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,

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

Ou

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

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,

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

Ou

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

Portanto

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

Ou

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

Aplicando KVL, temos

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

Ou

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

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.

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

Ou

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

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

Desde $ I_C = \ beta I_B $

Alternativamente,

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

Ou

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

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.

Fator de Estabilidade

A equação para Stability factor deste circuito é obtido como

Fator de estabilidade = $ S = \ frac {(\ beta + 1) (R_0 + R_3)} {R_0 + R_E + \ beta R_E} $

$$ = (\ beta + 1) \ times \ frac {1 + \ frac {R_0} {R_E}} {\ beta + 1 + \ frac {R_0} {R_E}} $$

Onde

$$ R_0 = \ frac {R_1 R_2} {R_1 + R_2} $$

Se a razão R 0 / R E for muito pequena, então R0 / RE pode ser desprezado em comparação com 1 e o fator de estabilidade torna-se

Fator de estabilidade = $ S = (\ beta + 1) \ times \ frac {1} {\ beta + 1} = 1 $

Este é o menor valor possível de S e leva à máxima estabilidade térmica possível.