Polarização do transístor

 A polarização do transístor é necessária para assegurar a polarização directa da junção base - emissor, e a polarização inversa da junção base - colector.  Um dos grandes problemas associados ao transístor é a sua polarização. Um amplificador correctamente polarizado é preparado para funcionar a metade da gama de tensões compreendidas entre o corte e a saturação, quando não lhe é aplicado um sinal de entrada. Os efeitos exteriores, como a temperatura e a luz podem afectar a polarização do circuito, devendo haver uma compensação a estas alterações.

Como um amplificador transistorizado pode funcionar entre o corte e a saturação, a polarização deve assegurar que o transístor nunca atinja a saturação nem o corte quando o sinal de entrada é introduzido.

Se isso suceder, haverá uma distorção no sinal de saída.  

  Amplificação de um sinal. 

Polarização de base 

 Esquema de polarização da base

A resistência Rb polariza directamente a junção base - emissor, e a resistência Rc polariza inversamente a junção colector - base. O condensador Cc evita que a tensão DC existente no sinal de entrada, afecte a polarização estabelecida no circuito.  Este tipo de polarização usa poucos componentes, mas tem alguns inconvenientes.

Se a temperatura aumentar, o beta também aumenta fazendo aumentar a corrente de colector. Se a temperatura diminuir, o beta diminui fazendo diminuir a corrente de colector. Significa isto que a polarização, deste tipo de amplificador, varia com a polarização. Isto pode levar o transístor a atingir a saturação ou corte, distorcendo o sinal de saída. Este tipo de polarização é bastante usado em circuitos digitais, onde a distorção do sinal não tem qualquer significado, visto que o transístor funciona no corte e na saturação.  

Polarização com realimentação de colector 

  Polarização com realimentação

Este tipo de polarização tenta solucionar o problema existente na polarização de base,se houver um aumento na corrente do colector devido a um aumento na temperatura, ou outra razão, será compensada pela auto - polarização. O aumento da corrente do colector, aumenta a condução do transístor. Qualquer aumento na condução, causa um aumento na queda de tensão em RL, e uma diminuição na tensão do colector. A diminuição da tensão do colector é transmitida à base pela resistência, Rb. A diminuição da tensão na base, diminui a polarização directa da junção emissor - base, diminuindo a corrente de colector, e compensando o efeito provocado pelo aumento da temperatura.Uma diminuição na corrente do colector, causada por uma diminuição na temperatura, ou outra razão, é também compensada pela auto - polarização. A diminuição na corrente de colector, diminui a condução do transístor. Qualquer diminuição na condução, causa uma diminuição na queda de tensão de RL, e um aumento na tensão do colector. O aumento da tensão de colector é transmitida à resistência de base, Rb. O aumento da tensão na base, aumenta a polarização directa da junção emissor - base, aumentando a corrente de colector, e compensando o efeito provocado pelo decréscimo da temperatura.

A auto - polarização tem duas desvantagens. Primeiro, só pode ser usada onde existam alterações moderadas de temperatura. Segundo, ela reduz a amplificação. Isto ocorre devido aos sinais do colector e da base estarem 180 graus desfasados. O desfasamento do sinal de realimentação do colector, que é usado para a polarização, reduz parte do sinal de entrada da base.

O processo de reenviar parte do sinal de saída para a entrada é conhecido por "realimentação negativa".

 Polarização por divisor de tensão

 A polarização por divisor de tensão, é também conhecida por polarização mista, visto que são usadas em conjunto a polarização fixa e a auto - polarização. Assim se consegue aumentar a estabilidade, e ultrapassar algumas das desvantagens dos outros métodos de polarização anteriores. A figura 6 ilustra uma configuração típica de um amplificador polarizado por divisor de tensão.

Fig.6 – Polarização por divisor de tensão

A polarização fixa é fornecida pela malha R1, R2.

A circulação da corrente através da malha, da terra para o Vcc, polariza a base positivamente em relação ao emissor. R3 é ligada em série com o emissor, para proporcionar uma auto - polarização. Se a corrente do emissor aumentar, a queda de tensão através de R3 aumenta, diminuindo a tensão do colector.

Como R3 aplica uma auto - polarização, isto significa outra forma de realimentação, diminuindo a saída do amplificador.  O condensador de acoplamento Cbp, é usado para compensar parcialmente a realimentação.  Isto é conseguido passando para a terra as variações AC do emissor, enquanto permite que a polarização do emissor se altere com as mudanças da condução do transístor. A combinação de R1 e R2, aplica uma polarização fixa à base, e R3 e Cbp, aplicam uma auto - polarização, melhora a estabilidade térmica, e mantém a polarização do transístor no ponto correcto.

Polarização do emissor

 

Circuito de Polarização de Emissor

A figura mostra um circuito típico da polarização de emissor. A sua vantagem é que proporciona uma estabilização muito sólida. Qualquer variação de temperatura que afecte a condução, é compensada pelas resistências de emissor e de colector.

Existe uma desvantagem importante com este circuito; são necessárias duas fontes de alimentação, uma positiva e outra negativa. Embora todos os circuitos apresentados, contenham transístores NPN, o funcionamento é o mesmo com transístores PNP. As únicas diferenças serão na polaridade das fontes de alimentação. Lembre-se de que o transístor PNP necessita de uma polaridade positiva enquanto que o PNP necessita de uma polarização negativa.

O funcionamento do transístor

Primeiro, vamos colocar uma bateria entre o emissor e a base. Para fazer uma polarização directa, ligamos o terminal negativo (fluxo de electrões) da bateria ao emissor (porção N - excesso de electrões) e o terminal positivo (fluxo de lacunas) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, a região N, com excesso de electrões, recebe ainda mais electrões, e a porção P recebe ainda mais lacunas.

Polarização directa emissor-base

 A polarização directa faz com que a porção emissor-base se comporte exactamente como um condutor. Ao mesmo tempo, vamos polarizar inversamente o conjunto base-colector. Para isso, conectamos o terminal positivo (fluxo de lacunas) da bateria ao colector (porção N - excesso de electrões) e o terminal negativo (fluxo de electrões) à base (porção P - excesso de lacunas). Desta forma, os electrões do colector serão atraídos pelas lacunas do pólo positivo da bateria e as lacunas da base serão completadas pelos electrões do pólo negativo. Como também vimos no caso do díodo, essa polarização inversa faz com que a porção base-colector não conduza corrente. Mas agora veja a parte mais importante: dissemos que iríamos fazer as duas polarizações anteriores simultaneamente. Veja então o interessante efeito que obtemos:

Polarização simultânea

Na polarização emissor-base (a primeira que vimos), os electrões se dirigiam para a base, atraídos pelo pólo positivo da bateria. Mas agora o coletor, que é bem maior e está com energia extra vinda do pólo negativo da bateria, exerce uma atração muito maior sobre esses elétrons. Como a base é muito fina, os elétrons tendem muito mais a atravessar a base e ir para o coletor do que fluir pela base para o pólo positivo da bateria. Desta forma, uma pequena parte da corrente fluirá pela base; a maior parte da corrente fluirá para o coletor.

A "mágica" da amplificação já está acontecendo. Só nos falta entender o porquê:

Se aumentarmos a corrente que flui pela base (emissor-base), haverá um aumento na corrente que flui pelo coletor. Ou seja, podemos controlar a corrente vinda do emissor para o coletor agindo sobre a corrente da base. Noutras palavras: a corrente da base controla a corrente entre o emissor e o coletor.

Como  a corrente da base é muito pequena, basta aplicarmos uma pequena variação na corrente da base para obtermos uma grande variação na corrente do coletor. Pronto: entramos com uma pequena corrente (via base) e saímos com uma grande corrente (via coletor).

Última observação

Analisamos um transístor do tipo PNP. Caso invertamos nosso sanduíche, criaremos um transístor NPN. O funcionamento é exatamente o mesmo, apenas invertendo-se o fluxo da corrente.

Nos esquemas eletrônicos, que são os "mapas" de como um circuito eletrônico é desenhado, os transístores são representados pelos seguintes símbolos:

Esta é toda a mágica do transístor. Dê uma olhada à sua volta e com certeza você encontrará uma série de dispositivos que lhe dão conforto que funcionam baseados justamente nesse princípio. São os elétrons fluindo, permitindo tudo o que conhecemos como eletrônico. Esse foi o princípio da nossa Era Digital.

Amplificação. (Inspirado em desenho da Lucent)