Configuração de transistores (ART077)

Os componentes ativos dos circuitos eletrônicos como os transistores comuns (bipolares), os transistores de efeito de campo de junção (JFET), os MOSFETs e até mesmo as antigas válvulas podem operar em configurações muito semelhantes, amplificando sinais elétricos. Cada uma das três configurações básicas desses componentes apresenta características específicas que todo praticante da eletrônica deve conhecer. Veja neste artigo quais são elas.

Componentes ativos são aqueles que podem amplificar sinais, ou seja, em que uma variação de uma corrente ou tensão de entrada (ou ambas) causa uma variação maior da corrente ou tensão de saída (ou ambas). Em outras palavras, a potência do sinal que obtemos na saída de um desses dispositivos é maior do que aquela que aplicamos na entrada, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 - O ganho é dito positivo quando o sinal de saída é maior do que o de entrada.

A eletrônica se baseia totalmente na operação desses dispositivos para nos dar os equipamentos que temos hoje. Sem essa propriedade dos elementos ativos não seria possível amplificar os fracos sinais que chegam a antena de um celular e convertê-los em som audível. Também não seria possível converter em imagem os sinais fracos que chegam a uma antena de TV. Basicamente são quatros os componentes ativos que usamos hoje nas aplicações eletrônicas:
* Transistores bipolares
* Transistores de efeito de campo de junção (JFET)
* Transistores de efeito de campo MOS (MOSFETs)
* Válvulas termiônicas ou simplesmente válvulas

Esses componentes podem ser ligados em três configurações básicas que passamos a analisar a seguir, tomando como ponto de partida sempre o transistor bipolar.

1. Base comum
Na figura 2 temos essa configuração do transistor bipolar e seus equivalentes para a válvula, JET e MOSFET.

Figura 2 - Base comum e os equivalente para válvulas e transistores de efeito de campo.

Observe que, nela o sinal entra entre o emissor e a base e é retirado entre o coletor e a base. Como a base é o elemento comum à entrada e saída, dizemos que se trata de uma configuração em "base comum".
É evidente que para uma válvula, o elemento comum à entrada e saída é a grade, daí a denominação ser chamada "grade comum", e para os FETs de "comporta ou gate comum". Para o transistor bipolar obtemos as seguintes características quando o usamos nesta configuração:

A figura 2 nos mostra a configuração simplificada, sem os componentes de polarização. Para uma etapa com esta configuração, com os componentes de polarização e acoplamento o circuito fica como o mostrado na figura 3.

Figura 3- Etapa amplificadora em base comum com transistor NPN.

Nesta configuração temos ainda a sua capacidade de operar com freqüências mais elevadas, dada a menor capacitância de entrada.

2. Emissor comum
Na configuração de emissor comum, o sinal é aplicado entre a base e o emissor e retirado entre o coletor e o emissor, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 - Transistor NPN na configuração de emissor comum.

Para as válvulas e FETs temos a configuração equivalente de catodo comum e fonte comum, mostradas na figura 5.

Figura 5 - Configuração equivalente para transistores de efeito de campo e válvulas.

As principais características desta configuração são:

Na figura 6 mostramos a mesma configuração com os elementos de polarização e acoplamento.

Figura 6 - Etapa amplificadora em emissor comum com elementos de polarização.

A maior capacitância de entrada limita a freqüência máxima de operação das etapas com esta configuração. Para freqüências mais altas, as configurações de base comum são preferidas.

3. Coletor Comum

Esta configuração também recebe a denominação de seguidor de emissor. Os sinais entram pela base e saem pelo emissor, tendo por elemento comum à entrada e saída o coletor, conforme mostra a figura 7.

Figura 7 - Configuração de um transistor NPN em coletor comum.

Para as válvulas temos a denominação de anodo comum ou seguidor catodino, e para os transistores de efeito de campo a denominação é dreno comum ou seguidor de fonte. Para esses componentes a configuração é mostrada na figura 8.

Figura 8 - Etapas equivalentes com transistores de efeito de campo e válvulas.

As principais características dessa configuração, para o caso de transistores bipolares são:

Pelas suas características este circuito é usado normalmente para casar uma alta impedância de entrada com uma baixa impedância de saída. Na figura 9 temos a mesma configuração com os elementos de polarização e acoplamento para um transistor bipolar comum.

Figura 9 - Etapa em coletor comum com resistores de polarização.

É nesta configuração que dois ou mais transistores são acoplados de modo a se obter o que se denomina etapa Darlington, conforme mostra a figura 10.

Figura 10 - Etapa amplificadora Darlington com dois transistores NPN.

Nesta configuração, os ganhos de corrente dos transistores ficam multiplicados. No entanto, como a capacitância de entrada fica também multiplicada, este tipo de circuito não se presta a amplificação de sinais de altas freqüências. A tabela dada a seguir resume as características obtidas para todos os componentes ativos nas diversas configurações.

Conclusão
As características que analisamos neste artigo são médias, já que, para cada família de dispositivos existem variações muito grandes principalmente em relação às tecnologias. Assim, por exemplo, se bem que os FETs de Potência sejam dispositivos para operação com freqüências limitadas, existem tipos que são especialmente fabricados para operação em altas freqüências.

O artigo serve portanto para orientar o projetista para a escolha apropriada de uma etapa para a aplicação específica que atenda suas necessidades usando componentes comuns.