Índice do curso aquiVotação sobre "Curso básico de electrónica – por José Flor"Sondagem sobre o seu conhecimento em electrónicaIntrodução á electrónica básica
Parte 8
Amplificação de pequenos sinais de áudio e classes de amplificação
Mais informação sobre transistores na lição Curso de electrónica - parte 05 transistorTipos de amplificação:1.
Tensão contínua2.
Tensão variável3.
PotênciaA amplificação de tensão contínua consiste em amplificar a variação que essa tensão sofre, quando muda de valor. É um tipo de amplificação que tem aplicação, por exemplo, nos instrumentos conhecidos como voltímetro eletrônico. Graduando a tensão de saída em função do ganho, podemos aplicar o amplificador como medidor de tensão contínua. Por exemplo, suponhamos que temos um amplificador de ganho igual a 10. Então, se aplicarmos 1 V no amplificador, o voltímetro acusará uma variação de 10 V; se aplicarmos 0,3 V o voltímetro marcará 3 V de variação, logo, calibrando o voltímetro (no caso seria variação dividida por 10), podemos ler diretamente a tensão desconhecida.
Quando o transistor é usado para amplificar a tensão de baixo nível, dizemos que há amplificação de tensão. Esses sinais geralmente provêm de microfones, fonocaptadores, câmeras de televisão, etc., e devem ter sua tensão elevada, para que possam excitar o amplificador de potência.
Amplificadores de potência, muitas vezes, necessitam de potência elevada na saída do amplificador. Neste caso, devemos elevar tanto a tensão como a corrente. Teremos, então, a amplificação de potência. Os receptores de rádio, amplificadores de som, estágio de saída de vídeo de televisores, etc., necessitam de amplificação de potência na carga.
Figura 1
O transistor NPN, para funcionar normalmente, deve ser polarizado como mostra a figura 1, ou seja, o emissor é negativo em relação à base (sentido direto) e o coletor é positivo em relação à base (sentido inverso). Naturalmente, se o transistor for do tipo PNP, as polaridades deveram ser trocadas. Polarizado dessa maneira, as correntes nas junções NP e PN estabelecem-se da seguinte maneira: Os elétrons fluem do emissor para a base, porque essa junção está polarizada no sentido direto. Na base, há recombinação de elétrons e lacunas, mas, como ela é estreita, uma pequena quantidade de elétrons atinge o pólo positivo, formando o que se chama de corrente de base. Entre base e coletor não há fluxo de elétrons (corrente elétrica), porque a junção PN está polarizada no sentido inverso. Da região N do emissor para a região N do coletor flui a corrente mais importante do transistor, que é chamada de corrente de coletor. Isto acontece porque os elétrons do emissor são atraídos pela bateria E2 e os elétrons da região do coletor, além de serem atraídos por essa bateria, são repelidos pela bateria E1, pois, como se pode verificar pela figura 2, as baterias E1 e E2 estão ligadas em série entre os pontos E e C. A corrente de coletor pode ser controlada pela polarização da base. De fato, suponhamos que a base fique negativa em relação ao emissor. Isto significa inverter a polaridade da bateria E1. Então, a junção NP emissor-base fica polarizada no sentido inverso e não haverá corrente de base, porque, sendo negativa a base, ela fica com excesso de elétrons e, como a corrente majoritária, no transistor NPN, é construída pelo movimento de elétrons , resulta que os elétrons da corrente de emissor são repelidos pelos elétrons da base e não conseguirão passar para a região do coletor. Agora, se fizermos o inverso do exposto, ou seja, se polarizarmos normalmente a base, e aumentarmos progressivamente a tensão, iremos observar que a corrente de coletor também aumenta. A explicação do fato é bastante simples. Basta lembrar que a base, ficando mais positiva, arrasta mais elétrons do emissor, obrigando maior número deles a atravessar a região do coletor. Ora do que acima expusemos, pode-se concluir que a corrente emissor-coletor pode ser controlada pela ação da corrente emissor-base. Além disso, uma pequena variação na corrente de base provoca variação bem maior da corrente de coletor. Então é possível aplicar um sinal pequeno na base e recolhê-lo bem maior no coletor, o que significa que o transistor é um dispositivo amplificador. A análise feita é no sentido real da corrente.
Sendo o transistor um dispositivo de três terminais, podemos liga-lo de seis modos. Dessas, as três mais importantes do ponto de vista pratico são: figura 2, base-comum, figura 3, coletor-comum e figura 4, emissor-comum.
Base-comum: neste tipo de ligação, o sinal é introduzido nos terminais emissor-base e recolhido nos terminais coletor-base. Como se nota, o terminal da base é comum tanto ao sinal de entrada como ao de saída, justificando-se daí o nome de base-comum.
Baixa resistência de entrada. Por resistência de entrada devemos entender a relação entre a tensão e a corrente de entrada que, no caso, seria a tensão entre a base e o emissor, e a corrente de emissor. Como essa tensão é baixa e a corrente relativamente alta, resulta resistência de entrada de baixo valor. Concluímos, também, que a resistência deve ser baixa, observando que a junção emissor-base está polarizada no sentido direto, isto é, no sentido que favorece a passagem da corrente e que, naturalmente, deve ser o de menor resistência.
Resistência de saída. Definimos a resistência de saída como a relação entre a tensão de saída e a corrente de saída. No caso, é a relação entre a tensão e a corrente do coletor. Como a junção coletor-base está polarizada no sentido inverso, é fácil concluir que a resistência de saída deve ser alta.
Ganho de corrente menor que a unidade. O ganho de corrente contínua do transistor ligado na configuração base comum costuma ser representado pela letra α (alfa). Ele representa a relação entre a corrente no circuito de saída e aquela no de entrada. No caso em análise, será a relação (divisão) entre a corrente do coletor e a do emissor, ou seja: α = IC / Ie. Considerando-se que a corrente de coletor é ligeiramente menor que a corrente de emissor, o ganho de corrente será menor que um, já que a divisão de um número por outro maior do que ele sempre dá como resultado um número menor que um. De um modo geral, o ganho de corrente na ligação base-comum está entre 0,95 a 0,99.
Não há inversão de fase. Nesta montagem não há inversão de fase. Isto quer dizer que a forma de onda aplicada na entrada terá o mesmo aspeto na saída. Podemos chegar a essa conclusão, observando o seguinte: suponhamos que o nosso gerador da figura 3 tenha a forma de onda senoidal, representada à direita, na mesma figura. Quando a tensão do gerador varia de A a B, ou seja, passa do zero ao máximo positivo, a tensão total aplicada à junção emissor-base diminui, porque o gerador e a bateria ficam em oposição, ou seja, o pólo negativo da bateria ligado ao negativo do gerador. diminuindo a tensão na base, fica também diminuída a corrente no coletor, como já analisamos nesta lição. Então, a queda de tensão no resistor de carga, que designamos por RL, diminui e a tensão da bateria de coletor com a queda no resistor RL aumenta. Isto significa que a tensão retirada entre base e o coletor, através do capacitor C, aumenta. Então, a variação positiva da forma de onda, na entrada, produz variação positiva também na saída, o que quer dizer que nesse trecho a forma de onda varia no mesmo sentido, não havendo inversão de fase.naturalmente, no trecho CD da tensão na entrada, tudo se passa do mesmo modo, com a diferença de que há mudança de sentido tanto na entrada, como na saída, como se pode deduzir facilmente, com o mesmo raciocínio empregado acima.
Coletor-comum: o circuito da figura 3, a entrada do sinal é efetuada na junção base-coletor e a saída, na junção emissor-coletor, sendo, portanto, comum aos dois circuitos o terminal de coletor. Alta resistência de entrada. De fato, o sinal sendo aplicado na junção base-coletor, encontrará alta resistência, pois sabemos que essa junção está polarizada no sentido inverso. Baixa resistência de saída. A corrente do transistor flui quase totalmente entre o emissor e o coletor; logo, esse é o caminho de menor resistência. Ganho de corrente elevado. O ganho de corrente é definido como a relação entre a corrente de saída e a de entrada. Ora, a corrente de saída, no caso, é a de coletor-emissor e a de entrada é a de base-coletor. Como a corrente de base é muitíssimo menor que a de coletor, resulta que a divisão desta última pela primeira dará um número bem maior do que a unidade, ou seja, o ganho de corrente é elevado. Neste caso, o ganho costuma ser representado pela letra β (beta). Β = IC / IB.
Não há inversão de fase. De fato, quando o sinal na entrada varia de A a B, isto é, de zero ao máximo positivo da onda senoidal aplicada na base, a corrente de base aumenta, porque o gerador fica em série com a bateria de polarização, como se pode verificar na figura 3. em conseqüência, a corrente de coletor também aumenta, o que provoca maior queda de potencial no resistor de carga RL. Mas, observe o sentido da corrente, verifica-se, que quando a corrente aumenta, o terminal de RL ligado à bateria E2 fica mais positivo; portanto, a queda de tensão fica em série com a bateria e aumenta a tensão resultante na saída. Isto significa que a tensão de saída acompanha no sentido as variações da tensão de entrada, ou seja, não há inversão de fase. Com raciocínio análogo, podemos concluir que no trecho CD, quando a tensão de entrada diminui de valor, a de saída também diminui.
Emissor-comum: Este tipo de ligação está mostrado na figura 4. como se pode observar, o sinal de entrada é introduzido entre a base e o emissor, e o de saída é retirado entre o coletor e o emissor. Esse tipo de circuito é o que mais se usa na prática.
Média resistência de entrada. A junção base-emissor está polarizada no sentido direto e sua resistência tem valor relativamente baixo. Essa resistência, entretanto, é maior do que no caso da ligação em base comum e menor do que na ligação em coletor comum; portanto, diz-se que essa montagem tem média resistência de entrada.
Média resistência de saída. Também, pelo fato da resistência de saída da montagem emissor comum ser menor do que no caso da montagem em base comum e maior do que na montagem coletor comum, diz-se que ela é média.
Elevado ganho de corrente. Nessa montagem, o ganho de corrente é a relação entre a corrente de coletor e a de base, e costuma ser representado por β ou hFE. Como a corrente de coletor é muito maior que a de base, resulta que o ganho de corrente tem valor elevado.
Há inversão de fase. Das três montagens que apresentamos, esta é a única em que há inversão de fase, isto é, a forma de onda do sinal de entrada aparece modificada, no tempo, na saída. Vejamos porquê: Suponhamos que o sinal de entrada varie de A a B (fig. 4), isto é, passe de zero ao máximo positivo. Nessas circunstancias, a bateria E1 e o sinal do gerador ficam em série, suas tensões se somam e, conseqüentemente a corrente de base aumenta, o que provoca o aumento da corrente de coletor. Esse aumento na corrente de coletor produz maior queda de tensão no resistor RL. Em razão do sentido da corrente, essa queda no resistor RL fica em oposição com a bateria E2 e a tensão resultante diminui. Então, quando o sinal de entrada varia no sentido positivo, o de saída varia no negativo; logo, há inversão de sinal de um ângulo de 180º. Com o mesmo raciocínio, podemos concluir que, quando o sinal de entrada varia de C a D, ou seja, de zero ao máximo negativo, o sinal de saída sofre variação de C’ a D’, isto é, passa do zero ao máximo positivo.
José António Flor de Sousa
