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O Transistor Bipolar de Junção
Ilha Solteira 2018
Universidade Estadual Paulista – UNESPFaculdade de Engenharia de Ilha Solteira - FEISDepartamento de Engenharia Elétrica - DEE
O amplificador de sinais: Noções gerais
- Formas de representar uma fonte de sinal
microphone speaker
amplifier
Amplificador de áudio:
energia
energia
calor
calortrabalho
Exemplo:
continua...
continua...
continua...
#
Características elétricas do TBJ
TransistorBipolarde Junção
NPNe
PNP
Exemplos de transistores bipolares práticos:
NPNe
PNP
o
... iC não depende de vCE.
... depende de vBE, que depende de iB.
retas horizontais
Importante:
O transistor é um dispositivo de 3 terminais, controlado por corrente, no qual uma pequenina corrente de base comanda uma grande corrente de coletor, independentemente da tensão coletor-emissor:
sendo β muito grande (~1000)
iC,mA
vCE,V
iB,μA
O transistor é um dispositivo de 3 terminais, controlado por corrente, no qual uma pequenina corrente de base comanda uma grande corrente de coletor, independentemente da tensão coletor-emissor:
sendo β muito grande (~1000)
E
C
B
vCEvBE
iB
iCsinal de entrada
Vbb
Quando vBE aumenta ...................... vCE diminui, e vice-versa (??)
cte.
Curva característica de saída do transistor:
Para cada ajuste de IB (μA) medir os valores de IC (mA) e VCE (V).
Na prática, os valores da tensão VA são muito grandes (50 a 100 volts), de maneira que as inclinações das curvas características são muito pequenas.
(A) Região ativa(B) Região de saturação(C) Região de corte
Três regiões de operação:
•
•
0 0,2V 0,7V ... 3V •
i
Embora tenhamos estabelecida que a condição para operação de modo ativo fosse vCB ≥ 0, a qual garantia que a junção coletor-base estivesse reversa (D2 OFF), na verdade, uma junção PN efetivamente não se torna diretamente polarizada até que a tensão através dela exceda vCB ≅ -0,5 V.
ii ??
•
•
0 0,2V 0,7V ... vCE 3V •
reta
Assim, podemos manter a operação em modo ativo de um transistor NPN para vCB negativo, acima de aproximadamente -0,4 V.
Abaixo desse valor, a junção coletor-base começa a conduzir o suficiente para que o transistor saia do modo ativo e entre no modo de saturação, quando iCdiminui.
D1 ON e D2 OFF
D1
ON
e D
2O
N
Figure 5.18 The iC – vCB characteristics of an NPN transistor:
Resposta: ou o TBJ trabalha na região ativa/joelho/não-linear ou entra na região de saturação.
.
•
iii
continua....
continua....
continua....
continua....
continua....
Análise gráfica da amplificação
Tensão que se deseja amplificar:
Tensão de saída amplificada
Tensão que se deseja amplificar:
Tensão de saída amplificada
Tensão que se deseja amplificar:
Tensão de saída amplificada
Tensão que se deseja amplificar:
Tensão de saída amplificada
DC (aplica-se apenas à porção DC do circuito)
Foi inserida a resistência RBpara limitar a corrente de base.
continua...
• QSistema de duas equações:a) Curva de saída iC × vCEb) Reta de carga iC = f(vCE)Solução: ponto Q (quiescente)
Como se soube que a corrente a ser usada era 20 μA?
• QSistema de duas equações:a) Curva de saída iC × vCEb) Reta de carga iC = f(vCE)Solução: ponto Q (quiescente)
Ajustar VBB e RB para resultar iB=20μA.
Tensão de saída amplificada
A tensão de saída, vCE, contém um bias DC, VCE.
Ocorre inversão de fase da entrada para a saída.
Ceifamento na parte de baixo: saturaçãoCeifamento na parte de cima: corte.Ce
ifam
ento
dos
pico
s infe
rior
es
Exemplo:
Se ±L = ±10V e Av = 1000 V/V, então, a amplitude máxima de entrada será L/Av = 10/1000 = 0,01 Vpico = 10 mVpico.
continua...
continua...
No caso do amplificadorelementar:
No exemplo anterior, verificou-se que, se viaumenta então votambém aumenta.
Vamos mostrar que, no casodo amplificador elementar,se vi aumenta então vodiminui.
continua...
continua...
0,2V•
Característica de entrada-saída do amplificador:
continua...
0,2V
•
Figure 5.26 (a) Basic common-emitter amplifier circuit. (b) Transfer characteristic of the circuit in (a). The amplifier is biased at a point Q, and a small voltage signal vi is superimposed on the dc bias voltage VBE. The resulting output signal vo appears superimposed on the dc collector voltage VCE. The amplitude of vo is larger than that of vi by the voltage gain Av.
Amplificador elementar:
Enunciado do problema:
continua...a seguir:
continua...
Usar Matlab
,
continua...
Problema: dificilmente o valor de Is é conhecido na prática!!
•
declividade= declividade
Princípio de Superposição de Efeitos
+
Já sabemos como resolver circuitos transistorizados em DC.
Pergunta: como resolver circuitos transistorizados em AC ?
Resposta: usar modelos equivalentes π ou T.
β = 100
Exemplo:
Modelo T
Modelo π
Circuitos de Polarização DC
≡
ia
ICIB
ICIB
ICIB
B
E
C
ICIB
≡ ≡
Thévenin Thévenin
É possível aplicar o teorema de Thévenin, desde que a corrente de base seja desprezível em relação as demais (ie, para β elevado).
ou
Thévenin
IC
IB
IE
VBE
VCE
IC
IB
IE
VBE
VCE
IC
IB
IE
VBE
VCE
IC
IB
IE
VBE
VCE
continua...
#
continua...
#
IC
IE
VCE
IB
VBE=0,7V
=cte.
IC
IEVBE
VCE
IB
O TBJ como Amplificador: Análise circuital
+
Princípio de Superposição de Efeitos
Análise DC:
Análise AC:
1
3
4
52
1 3 452
1
2
3
4
5
Fonte de corrente controlada por tensão
1 3 452
1
2
3
4
5
1 3 452
1
2
3
4
5
2
4
3
1
5
2
3 4
1
24 31 5
5
Esta porção é a mesma do circuito anterior
Fonte de corrente controlada por corrente
1
4
5
3
2
1
1 2 32 4
2
3
4
Fonte de corrente controlada por tensão
5
2
3
41
Esta porção é a mesma do circuito anterior
12 3
4
1 2 3 54
5
Fonte de corrente controlada por corrente
Qualquer um dos modelos usado deve conduzir sempre à mesma solução de circuito!!!
fonte de corrente controlada por corrente
=αie
continua...
continua...
-
fonte de corrente controlada por tensão
-
continua...
fonte de corrente controlada por tensão
Atenção:
:
saturação corte
vO
(OK!)
(saturação de corte!) #
FIM
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