Polarizando Transistores

Um transístor na configuração de emissor comum, conforme ilustrado na Figura 1, atua como um amplificador de corrente. No entanto, ao incluir a resistência de carga, também ocorre um ganho de tensão, resultando em um aumento significativo na potência.

Figura 1 — Na configuração emissor comum ocorre a inversão de fase.

Dessa forma, a configuração de emissor comum é preferida em relação às de base comum e coletor comum, pois proporciona tanto ganho de tensão quanto de corrente, enquanto as demais oferecem apenas um desses ganhos.

Na figura 2 temos as configurações de base comum representadas de modo simplificado.

É claro que existem características adicionais para as outras configurações que tornam seu uso ideal para muitas aplicações em que a configuração de emissor comum não tem o mesmo desempenho.

Figura 2 — Configurações de Coletor e Base comum.

Pois bem, polarizar um transístor é levá-lo ao seu ponto de funcionamento.

No ponto de funcionamento, os potenciais dos eletrodos deste transístor são tais, que uma forma de onda aplicada à entrada, com características próprias aparece amplificada na saída.

Na figura 3 mostramos o tipo mais simples de polarização que é feito com a ajuda de apenas dois resistores.

O resistor RL é o resistor de carga, enquanto Rb é o resistor de base.

A relação que existe entre os valores destes dois resistores depende do ganho estático de corrente (hFE) do transístor.

RL é fixado pelas características do sinal que se deseja, ou que se dispõe para amplificar, ou seja, pela corrente de coletor.

Figura 3 — Configuração emissor comum.

Duas fórmulas de utilidade permitem calcular os valores destes componentes:

A primeira permite calcular o valor de Rb em função da tensão Vc desejada no coletor do transístor. Nas aplicações práticas, esta tensão deve ficar em torno da metade de VCC, isso para que o transístor opere no centro da reta de carga, quando então se obtém a amplificação sem distorção de ambos os semiciclos de um sinal alternante.

Esta fórmula é:

Rb = (RL x hFE (VCC - 0,6)) / (Vcc - Vc)

Onde:

• Rb = resistência de polarização de base em ohms
• Vcc = tensão de alimentação em volts
• Vc = tensão no coletor do transístor em volts
• hFE = ganho do transístor
• 0,6 = valor fixo para transístores de silício

Uma das desvantagens deste tipo de polarização é a sua sensibilidade a variações de temperatura ambiente e variações da tensão de alimentação.

Esta configuração é usada, portanto, somente em casos de circuitos experimentais, mais simples, que não exigem um funcionamento mais rigoroso.

Podemos obter uma estabilidade melhor de funcionamento com a polarização mostrada na figura 4.

Figura 4 — Configuração emissor comum com realimentação.

Nesta temos um circuito de realimentação que compensa as variações de comportamento do transístor atuando sobre sua própria base.

Em especial, quando o transístor aquece e tende a conduzir mais corrente, o que pode ser perigoso para a polarização (causa a deriva térmica, e a queima posterior), a tensão de coletor cai e a corrente de polarização de base passa a ser menor. O resultado é que a diminuição da corrente de base tende a elevar novamente a tensão de coletor, trazendo o transístor de volta ao ponto ideal de funcionamento.

As fórmulas que permitem calcular os parâmetros para esta polarização são:

Rb = (RL x hFE(Vc - 0,6)) / (Vcc - Vc)

Onde, se usarmos RL em quilo-ohms obtemos Rb em quilo-ohms.

Para calcular Vc temos:

Vc = (Rb x Vcc + 0,6 x RL x hFE) / (Rb + RL x hFE)

Onde: 

• Vc = tensão no coletor do transístor
• Vcc = tensão de alimentação
• Rb = resistência de base em ohms
• RL = resistência de carga em ohms
• hFE = ganho do transístor

A principal desvantagem que este circuito apresenta é a redução do ganho e da resistência de entrada.

A melhor polarização pode ser obtida com o circuito da figura 5.

A finalidade do resistor de emissor é elevar o potencial deste elemento de modo a se obter maior estabilidade. Igualmente, para termos uma tensão constante na base, usamos um divisor de tensão com dois resistores R1 e R2.

Um fator muito importante neste circuito é que a polarização de base não depende do ganho do transístor.

Figura 5 — A melhor polarização pode ser obtida com este circuito.

Temos então as seguintes fórmulas para cálculo dos diversos elementos desta configuração:

Re = ((RL (Vcc x R2) / (R1 + R2)) - 0,6) (Vcc - Vc)

Onde as resistências são dadas em ohms e as tensões em volts.

Para calcular Vc temos:

Vc = Vcc - ((RL x ((RL x (Vcc x R2) (R1 + R2)) - 0,6) / Re

A função do capacitor C1 é desacoplar o emissor, servindo como um curto-circuito para os sinais amplificados. Este capacitor deve ter seu valor escolhido de tal modo a apresentar uma baixa reatância na frequência de operação do circuito.

Uma maneira simples de calcular C1 é através da fórmula aproximada:

C1 = 5000 / 2 x 3,14 x f x Re

Onde: 

• Re = resistência de emissor em ohms
• f = frequência de operação em Hertz
• 3,14 = constante PI.

As resistências de entrada obtidas para as configurações indicadas são dadas pela relação existente entre a tensão de entrada e a corrente de entrada.

Para pequenos sinais, na configuração de emissor comum estes valores situam-se tipicamente entre 10k e 1k.

Conclusão

Os circuitos que demos em geral se aplicam a pequenos sinais. Estes pequenos sinais correspondem aqueles cuja amplitude é de alguns volts e cuja corrente é da ordem de microampères ou no máximo 1 ou 2 mA. Para sinais de maior intensidade, outros procedimentos devem ser usados, já que influem no comportamento do transístor.