistência R ₁ seja I ₁ . Como a corrente de base I _B é muito pequena, portanto, pode-se presumir com razoável precisão que a corrente fluindo através de R ₂ também é I ₁ .

Agora, vamos tentar derivar as expressões para corrente do coletor e voltagem do coletor.

Corrente de coletor, I _C

Do circuito, é evidente que,

$$ I_1 = \ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} $$

Portanto, a tensão através da resistência R ₂ é

$$ V_2 = \ esquerda (\ frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \ direita) R_2 $$

Aplicando a lei de tensão de Kirchhoff ao circuito de base,

$$ V_2 = V_ {BE} + V_E $$

$$ V_2 = V_ {BE} + I_E R_E $$

$$ I_E = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

Desde I _E ≈ I _C ,

$$ I_C = \ frac {V_2 - V_ {BE}} {R_E} $$

Pela expressão acima, é evidente que I _C não depende de β. V _BE é muito pequeno que I _C não é afetado por V _BE . Assim, I _C neste circuito é quase independente dos parâmetros do transistor e, portanto, uma boa estabilização é alcançada.

Tensão Coletor-Emissor, V _CE

Aplicando a lei de tensão de Kirchhoff ao lado do coletor,

$$ V_ {CC} = I_C R_C + V_ {CE} + I_E R_E $$

Desde I _E ≅ I _C

$$ = I_C R_C + V_ {CE} + I_C R_E $$

$$ = I_C (R_C + R_E) + V_ {CE} $$

Portanto,

$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C (R_C + R_E) $$

R _E proporciona uma excelente estabilização neste circuito.

$$ V_2 = V_ {BE} + I_C R_E $$

Suponha que haja um aumento na temperatura, então a corrente do coletor I _C diminui, o que faz com que a queda de tensão em R _E aumente. Como a queda de tensão em R ₂ é V ₂ , que é independente de I _C , o valor de V _BE diminui. O valor reduzido de I _B tende a restaurar I _C ao valor original.