Esquemas Eletrônicos

O tipo de polarização indicado na Figura 1 é chamado polarização por fuga de grade.
E obtida de parte do sinal de entrada e, portanto, é também chamada polarização por sinal. Iremos discutir esta polarização com relação às duas alternâncias do sinal de entrada.

FIgura 1

Na Figura 1a o sinal de entrada está na alternância positiva. isto coloca uma tensão positiva no lado esquerdo do capacitor de acoplamento C. Uma vez que caras opostas se atraem, os elétrons negativos na válvula irão fluir do catodo para a grade (corrente de grade) para o capacitor, conforme indicado pela seta. Estes elétrons acumulam-se no lado direito do capacitor de acoplamento C, carregando o lado negativo, conforme indicado.

Na Figura 1b o sinal de entrada está se tornando negativo. Neste instante, nenhuma corrente pode fluir do catodo para a grade ou da grade para qualquer outro elemento. Portanto, o fluxo de elétrons através do resistor de grade está na direção descendente, conforme indicado pela seta. A tensão sobre o resistor RG é negativa no lado da grade. Isto torna a grade negativa, com relação ao catodo, conforme necessário, para a operação adequada da válvula.

Vamos voltar um instante para a Figura 1a. Você deve entender que a corrente de grade (catodo para a grade) não flui durante toda a alternância positiva do sinal de entrada. Uma vez carregado o capacitor C, é necessário que a corrente de grade flua durante um curto espaço de tempo em cada alternância positiva para carregar C.

A Figura 2 mostra uma séria desvantagem da polarização por fuga de grade. Lembre-se de que a tensão de polarização depende do sinal de entrada. Se o sinal de entrada for perdido por alguma razão (devido a algum problema no estágio anterior), não haverá nenhuma polarização na válvula. Se você operar muitos tipos de recebido pela antena ser muito fraco. Um valor típico de amplitude de sinal seria 50 microvolts (V)  isto é, 50 milionésimos de um volt. Um sinal tão fraco não pode ser usado para operar um alto-falante.

Figura 2

Um outro problema desagradável com a recepção de rádio é que estações diferentes podem ser recebidas com intensidades de sinal radicalmente diferentes. Isto tornaria necessário reajustar freqüentemente o controle de volume. Além disso, como no caso do rádio de automóvel, o volume de qualquer estação pode variar em diversas localizações. Também pode ocorrer uma condição de “fading” (diminuição repentina do volume do som), causando mudanças periódicas no volume do som.

Para ajudar a eliminar o problema de graus variàseis de ‘volume, um circuito de controle automático de solume é usado nos aparelhos de rádio (e de televisão). Refira-se mais urna vez à Figura 3. Parte do sinal de saída do último amplificador de sinal é retificada e filtrada da mesma forma corno você retifica e filtra a tensão alternada da linha de distribuiçào de energia para obter uma tensão contínua. A tensão contínua neste caso é chamada tensão de controle automático de volume e é negati a. A tensão de controle automático de volume é fornecida para a grade do primeiro amplificador de sinal e é usada para controlar o ganho deste amplificador. Quanto mais negativa for a tensão da grade, menor será o ganho. Inversamente, quanto menos negativa for a tensão da grade, maior será o ganho.

A tensào de controle automático de solume é sempre tal que, quando o sinal é fraco, a tensão negatisa de controle automático de volume é baixa, de modo que o ganho do primeiro amplificador de sinal é elevado, e, quando o sinal é forte, a tensão negativa de controle automático de volume é alta, de modo que o ganho do primeiro amplificador é baixo. O ganho do primeiro amplificador de sinal controla o volume do som no alto-falante.

Quase todos os receptores possuem um circuito semelhante àquele indicado na Figura 3. Em receptores de teleisão nào é chamado controle automático de volume. Ao invés, é chamado controle automático de ganho, uma vez que a ação controla a intensidade da imagem, assim como a intensidade do som.

Figura 3

Um dos métodos mais populares de polarização de uma válvula está indicado na Figura 1. E chamado de polarização do catodo ou polarização automática. A corrente de placa de uma ‘válvula deve fluir através do catodo. A seta em RÂ mostra que a corrente está fluindo em direção ao catodo, tornando o lado positivo da queda de tensão sobre R1 no catodo. A grade está atualmente no potencial contínuo da terra. (O resistor de grade R0 é de 75 kilohms, o que é relativamente pequeno, de modo que a presença de polarização de contato pode ser completamente ignorada.)

Com a grade no potencial da terra e o catodo num potencial positivo, você pode dizer que o catodo é positivo com relação á grade.

Figura 1

Uma outra maneira de dizer isto é que a grade é negativa com relação ao catodo. Isto significa que foi obtida a polarização adequada da grade da válvula.

Se você estiver trabalhando num circuito deste tipo e quer saber se a válvula está trabalhando adequadamente, o melhor método seria medir a tensão sobre o resistor do catodo. Se esta tensão estwer no ‘valor correto, você sabe que a válvula tem a tensão de polarização correta.

Você sabe também que a corrente da placa deve estar fluindo no circuito.

A Figura 1 mostra um dos métodos mais simples para obter a polarização necessária para operar uma válvula a vácuo. Para entender sua operação, você deve lembrar-se de que a grade de controle da válvula é, de fato, de finos arames entre o catodo e a placa. A maioria dos elétrons que vão do catodo para a placa passa através dos furos das malhas da grade. Porém, poucos elétrons irão, de fato, bater na grade. Deve existir alguma maneira de estes elétrons caminharem da grade para o catodo.

Figura 1

Conforme indicado na Figura 1, o resistor R proporciona um caminho para os elétrons passarem da grade para a terra e, eventualmente, de volta para o catodo. Neste caso, a resistência é de 4,7 megohms. O número de elétrons que fluem através deste resistor é extremamente pequeno. De fato, a corrente pode ser menos de 0,5 microampêre.

Vamos assegurar por um momento que a corrente atual de grade no circuito da Figura 7-7 é 0,25 microampère. Você pode calcular a tensão de polarização da grade com uma simples equação de acordo com a lei de Ohm.

Em primeiro lugar, você deve converter a corrente em microampères num valor da corrente em ampères. Para isto, é preciso deslocar a vírgula de seis casas para a esquerda.

¼ microampére = 0,25 microampére = 0,00000025 ampère.

Em seguida, converter o valor da resistência em megohms para um valor de resistência em ohms. Para isto, deslocar a vírgula seis casas para a direita.  4,7 megohnms 4.00.000 ohnis.

Então, pela lei de Ohm,

Tensão em solts = corrente, em ampères x lesistênciaem ohms
= 0,00000025 X 4.700.000
= l,l75volt.

A tensão de polarização da grade em nosso exemplo é de 1,175 volts polarização por contato não pode ser usada para todos os tipos de válvulas a vácuo. E necessário que a válvula tenha um ganho extremamente elevado. Isto é uma outra maneira de dizer que uma pequena alteração na tensão da grade irá produzir uma alteração importante na corrente de placa. Para uma válvula com grande ganho, é necessário que a grade esteja localizada muito perto do catodo. Neste caso, a grade irá interceptar um número maior de elétrons.

Uma fonte de alimentação separada pode ser usada para obter a polarização da grade. Isto está ilustrado na Figura 1. Aqui também o sinal passa através do capacitor de acoplamento C e é desenvolvido sobre o resistor R. A fonte de alimentação opera a partir de uma linha de distribuição comercial e fornece uma tensão negativa para polarização da grade.

Figura 1

Este tipo de polarização foi usado extensivamente em grandes transistores e, também, de forma limitada, em equipamento de áudio de alta fidelidade.

Se a fonte de alimentação for bem projetada, a ondulação alternada indesejável é quase inexistente. Porém, a desvantagem do sistema é que uma fonte de alimentação separada é cara, em comparação com outros métodos de obtenção de polarização de grade.

Nos primeiros dias da eletrônica, baterias foram usadas para operar as válvulas a vácuo. Uma bateria separada foi usada para operar os filamentos e era chamada de bateria A. Uma outra bateria foi usada para operar o circuito da placa e era chamada de bateria B. Vamos ainda chamar a tensão da fonte de alimentação principal de alimentação B, por causa disto.

Uma terceira bateria foi usada para obter a tensão de polarização da grade e esta foi chamada de bateria C. Mais tarde, quando a alimentação foi feita a partir de linhas comerciais de energia, o uso de baterias foi descontinuado. A tensão de polarização da grade foi obtida por outros meios. Porém, em equipamento portátil, as baterias ainda estão sendo usadas.

A Figura 1 mostra um circuito de polarização por bateria. O sinal de entrada para o estágio é fornecido através do capacitor de acoplamento Ce desenvolvido sobre o resistor de grade R. A bateria c, com seu lado negativo para o lado da grade, fornece a tensão de polarização da grade.

Figura 1

Uma vez que não existe normalmente fluxo de corrente no circuito de grade de uma válvula, a bateria C não precisa ter capacidade para fornecer corrente. Por esta razão, a bateria pode ser bastante pequena e simples. Na prática duraria um tempo muito longo.

Em alguns dispositivos eletrônicos, como os instrumentos, baterias C são usadas mesmo que a alimentação do filamento e da placa seja obtida de uma fonte de alimentação que opera a partir das linhas de distribuição de energia. A razão para isto é que a bateria C pode ser usada para fornecer uma tensão contínua de operação muito pura (sem oscilação) e isto é importante para certas aplicações. Outros tipos de polarização, como poderá ser visto a seguir, freqüentemente requerem filtragem. Mesmo com a filtragem, a tensão de polarização não é corrente contínua pura.

A operação dos transistores JFET e MOSFET tipo redução é muito semelhante à operação das válvulas a vácuo.

Quando usamos o termo transistor FET estamos nos referindo a ambos os transistores JFET e MOSFET. Iremos usar os termos transistor JFET e transistor MOSFET quando queremos referir-nos a um dispositivo específico. Tanto as válvulas a vácuo como os transistores FET usam uma tensão (sobre seus eletrodos de controle) para controlar a intensidade da corrente que flui através dos mesmos.

Figura 1

Porém, lembre-se de que todas as válvulas requerem uma tensão negativa sobre sua grade, mas alguns tipos de transistores FET requerem uma tensão positiva na porta. Em outras palavras, as polaridades da tensão de polarização podem não ser as mesmas para todos os tipos de dispositivos amplificadores. A Figura 1 mostra um exemplo de polarização sobre um transistor JFET de canal P. Vamos assegurar que a tensão de polarização na ausência de sinal nesta aplicação é + 3 volts. Isto é determinado por um resistor variável R sobre uma bateria. Neste caso, a tensão sobre R torna-se mais positiva, conforme você vai se afastando da terra.

Na Figura 1 a tensão de polarização na ausência de sinal é estabelecida em + 3 volts. Isto estabelece a corrente de dreno em 20 miliampères. Na Figura 1b, a tensão de polarização foi reduzida e isto aumenta a corrente de dreno. Lembre-se de que, num transistor JFET de canal P, quanto mais positiva for a tensão do bloqueio, menor é a corrente de dreno.

Na Figura 1c, a tensão de polarização foi aumentada para 4 volts. Isto reduz a corrente de dreno para 10 miliampères. Desta forma, a alteração na tensão de bloqueio causa alterações na corrente de dreno. Da mesma forma que na válvula uma pequena alteração na tensão de controle causa uma alteração relativamente importante na corrente que flui através do componente.

Em todos os dispositivos descritos, a corrente ou tensão de polarização estabelecem a intensidade da corrente que flui através do dispositivo. A corrente de saída foi sempre estabelecida, de modo que alterando a tensão de polarização irá aumentar ou diminuir a corrente de saída.

Resumo

1. Numa válvula a vácuo, uma pequena alteração na tensão da grade causa uma alteração importante na corrente de placa.
2. Num transistor bipolar, uma pequena alteração na corrente da base causa uma alteração importante na corrente de coletor.
3. Num transistor FET, uma pequena alteração da tensão da porta causa uma alteração importante na corrente de dreno.
4. As válvulas a vácuo e os transistores FET são dispositivos operados por tensão. Transistores bipolares são dispositivos operados por corrente.

A Figura 1 mostra a relação entre a corrente de base de um transistor bipolar NPN e sua corrente de coletor. A corrente de base flui através do resistor variável R, sob uma tensão de alimentação positiva. O resistor é ligado como um reostato, de modo a controlar a intensidade da corrente que flui no circuito da base.

Figura 1

Na Figura 1a, o resistor R é ajustado, de modo que a corrente de base seja de 2 miliampéres. Isto é a corrente de polarização na ausência de sinal e esta corrente estabelece a corrente de coletor em 20 miliampères.

Na Figura 1b, o braço do resistor R foi deslocado, de modo a oferecer menos resistência ao fluxo da corrente de base. A corrente de base aumentou agora para 3 miliampères e a corrente de coletor para 30 miliampères. E necessária uma variação de 1 miliampère na corrente de base para produzir uma variação de 10 miliampêres na corrente de coletor. Diz-se que o transistor amplifica a corrente. Quando usada desta maneira, a palavra a,nplificar significa produzir uma grande alteração na corrente do coletor, fazendo apenas uma pequena alteração na corrente da base.

Na Figura 1c, o resistor variável foi ajustado de modo a aumentar a resistência do circuito da base. Isto reduz a corrente da base para 1 miliampère. Agora, a corrente do coletor caiu para 10 miliampères.

Vamos resumir a ação na Figura 1. Asseguramos que a corrente de polarização da base na ausência de sinal é de 2 miliampères. Esta corrente de polarização pode aumentar ou diminuir acima ou abaixo de 2 miliampères. Conforme a corrente da base muda, a corrente de coletor muda também. Quando a corrente de polarização da base na ausência de sinal for de 2 miliampêres, a corrente do coletor é de 20 miliampères. Esta não é a corrente máxima nem mínima que pode fluir no transistor. Isto é importante porque a mudança na corrente de base irá permitir o aumento ou a redução da corrente do coletor em passo com as mudanças na corrente de base.

Em vez de usar um resistor ‘variável para alterar a corrente de base, poderíam Qs aplicar um sinal de entrada para a base. A tensão de sinal irá ou adicionar-se à polarização na ausência de sinal ou subtrair-se da polarização na ausência de sinal. Assim, sem sinal de entrada a corrente de base seria de 2 miliampères e o sinal iria aumentar ou diminuir a corrente de base da mesma forma que a mudança na resistência de R altera a corrente de base na Figura 1.

A Figura  mostra como a tensão de polarização na grade de uma válvula a vácuo determina a corrente de placa e como a alteração desta tensão de polarização irá alterar a corrente de placa. Na Figura 1a, existe uma tensão negativa de polarização da grade determinada pelo resistor R. Neste circuito, o resistor é ligado como potenciômetro. O potenciômetro é um resistor variável ligado de tal forma que controla a tensão. Neste circuito, o resistor R controla a tensão da grade.

Figura 1

Uma vez que R está ligado diretamente sobre a bateria, uma corrente flui Continuamente através do mesmo. A queda de tensão sobre R é marcada como um sinal - ou +. Observe que o sinal + está no ponto de massa de modo que está no lado de catodo da válvula. Deslocando o braço do resistor, pode alterar a tensão da grade de o volts para um valor negativo máximo, com relação ao catodo.

O ajuste na Figura 1a é —2 volts. Isto é a tensão de polarização na ausência de sinal para a válvula. Como esta tensão de polarização de grade de —2 volts, a corrente de placa é de 20 miliampères (no circuito da Figura 1a a corrente em vazio é de 20 miliampères).

Na Figura 1b, o braço do resistor é deslocado para um ponto menos negativo da tensão sobre R. Nesta posição, a tensão da grade é — l volt. Tornando a tensão da grade menos negativa, faz a corrente de placa aumentar. Agora, a corrente de placa é de 30 miliampères. Observe que uma mudança de 1 volt sobre a grade produziu uma alteração de lO miliampéres de corrente na placa.

Na Figura 1c, o braço do resistor variável foi deslocado para o lado mais negativo da tensão sobre R. A tensão sobre a grade é agora de —3 volts. A tensão mais negativa da grade reduz a corrente de placa para 10 miliampères.

Neste circuito, presumimos que a tensão de polarização na ausência de sinal é de
—2 volts. Esta tensão de polarização estabelece a corrente de placa em vazio a 20 miliampères. Isto não é nem o valor máximo nem o valor mínimo da corrente que pode fluir através da válvula. Aumentando ou diminuindo a tensão da grade, permite aumentar ou diminuir a corrente da placa, conforme desejado.

Na prática, a tensao sobre a grade é variada por um sinal de entrada, em vez de o ser com um resistor variável. Porém, o princípio de operação é o mesmo.

Alguns dos dispositivos amplificadores exigem uma tensão de polarização positiva no eletrodo de controle, enquanto outros exigem uma tensão de polarização negativa.

Quando você estiver procurando defeitos num circuito eletrônico, um dos métodos importantes que irá usar consiste em medir a tensão de polarização. Será necessário que você saiba se esta tensão deveria ser positiva ou negativa, antes de medi-la.

Você deve esforçar-se para memorizar as polaridades das tensões sobre os vários eletrodos dos dispositivos amplificadores. Para tornar isto mais fácil, resumimos as tensões típicas na Figura 1. Todos os dispositivos amplificadores que exigem uma tensão positiva no eletrodo de controle são indicados na primeira coluna e aqueles que exigem uma tensão negativa sobre o eletrodo de controle são indicados na segunda coluna. Na mesma ilustração indicamos a polaridade da tensão sobre os eletrodos de controle, de saída e de entrada (catodo, emissor, fonte).

Figura 1

A tensão sobre o eletrodo de entrada é sempre considerada zero com referência às outras tensões sobre os eletrodos. Para alguns dispositivos como os transistores bipolares NPN, você irá notar um sinal positivo sobre a base e um sinal positivo duplo sobre o coletor.

Isto significa que as tensões do coletor e da base são positivas. Porém, o coletor é mais positivo que a base. A mesma relação existe para os transistores com efeito de campo do tipo aumento.

Resumo

1. Válvulas e transistores não são operados continuamente à corrente contínua máxima de saída.
2. A tensão contínua de polarização na grade de uma válvula a vácuo determina o valor da corrente contínua de placa.
3. A corrente contínua de placa será menor que o valor máximo possível quando existe uma polarização contínua da grade.
4. A corrente contínua de polarização que flui no circuito da base de um transistor bipolar determina o valor da corrente contínua do coletor.
5. A corrente contínua do coletor será menor que o valor máximo possível quando há uma corrente continua normal de polarização da base.
6. A tensão contínua de polarização de um transistor FET será menor que o valor da corrente contínua de dreno.
7. A corrente contínua de dreno de um transistor FET será menor que o valor máximo possível quando há uma tensão contínua normal de polarização da porta.
8. Uma vez que a corrente contínua de saída é menor que o valor máximo possível, a mesma pode ser aumentada ou diminuída por um sinal.

Vamos supor que você esteja dirigindo um carro a uma velocidade de 50 km por hora. Por razões de segurança, você poderia ir mais rapidamente, de modo a poder ultrapassar um outro carro, ou se safar de algum perigo. Da mesma forma, você pode parar o carro. Portanto, 50 km por hora é sua velocidade de cruzeiro.

Em casos especiais, é desejável dirigir o carro a quase sua velocidade máxima continuamente. Um exemplo disto é o carro de corrida. Porém, isto é uma exceção. Da mesma forma que você não deve dirigir um automóvel à sua velocidade máxima continuamente, você não de.’e operar constantemente uma válvula a vácuo ou um transistor à sua corrente máxima de saída. Se você fizer isto, não poderia mais aumentar a corrente de saída quando o sinal de entrada aumentar. Por esta razão, os amplificadores são, geralmente, operados de tal forma que sua corrente de saída na ausência de sinal de entrada seja menor que o máximo. Para conseguir isto, o eletro- do de controle do amplificador é operado com uma tensão contínua chamada de polarização. A tensão de polarização determina a corrente contínua de saída do componente amplificador, na ausência de sinal alternado de entrada.