Electrónica analógica - pré-amplificadores transistorizados

Nas figuras seguintes mostro-vos como se consegue polarizar o transístor para cada uma das 4 zonas de funcionamento.

Nas figuras não são indicadas as polaridades das fontes, pois estas serão diferentes, consoante se utilizam transístores NPN ou PNP. São indicadas apenas as polarizações impostas a cada junção:

PI = POLARIZAÇÃO INVERSA

PD = POLARIZAÇÃO DIRECTA

Em um transístor a camada de depleção do díodo emissor é mais estreita que a camada de depleção do díodo colector. A razão pode ser atribuída aos diferentes níveis de dopagem na região do emissor e do colector. Com uma dopagem muito forte na região do emissor, o material N tem uma penetração mínima em virtude da disponibilidade de um número maior de electrões livres.

Contudo no lado do colector a disponibilidade de electrões livres é menor e a camada de deplação deve penetrar mais profundamente a fim de ajustar a barreira de potencial.

Rb = 1 MΩ,

a corrente na base é de 14.3µA. Mesmo que o transístor seja substituído e a temperatura varie, a corrente de base permanecerá fixa em aproximadamente 14.3µA sobre todas as condições de operação.

Se nessa figura o Ganho cc = 100 a corrente no colector será aproximadamente 1.43mA e a tensão colector emissor será:

Vec = Vcc – IcRc = 15v – (1.43mA) * (3KΩ) = 10.7 V

Portanto o ponto Q é:

Ic = 1.43 mA e Vec = 10.7 V

Podemos também encontrar o ponto de Q usando uma solução gráfica baseada na recta de carga do transístor, um gráfico de Ic versus Vec, a tensão colector-emissor é dada por:

Vec = Vcc –Ic Rc

Para obtermos IC

IC = (Vcc-Vec)/Rc

Se traçarmos o gráfico desta equação (Ic versus Vec) obteremos uma recta que chamamos de recta de carga porque ela representa o efeito da carga sobre Ic e Vec. Por exemplo substituindo os valores da figura na equação obtemos:

IC = (15v-Vec)/(3 KΩ)

Essa é uma equação linear, isto é, seu gráfico é uma recta (observação: uma equação linear é aquela que pode ser reduzida numa forma padronizada de Y = mX + b).

Os pontos finais da recta de carga são facílimos de serem encontrados, quando Vec = 0 na equação da recta de carga.

Ic = 15v/3KΩ = 5 mA

Com os valores Ic = 5 mA e Vec = 0, traçamos o ponto superior da recta de carga.

Quando Ic = 0, obtemos a equação da recta de carga: 0 = (15v-Vec)/(3 kΩ) ou Vec = 15V

Com as coordenadas Ic = 0 e Vec = 15V traçamos o ponto inferior da recta de carga.

Vou agora apresentar as duas equações das leis de Kirchoff que são válidas para o transístor:

O transístor pode ser, em si próprio considerado como um nó, dai que possamos escrever:

Ic + Ib –I e = 0 ↔ Ie = Ib + Ic

No entanto o transístor pode ser considerado como uma malha, dai que possamos dizer:

- Vce + Vcb + Vbe = 0 ↔ Vce = Vcb - Vce

Porque ela contem todos os pormenores possíveis da operação do circuito, dito d forma diferente, quando a resistência da base muda de zero ao mínimo, ela faz com que Ib varie, que faz Ic e e Vce variarem sobre suas faixas por completo. Se você traçar os valores de Ic e Vec para todos os possíveis valores de Ib, obterá a recta de carga. Logo a recta de carga é um resumo visual de todos os pontos de operações possíveis do transístor.

Quando a resistência de carga da base é muito baixa, a corrente no colector é alta e a tensão colector emissor cai para aproximadamente zero. Nesse caso, o transístor vai para saturação. Isso significa que a corrente no colector aumentou para seu valor máximo possível.

O ponto de saturação é o ponto onde a recta de carga intercepta a região de saturação das curvas do colector. Podemos considerar o ponto de saturação o ponto superior da recta de carga, tendo sempre em mente que existe um ligeiro erro.

O ponte de corte é o ponto onde a recta de carga intercepta a região de corte das curvas do colector. De agora em diante vamos considerar que o ponto de corte é o ponto inferior da recta de carga.

Para uma operação nominal, podes polarizar o díodo emissor directamente e o díodo colector reversamente, sob essas condições o emissor injecta electrões livres na base, a maioria desses electrões livres passa da base para o colector. Por isso a corrente do colector é aproximadamente igual á corrente do emissor.

A corrente da base é muito menor tipicamente menor do que 5% da corrente do emissor.

Uma forma comum de testar transístores é com um multímetro calibrado para testar díodos. Um transístor NPN como se pode ver na figura, assemelha-se com dois díodos, um virado para o outro. Cada junção PN pode ser testada com polarização directa e reversa.

Podemos testar também do colector para o emissor que deve resultar uma indicação sobre leitura com um multímetro digital conectado com qualquer polaridade. Como um transístor tem três terminais, existem seis conexões possíveis com diferentes polaridades para um multímetro digital. Outro modo de testar transístores é com um ohmímetro, começamos por medir a resistência entre o colector e o emissor, a leitura deve ser de valor alto nos dois sentidos porque os diodos colector e emissor estão ligados em anti-série