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Como Polarizar um Transistor com Divisor de Tensão para um Amplificador Classe A

Tempo de Leitura: 5 minutos

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:

  1. Tensão Base-Emissor \(( Vbe )\): Para manter o transistor na região ativa, \( Vbe \) deve ser aproximadamente 0,7V.
  2. 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.
  3. 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

Definição da região linear (sem distorção) de operação do transistor.

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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