Transistor Biasing

Biasing é o processo de fornecimento de tensão DC que auxilia no funcionamento do circuito. Um transistor é baseado a fim de tornar a junção da base do emissor polarizada para frente e a junção da base do coletor polarizada reversamente, de modo que ele se mantenha na região ativa, para funcionar como um amplificador.

No capítulo anterior, explicamos como um transistor atua como um bom amplificador, se as seções de entrada e saída forem polarizadas.

Transistor Biasing

O fluxo adequado de corrente do coletor de sinal zero e a manutenção da tensão do coletor-emissor adequada durante a passagem do sinal é conhecido como Transistor Biasing. O circuito que fornece polarização de transistor é chamado deBiasing Circuit.

Necessidade de polarização DC

Se um sinal de voltagem muito baixa for fornecido à entrada do BJT, ele não poderá ser amplificado. Porque, para um BJT, para amplificar um sinal, duas condições devem ser atendidas.

  • A tensão de entrada deve exceder cut-in voltage para o transistor ser ON.

  • O BJT deve estar no active region, para ser operado como um amplifier.

Se as tensões e correntes CC apropriadas forem fornecidas através do BJT por fontes externas, de modo que o BJT opere na região ativa e sobreponha os sinais CA a serem amplificados, então este problema pode ser evitado. A tensão DC e as correntes fornecidas são escolhidas de modo que o transistor permaneça na região ativa durante todo o ciclo AC de entrada. Portanto, a polarização DC é necessária.

A figura abaixo mostra um amplificador de transistor que é fornecido com polarização DC nos circuitos de entrada e saída.

Para que um transistor seja operado como um amplificador fiel, o ponto de operação deve ser estabilizado. Vamos dar uma olhada nos fatores que afetam a estabilização do ponto de operação.

Fatores que afetam o ponto operacional

O principal fator que afeta o ponto de operação é a temperatura. O ponto operacional muda devido à mudança na temperatura.

Conforme a temperatura aumenta, os valores de I CE , β, V BE são afetados.

  • I CBO é dobrado (para cada 10 o aumento)
  • V BE diminui 2,5 mv (para cada 1 o de aumento)

Portanto, o principal problema que afeta o ponto de operação é a temperatura. Portanto, o ponto de operação deve ser independente da temperatura de modo a obter estabilidade. Para isso, são introduzidos circuitos de polarização.

Estabilização

O processo de tornar o ponto operacional independente das mudanças de temperatura ou variações nos parâmetros do transistor é conhecido como Stabilization.

Uma vez que a estabilização é alcançada, os valores de I C e V CE tornam-se independentes das variações de temperatura ou substituição do transistor. Um bom circuito de polarização auxilia na estabilização do ponto de operação.

Necessidade de estabilização

A estabilização do ponto de operação deve ser alcançada pelas seguintes razões.

  • Dependência da temperatura de I C
  • Variações individuais
  • Escapamento térmico

Vamos entender esses conceitos em detalhes.

Dependência de temperatura de I C

Como a expressão para corrente de coletor I C é

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

A corrente de fuga do coletor I CBO é muito influenciada pelas variações de temperatura. Para sair disso, as condições de polarização são definidas de modo que a corrente do coletor de sinal zero I C = 1 mA. Portanto, o ponto de operação precisa ser estabilizado, ou seja, é necessário manter I C constante.

Variações Individuais

Como o valor de β e o valor de V BE não são iguais para todos os transistores, sempre que um transistor é substituído, o ponto de operação tende a mudar. Portanto, é necessário estabilizar o ponto de operação.

Escapamento térmico

Como a expressão para corrente de coletor I C é

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

$$ = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

O fluxo de corrente do coletor e também a corrente de fuga do coletor causam dissipação de calor. Se o ponto de operação não estiver estabilizado, ocorre um efeito cumulativo que aumenta essa dissipação de calor.

A autodestruição de tal transistor não estabilizado é conhecida como Thermal run away.

A fim de evitar thermal runawaye a destruição do transistor, é necessário estabilizar o ponto de operação, ou seja, manter I C constante.

Fator de Estabilidade

Entende-se que I C deve ser mantido constante, apesar das variações de I CBO ou I CO . O grau de sucesso de um circuito de polarização em mantê-lo é medido porStability factor. É denotado porS.

Por definição, a taxa de variação da corrente do coletor I C em relação à corrente de fuga do coletor I CO na constante β e I B é chamadaStability factor.

$ S = \ frac {d I_C} {d I_ {CO}} $ na constante I B e β

Portanto, podemos entender que qualquer mudança na corrente de fuga do coletor altera a corrente do coletor em grande medida. O fator de estabilidade deve ser o mais baixo possível para que a corrente do coletor não seja afetada. S = 1 é o valor ideal.

A expressão geral do fator de estabilidade para uma configuração CE pode ser obtida como abaixo.

$$ I_C = \ beta I_B + (\ beta + 1) I_ {CO} $$

Diferenciando a expressão acima em relação a I C , obtemos

$$ 1 = \ beta \ frac {d I_B} {d I_C} + (\ beta + 1) \ frac {d I_ {CO}} {dI_C} $$

Ou

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

Visto que $ \ frac {d I_ {CO}} {d I_C} = \ frac {1} {S} $

Ou

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

Por isso, o factor de estabilidade S depende β, I B e C .