A polarização de transistores é um passo fundamental no projeto de circuitos amplificadores, especialmente na configuração Classe A, que exige que o transistor opere na região ativa para garantir a linearidade da amplificação. Neste artigo, vamos detalhar a técnica de polarização por divisor de tensão, explicando passo a passo como dimensionar os resistores e montar o circuito, com foco na inclusão do resistor de coletor, indispensável para a derivação adequada do sinal de saída. As informações e cálculos serão baseados nos livros Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores de Albert Paul Malvino e Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos de Robert L. Boylestad & Louis Nashelsky.
Princípios Básicos do Transistor Bipolar de Junção (BJT)
O transistor BJT é um dispositivo semicondutor de três camadas (emissor, base e coletor) que opera em três regiões:
- Corte: Nenhuma corrente flui, o transistor está desligado.
- Saturação: O transistor está totalmente ligado, permitindo a máxima corrente.
- Região ativa: O transistor amplifica a corrente de base, controlando a corrente de coletor.
Em um amplificador Classe A, o transistor deve operar na região ativa, o que requer que a tensão base-emissor \(( Vbe )\) seja mantida em aproximadamente 0,7V para transistores de silício. Essa operação é essencial para manter a linearidade da amplificação e é discutida no Capítulo 6 de “Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores” de Albert Malvino (p. 190-227), assim como no Capítulo 4 de “Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos” de Boylestad (p. 193-196).
Métodos de Polarização
Existem vários métodos para polarizar um transistor:
- Polarização fixa: Simples, mas com estabilidade limitada.
- Polarização com resistor no emissor: Melhora a estabilidade térmica.
- Polarização por divisor de tensão: Mantém a tensão na base fixa, proporcionando excelente estabilidade do ponto de operação.
Neste método, os resistores \( R1 \) e \( R2 \) formam um divisor de tensão que define a tensão da base \( Vb \), enquanto \( RE \) no emissor estabiliza a corrente \( Ie \). Para circuitos amplificadores, é necessário incluir um resistor \( RC \) no coletor, essencial para derivar o sinal de saída de forma correta. Esse método é amplamente discutido no Capítulo 7 de “Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores” de Albert Malvino (p. 240-266) e no Capítulo 4 de “Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos” de Boylestad (p. 193-198).
Circuito de Polarização por Divisor de Tensão com Resistor no Coletor
Esquemático básico:
No circuito com polarização por divisor de tensão, o resistor ( RC ) é conectado no coletor do transistor. Esse resistor é fundamental para criar a queda de tensão necessária para a derivação do sinal amplificado. A tensão de saída é obtida entre o coletor e o terra, onde o sinal amplificado é coletado.
Análise do circuito:
- Tensão Base-Emissor \(( Vbe )\): Para manter o transistor na região ativa, \( Vbe \) deve ser aproximadamente 0,7V.
- Corrente de Coletor \(( Ic )\) e Corrente de Emissor (( Ie )): Como \( Ie \approx Ic \), a corrente \( Ic \) é a principal responsável pela amplificação. \( Ie \) é escolhido com base na potência desejada e na dissipação térmica do transistor.
- Tensão Coletor-Emissor \(( Vce )\): Deve ser aproximadamente metade da tensão de alimentação \( Vcc \), para maximizar a excursão do sinal sem distorções.
Definindo \( Vce = 6V \):
Em um circuito com (\ Vcc = 12V \), definir \( Vce \) como 6V permite uma operação eficiente e linear. Essa escolha maximiza a amplitude do sinal de saída, conforme explicado tanto por Malvino quanto por Boylestad em seus respectivos capítulos sobre amplificadores de pequeno sinal.
Escolha de ( RC ):
\( RC \) deve ser dimensionado para garantir que a queda de tensão \( VRC \) permita que \( Vce \) fique em torno de 6V:
\[
Vcc = VRC + Vce + (Ie \cdot RE)
\]
Supondo \( Vcc = 12V \), \( Vce = 6V \) e \( Ie = 1mA \), \( RC \) é calculado como:
\[
RC = \frac{Vcc – Vce – (Ie \cdot RE)}{Ic} = \frac{12V – 6V – (1mA \cdot 5,3k\Omega)}{1mA} = 6k\Omega
\]
Cálculo de \( Vb \) e escolha de R1 e R2:
A tensão \( Vb \) precisa ser ajustada para garantir \( Vbe = 0,7V \) e \( Ie = 1mA \):
\[
Vb = Vbe + (Ie \cdot RE)
\]
Com \( RE = 5,3k\Omega \) e \( Vbe = 0,7V \):
\[
Vb = 0,7V + (1mA \cdot 5,3k\Omega) = 6V
\]
Para \( Vcc = 12V \) e \( Vb = 6V \):
\[
Vb = Vcc \cdot \frac{R2}{R1 + R2} = 6V
\]
Escolhemos \( R2 = 10k\Omega \) e calculamos \( R1 \):
\[
R1 = R2 \cdot \left(\frac{Vcc}{Vb} – 1\right) = 10k\Omega \cdot \left(\frac{12V}{6V} – 1\right) = 10k\Omega
\]
Considerações sobre a Linearidade e Estabilidade
O resistor no coletor ( RC ) é crucial para permitir a derivação do sinal de saída. O ponto de operação (( Q-point )) é mantido estável com o divisor de tensão, garantindo que ( Vce ) e ( Ic ) estejam nas faixas ideais, conforme discutido nos livros de Malvino e Boylestad. Para uma análise mais profunda sobre a importância de ( RC ) e a estabilização do ponto de operação, consulte o Capítulo 10 de “Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores” de Albert Malvino (p. 366-391)【15†source】 e o Capítulo 4 de “Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos” de Boylestad (p. 193-198)【14†source】.
Conclusão
A polarização por divisor de tensão, com a inclusão do resistor de coletor, é essencial para o design de amplificadores Classe A. O circuito resultante oferece uma operação estável e linear, ideal para a amplificação de sinais sem distorção. Esse método é amplamente explicado nos livros de Malvino e Boylestad, que fornecem a base teórica necessária para a compreensão e aplicação prática.
Referências Consultadas
- Malvino, Albert. Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores, 8ª edição, Volume 1. Páginas 190-227, 240-266, 253-258, 366-391.
- Boylestad, Robert L.; Nashelsky, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Páginas 193-198.
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