M030 - Polarizando o Transistor Bipolar

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Como Polarizar um Transistor Bipolar


Polarização de Transistores

Nós já vimos em módulos anteriores que basicamente existem 2 tipos de transistores mais utilizados: os bipolares (PNP e NPN) e os MOSFETS (transistores de efeito de campo). Neste Módulo nós vamos estudar como polarizar um transistor bipolar.


Fig 1


Polarização e Região de Funcionamento

O que é polarizar um transistor? Polarizar um transistor é calcular o ponto de funcionamento do mesmo. É calcular as tensões e correntes que serão aplicadas ao componente para que ele funcione adequadamente.

Para polarizar um transistor, primeiro devemos saber para que ele será utilizado. Existem 3 regiões de funcionamento para o transistor: a Região de Corte, Região Linear e a Região de Saturação.

A figura 2 a seguir apresenta um circuito simples de polarização de um transistor NPN:


Fig 2


Para os cálculos de polarização as seguintes fórmulas são úteis:

Ie = Ib + Ic      (fórmula 1)

Ic = HFE . Ib      (fórmula 2)

Onde HFE é conhecido como ganho DC do transistor.

Como já vimos no Módulo M026 - Transistor Bipolar, Quando a tensão Vbe é menor que a tensão intrínseca da junção base- emissor, o transistor não está conduzindo, ou seja as correntes Ic e Ie são nulas. O transistor nesta situação encontra-se na Região de Corte.

Se começarmos a subir a tensão Vbe, quando nos aproximarmos da tensão intrínseca base- emissor (aproximadamente 0,7V para transistores de silício), o transistor começa a conduzir e a corrente Ic é dada aproximadamente pela fórmula 2 acima. Dizemos que o transistor está na Região Linear. Na região linear, o valor de HFE dado pela fórmula 2 é praticamente constante para diferentes correntes Ib e tensão Vce.

Se continuarmos a aumentar a tensão Vbe, vai chegar um momento em que o transistor não consegue mais aumentar a corrente Ic e o valor de HFE dado pela fórmula 2 cai bastante. Dizemos que o transistor entrou na Região de Saturação.

Vejamos alguns exemplos para entender melhor:

1) No circuito da figura 2, o transistor utilizado é o BC817 e a tensão V = 10V. O valor do resistor conectado ao coletor do transistor é bem pequeno de forma que Vce = V. A tensão Vbe é ajustada para Ib = 0.3mA. Calcule a corrente Ic e o ganho HFE do transistor. Utilize o gráfico esquerdo da figura 3 para realizar o cálculo.

Fig 3


Resposta:

Olhando para o gráfico da esquerda, escolha a curva referente à corrente de 0,3mA na base e trace a linha a partir da tensão Vce = 10V. Pelo gráfico você pode ver que a corrente Ic é de aproximadamente 75 mA.

Pela fórmula 2 temos:

HFE = Ic / Ib   Logo: HFE = 75 / 0,3 = 250;


2) Ainda no circuito da figura 2, se o valor do resistor ligado ao coletor do transistor for de 200 ohms e ajustarmos Vbe para Ib = 0,1mA, calcule o valor aproximado da tensão Vce.

Resposta:

Pelo exemplo 1 sabemos que o ganho deste transistor é de aproximadamente 250. Assim pela fórmula 1 temos:

Ic = Ib . HFE = 25mA;

Pelo circuito da figura 2 e aplicando a Lei de Ohm, temos:

Vce = V - Ic . R   Logo Vce = 10V - (0,025A . 200 ohms) = 5V ;


3) Ainda no circuito da figura 2, calcule o ganho do transistor para Ib = 2mA e Vce = 0,4V. Utilize o gráfico da direita para seus cálculos.

Resposta:

Pelo gráfico direito a corrente Ic = 320mA para Ib = 2mA e Vce = 0,4V

Então, pela fórmula 2:

HFE = Ic / Ib   Logo: HFE = 320 / 2 = 160;


Observe que nesta condição de funcionamento, o ganho do transistor HFE caiu bem se comparado com a condição de funcionamento do exemplo 1. Isto indica que nesta condição o transistor já está entrando na Região de Saturação. O limite exato entre a Região Linear e a de Saturação vai depender da aplicação do circuito eletrônico. Se a queda do ganho de 250 para 160 não afetar a função principal do circuito você poderia ainda considerá-lo na região linear. Mas se 160 de ganho já afeta o funcionamento do circuito, o transistor já está saturando para sua aplicação.

A figura 4 mostra como ficaria o circuito da figura 2 mas com transistor PNP. Observe que a polaridade das fontes Vbe e V são invertidas em relação ao circuito da figura 2. Mas os cálculos de polarização são feitos da mesma forma que os apresentados nos exemplos anteriores.

Fig 4



Os exemplos acima são formas bem simples de analisar a polarização de transistores, mas também pouco práticos para circuitos reais. O HFE de um transistor varia muito em função do processo de fabricação. Assim, para um mesmo transistor e mesma condição de trabalho o HFE pode variar de 100 a 300, por exemplo. Se você refizer os cálculos acima, considerando esta variação, observará que os resultados finais mudam bastante. Por isso veremos no próximo Módulo que existem outras formas mais precisas de polarização deste tipo de transistor.





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