Polarização DC em transistores – BJTs

Em termos simples, a polarização do BJT pode ser definida como um processo no qual um BJT é ativado ou ativado pela aplicação de uma magnitude menor de corrente contínua em seus terminais base / emissor, para que ele possa conduzir uma magnitude relativamente maior de corrente contínua através de de seus terminais coletores emissores.

A operação de um transistor bipolar ou BJT nos níveis DC é governada por vários fatores, incluindo uma variedade de pontos de operação nas características dos dispositivos.

Na seção 4.2, explicada neste artigo, verificaremos os detalhes sobre esse intervalo de pontos de operação para amplificadores BJT. Uma vez calculadas as fontes de CC especificadas, um projeto de circuito pode ser criado para determinar o ponto de operação necessário.

Uma variedade dessas configurações é examinada neste artigo. Cada modelo discutido identificará ainda mais a estabilidade do foco, ou seja, quão sensível o sistema pode ser a um determinado parâmetro.

Embora inúmeras redes sejam examinadas nesta seção, elas têm uma semelhança fundamental entre as avaliações de cada configuração, devido ao seguinte uso repetido do relacionamento fundamental crucial:


Na maioria das situações, a atual base IB é a primeira quantia a ser estabelecida. Uma vez identificado o IB, as relações das equações. (4.1) a (4.3) podem ser implementadas para obter o restante das quantidades em questão.

As semelhanças nas avaliações se tornarão aparentes rapidamente à medida que prosseguirmos nas seções a seguir.

As equações para IB são tão idênticas para muitos dos desenhos que uma fórmula pode ser derivada da outra simplesmente removendo ou inserindo um elemento ou dois.

O principal objetivo deste capítulo é estabelecer um grau de entendimento do transistor BJT que permita implementar a análise CC de quase qualquer circuito que possua o amplificador BJT como elemento.

4.2 PONTO DE OPERAÇÃO

Palavra viés Um termo detalhado aparece no título deste artigo, o que significa a implementação de tensões CC e para determinar um nível fixo de corrente e tensão em BJT.

Para amplificadores BJT, a corrente e tensão CC resultantes criam um ponto de operação nas características que estabelecem a região que se torna ideal para a amplificação necessária do sinal aplicado. Como o ponto de operação acaba sendo um ponto predeterminado das características, ele também pode ser chamado de ponto de repouso (abreviado como ponto Q).

“Quiescente”, por definição, significa silêncio, quietude, estilo de vida sedentário. A Figura 4.1 mostra uma característica de saída padrão de um BJT que possui 4 pontos de operação. O circuito de polarização pode ser desenvolvido para estabelecer o BJT em um desses pontos ou outros dentro da região ativa.


As classificações máximas são indicadas nos recursos da Figura 4.1 através de uma linha horizontal para a maior corrente ICmax do coletor e uma linha perpendicular para a tensão mais alta do coletor para o emissor VCEmax.

A limitação máxima de potência é identificada a partir da curva PCmax na mesma figura. Na extremidade inferior do gráfico, podemos ver a região de corte, identificada por IB ≤ 0μ, e a região de saturação, identificada por VCE ≤ VCEsat.

A unidade BJT pode possivelmente sofrer um desvio fora dos limites máximos declarados, mas a conseqüência de tal processo resultaria em uma deterioração significativa da vida útil do dispositivo ou em uma falha total do dispositivo.

Ao restringir os valores entre a região ativa indicada, pode-se escolher uma variedade de áreas ou pontos de operação. O ponto Q selecionado geralmente depende da especificação esperada do circuito.

No entanto, certamente podemos levar em consideração algumas distinções entre o número de pontos ilustrados na figura 4.1 para fornecer algumas recomendações fundamentais a respeito da ponto de operaçãoe, portanto, o circuito de polarização.

Se nenhum viés fosse aplicado, o dispositivo permaneceria inicialmente completamente DESLIGADO, causando um ponto Q em A, ou seja, corrente zero através do dispositivo (e 0 V através dele). Como inclinar um BJT é essencial para permitir que ele reaja em toda a faixa de um determinado sinal de entrada, o ponto A pode não parecer apropriado.

Para o ponto B, quando um sinal estiver conectado ao circuito, o dispositivo mostrará uma variação de corrente e tensão através do ponto de operação, permitindo que o dispositivo responda (e talvez amplifique) as aplicações positivas e negativas do sinal de entrada.

Quando o sinal de entrada é usado da melhor maneira, a tensão e a corrente do BJT provavelmente mudam … no entanto, pode não ser suficiente para acionar o dispositivo no corte ou saturação.

O ponto C poderia ajudar em algum desvio positivo e negativo do sinal de saída, mas a magnitude pico a pico poderia ser restrita à proximidade de VCE = 0V / IC = 0 mA.

Trabalhar no ponto C da mesma maneira pode causar pouca preocupação com as não linearidades, devido ao fato de que o hiato entre as curvas de IB pode estar se alterando rapidamente nessa área específica.

De um modo geral, é muito melhor operar o dispositivo onde o ganho do dispositivo é razoavelmente consistente (ou linear), para garantir que a amplificação na oscilação geral do sinal de entrada permaneça uniforme.


O ponto B é uma região que exibe maior separação linear e, por esse motivo, maior atividade linear, conforme indicado na Figura 4.1.

O ponto D estabelece o dispositivo ponto de operação perto dos níveis mais altos de tensão e potência. A oscilação da tensão de saída no limite positivo é assim restrita quando a tensão máxima não é excedida.

O ponto B, como resultado, parece perfeito ponto de operação com relação ao ganho linear e às maiores variações possíveis de tensão e corrente.

Nós descreveremos isso no ideal para amplificadores de sinal pequeno (capítulo 8), no entanto, nem sempre para amplificadores de potência … discutiremos isso mais tarde.

Neste discurso, vou focar principalmente na polarização do transistor em relação à função de amplificação de sinal pequeno.

Há outro fator de viés extremamente crucial que deve ser considerado. Tendo determinado e tendencioso o BJT com um ideal ponto de operação, os efeitos da temperatura também devem ser avaliados.

A faixa de calor fará com que limites do dispositivo, como ganho de corrente do transistor (CA) e corrente de fuga do transistor (ICEO), sejam desviados. Aumentar as faixas de temperatura causará maiores correntes de vazamento no BJT e, portanto, modificará as especificações operacionais estabelecidas pela rede de polarização.

Isso implica que o padrão de grade também precisa facilitar um nível de estabilidade da temperatura para garantir que os impactos das variações de temperatura ocorram com mudanças mínimas no ponto de operação. A manutenção deste ponto de operação pode ser estipulada com um fator de estabilidade, S, que significa o nível de desvios no ponto de operação causado por uma mudança de temperatura.

Um circuito idealmente estabilizado é recomendado, e aqui a característica estável de vários circuitos de polarização essenciais será avaliada. Para que o BJT seja enviesado dentro da região operacional linear ou efetiva, os seguintes pontos devem ser atendidos:

1. A junção do emissor base deve ser polarizada para a frente (tensão da região p muito positiva), permitindo uma tensão de polarização direta de cerca de 0,6 a 0,7 V.

2. A junção do coletor de base deve ter polarização reversa (região n muito positiva), com a tensão de polarização reversa permanecendo em algum valor dentro dos limites máximos do BJT.

[Lembre-sedequeparapolarizaçãodiretaatensãonajunçãop-nserá[Lembre-sedequeparaafrenteatensão[Recuerdequeparapolarizacióndirectaelvoltajeatravésdelauniónp-nserá[Rememberthatforforwardbiasthevoltageacrossthep-njunctionwillbePpositivo, e para o viés reverso é rolamento invertido norte-positivo. Essa abordagem da primeira letra deve fornecer uma maneira de lembrar facilmente a polaridade essencial da tensão.]

A operação nas áreas de corte, saturação e linear do recurso BJT é geralmente apresentada como explicado abaixo:

1) Operação em região linear:

União emissor-base com polarização direta

União do coletor de base de polarização reversa

2) Operação na região de corte:

Junção base emissor-polarizada reversa

3) Operação da região de saturação:

União emissor-base com polarização direta

Junta do coletor de base inclinada para a frente

4.3 CIRCUITO DE BIAS FIXO

O circuito de polarização fixo na Fig. 4.2 é projetado com uma visão geral bastante simples e descomplicada da análise de polarização de transistor DC.

Embora a rede implemente um transistor NPN, fórmulas e cálculos podem funcionar de maneira igualmente eficaz com uma configuração de transistor PNP simplesmente reconfigurando os caminhos de fluxo de corrente e polaridades de tensão.

As direções de corrente na Figura 4.2 são as direções de corrente genuínas e as tensões são identificadas pelas anotações universais de subscrito duplo.

Para análise DC, o projeto pode ser separado dos níveis AC mencionados simplesmente trocando os capacitores por um circuito aberto equivalente.

Além disso, a fonte CC VCC pode ser dividida em um par de fontes separadas (apenas para realizar a avaliação), como mostrado na Figura 4.3, apenas para permitir uma quebra dos circuitos de entrada e saída.

O que isso faz é minimizar o vínculo entre os dois e a base atual do IB. A separação é sem dúvida legítima, como mostra a figura 4.3, onde o VCC está diretamente conectado ao RB e ao RC, como na figura 4.2.

circuito bjt de polarização fixa

Polarização direta da base do emissor

Polarização direta da base do emissor

Vamos primeiro olhar para o circuito emissor de base mostrado na Figura 4.4 acima. Se implementarmos a equação de tensão de Kirchhoff no sentido horário para o loop, derivamos a seguinte equação:

Podemos ver que a polaridade da tensão cai através de RB conforme determinado pela direção atual da IB. A resolução da equação para o IB atual nos dá o seguinte resultado:

Equação (4.4)

A equação (4.4) é definitivamente uma equação que pode ser facilmente memorizada, simplesmente lembrando que a corrente base aqui se torna a corrente que passa através da RB e aplicando a lei de Ohm de que a corrente é igual à tensão em RB dividido pela resistência RB.

A tensão através de RB é a tensão aplicada VCC em uma extremidade menos a queda através da junção base-emissor (VBE).
Além disso, como a fonte VCC e a tensão do emissor de base VBE são quantidades fixas, a escolha do resistor RB na base define a quantidade de corrente base para o nível de comutação.

Loop coletor-emissor

Loop coletor-emissor

A Figura 4.5 mostra o estágio do circuito coletor do emissor, onde o endereço IC atual e a polaridade correspondente através de RC foram apresentados.
Pode-se observar que o valor da corrente do coletor está diretamente relacionado ao IB através da equação:

Equação (4.5)

Você pode achar interessante ver que, como a corrente base depende das quantidades de RB e que o CI está ligado ao IB através de uma constante β, a magnitude do CI não é função da resistência do RC.

Ajustar RC para algum outro valor não terá efeito no nível de IB ou mesmo de IC, desde que a região BJT seja mantida ativa.
Dito isto, você descobrirá que a magnitude do VCE é determinada pelo nível de RC, e isso pode ser uma coisa crucial a considerar.

Se usarmos a lei de tensão de Kirchhoff no sentido horário através do circuito fechado mostrado na Figura 4.5, ela produzirá as duas equações a seguir:

Equação (4.6)

Isso indica que a tensão no emissor coletor do BJT dentro de um circuito de polarização fixo é a tensão de alimentação equivalente à queda formada através de RC
Para uma rápida olhada na notação de subscrito único e duplo, lembre-se de que:

VCE = VC – VE ——– (4.7)

onde VCE indica a tensão que flui do coletor para o emissor, VC e VE são as tensões que passam do coletor e do emissor para o terra, respectivamente. Mas aqui, como VE = 0 V, temos

VCE = VC ——– (4.8)
Também porque nós temos,
VBE = VB – VE ——– (4.9)
e como VE = 0, finalmente obtemos:
VBE = VB ——– (4.10)

Lembre-se dos seguintes pontos:

Ao medir os níveis de tensão como VCE, coloque a sonda vermelha do voltímetro no pino coletor e a sonda preta no pino emissor, conforme mostrado na figura abaixo.

VC representa a tensão que passa do coletor para o terra e seu procedimento de medição também é como indicado na figura abaixo.

No presente caso, as duas leituras anteriores serão semelhantes, mas para redes de circuitos diferentes, isso pode mostrar resultados variáveis.

Isso implica que essa diferença nas leituras entre as duas medições pode ser crucial ao diagnosticar uma possível falha em uma rede BJT.

Medição de VCE e VC na rede BJT

Resolvendo um exemplo prático de polarização BJT

Avalie o seguinte para a configuração de polarização fixa na Figura 4.7.

Dados:
(a) IBQ e ICQ.
(b) VCEQ.
(c) VB e VC.
(d) VBC.

Resolvendo o problema de polarização de DC

No próximo capítulo, aprenderemos sobre a saturação de BJT.

Referência

Transistor de polarização



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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