11/05/2017

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 16 – TJB modelo elétrico

-Híbrido e T

Curitiba, 12 maio de 2017.

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 2

CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO

2. MODELO ELÉTRICO

3. MODELO ELÉTRICO PARA PEQUENOS SINAIS

1. Transcondutância

2. Resistência de base

3. Resistência de emissor

4. ANÁLISE DO AMPLIFICADOR DE PEQUENOS SINAIS

1. Exemplo 4.9 livro do Sedra

5. EXERCÍCIOS

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1-Revisão: notação CC & CA

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 3

A corrente total em qualquer ramo do circuito é igual a soma

das correntes CC e CA através desse ramo.

Notação para a análise de circuitos contendo

sinais contínuos e alternados.

✓Grandezas de natureza CC (estática)

Representadas com letras maiúsculas.

Ex: VBB, VCC

✓Grandezas de natureza CA (dinâmica)

Grandezas descritas em função do tempo, são representadas com

letras minúsculas.

Ex: vi

✓Superposição CA & CC

São as grandezas que resultam da composição do sinal contínuo e do sinal

dependente do tempo, ou seja, o sinal dependente do tempo excursiona sobre o

ponto quiescente (Q).

Ex: iB, iC, iE , vCE e vBE

v

VBB

R

V

C

CC

iC

iB

iE

+

-vCEi BR v

BE

+-

A tensão total em qualquer malha é também a soma das

tensões CC e CA.

1-Revisão: operação linear x não linear

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iC(ptB)

vCE(ptB)

B

C

D

iC(ptC)

vCE(ptC) vCE(ptD)

iC(ptD)

VCC

CECVIP max

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1-Revisão: operação não linear (distorção)

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Av

vi

vo

Saída saturada Saída cortada Saída saturada e cortada

1-Revisão: resposta em frequência

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abertocirXcf

curtoXcf

.

Ganho de tensão

i

vv

vA 0

fci fcs

in

out

in

outV

V

V

V

VA log.20log.10

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1-Revisão: capacitores de acoplamento e de emissor

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 7

Ca’s interligam diferentes estágios do circuito sem que ocorram modificações das

condições de polarização DC desses estágios. Faz a passagem de um sinal CA de um

ponto a outro, enquanto bloqueia o sinal CC.

Ce, Cby desvia a componente CA do sinal Vin, para um trecho de menor

impedância. Comporta-se como um curto-circuito para o sinal CA.

1-Revisão: circuito equivalente CC

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 8

Para fazer a análise CC de um amplificador é necessário:

1) colocar a fonte CA a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito;

fonte de corrente → torna-se um circuito aberto;

2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação (ou by-pass ou de

emissor), por circuitos abertos;

3) determinar o ponto de operação (Q). Assim, o circuito equivalente para a

análise CC do amplificador emissor comum torna-se:

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1Revisão: circuito equivalente CA

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 9

Para fazer a análise CA de um amplificador é necessário:

1) colocar a fonte CC a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito;

2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação por curto-circuitos.

CfXC

2

1

abertocirXcf

curtoXcf

.

2-Modelo elétrico: 1ª aproximação

10 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 10

Configuração EMISSOR COMUM

Primeira aproximação: TRANSISTOR IDEAL, diodo de emissor Vj=0V

IBn

IB0

IB1

IB2

IBn-1

IB3

IC

VCE

IC = f(VCE) @IB

Curva característica de saída

IB

VBE

IB = f(VBE) @ VCB

Curva característica de entrada

DEdiodo de

emissor

E

VBE VCE.IB

IB IC

DE

B C

Malvino vol.I, seção 6.7

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2-Modelo elétrico: 2ª aproximação

10 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 11

Configuração EMISSOR COMUM

Segunda aproximação: considera-se a tensão Vj do diodo de emissor

DEdiodo de

emissor

E

VBE VCE.IB

IB IC

DE

B C

IB

VBE

IB = f(VBE) @ VCB

Curva característica de entrada

VJ

IBn

IB0

IB1

IB2

IBn-1

IB3

IC

VCE

IC = f(VCE) @IB

Curva característica de saída

Adota-se:

VBE=Vj=0,7V

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2- Resumo modelo elétrico

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 12

1ª aproximação

DE0V

2ª aproximação

DEVj

IB = f(VBE) @ VCB IC = f(VCE) @IB

Configuração

EMISSOR COMUM

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3-Modelo elétrico pequenos sinais: T

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 13

Requer o cálculo dos valores:

•Transcondutância – gm

•Resistência de emissor – re

Modelo de circuito para pequenos sinais relações entre os incrementos de

correntes ic, ib e ie obtidas quando um pequeno sinal vbe for aplicado.

Os modelos usuais para a análise do transistor como amplificador são o:

• Modelo T

amplificador de transcondutância amplificador de corrente

3-Modelo elétrico pequenos sinais: Pi-Híbrido

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 14

Requer o cálculo dos valores:

•Transcondutância – gm

•Resistência de base – r

• Modelo -Híbrido

amplificador de transcondutância amplificador de corrente

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3.1-Transcondutância - gm

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 15

A operação linear do transistor na

condição de pequenos sinais, dá origem

ao sinal de corrente de coletor ic,

Neste caso, ic = gmvbe, em que gm é a

inclinação da curva iC–vBE no ponto de

polarização Q, calculada por:

T

Cm

V

Ig

A interpretação gráfica para gm, resulta no valor da

inclinação da reta tangente no ponto de operação iC =IC da

curva característica iC =f(vBE).

Relaciona a corrente de sinal no coletor a um sinal de

tensão emissor-base correspondente.

CC IiBE

Cm

v

ig

A análise simplificada, em que

admite-se vbe << VT, tem-se: mVq

kTVT 25Onde: VT -tensão

térmica:

3.2-Resistência de base - r

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 16

Representa a resistência de entrada entre base e emissor a partir do terminal de base,

que é denominada por “r”.

Considerando que a corrente de base resultante do pequeno sinal é determinada por:

Logo, r é diretamente proporcional a e inversamente proporcional a corrente de

polarização IC.

Fazendo as substituições adequadas de gm e de IC/ por IB, resulta em:

B

T

I

Vr

b

be

i

vr Fazendo:

C

T

b

bebe

T

Cb

I

V

i

vv

V

Ii

1

Como:

T

Cm

V

Ig

mgr

Então:

Equação 4.35 do Sedra.

Admitindo que o transistor opere a uma temperatura em torno de 25ºC, o valor de

“r” é aproximado para:

BI

mVr

25

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3.3-Resistência de emissor - re

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 17

EI

mVre

25

Admitindo que o transistor opere a uma

temperatura em torno de 25ºC, o valor de “re”

é aproximado para:

Onde:

re= resistência CA do emissor.

vBE = tensão CA do diodo equivalente

de base-emissor.

iE = corrente CA através do emissor.

E

BE

i

vre

E

T

I

Vre

Representando a resistência para pequenos sinais entre base e emissor, a partir

do terminal do emissor.

4-Solução amplificador TJB pequenos sinais

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 18

1. Determine o ponto de operação cc do TJB e em particular

o valor da corrente cc de coletor, IC .

2. Calcule os valores dos parâmetros do modelo para

pequenos sinais:

3. Elimine as fontes cc.

4. Substitua o TJB por um de seus modelos equivalentes.

Embora qualquer um dos modelos possa ser utilizado, um

deles deve ser mais conveniente dependendo do circuito

a ser analisado.

5. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas

de interesse, como por exemplo o ganho de tensão,

resistência de entrada.

gm = IC / VT r = / gm re = VT / IE 1 / gm

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4.1-Exemplo 4.9 do Sedra

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 19

Analise o amplificador com transistor para determinar seu ganho de tensão.

Suponha = 100.

Figura 4.28 Exemplo 4.9: (a) circuito; (b) análise cc; (c) modelo para pequenos sinais.

4.1-Exemplo 4.9 do Sedra

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 20

Analise o amplificador com transistor para determinar seu ganho de tensão.

Suponha = 100.

Figura 4.28 Exemplo 4.9: (a) circuito; (b) análise cc; (c) modelo para pequenos sinais.

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4.1-Exemplo 4.9 Sedra

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 21

Passo 1. Determinar o ponto quiescente de operação (vi = 0):

mA 023,0100

7,03

BB

BEBBB

R

VVI

mA 3,2023,0100 BC II

V 1,333,210V CCCCC RIV

VB = +0,7 V

Na condição quiescente, o transistor está operando no modo

ativo ??

•JBEdiretamente =>VB=0,7V

•JBCreversamente => VB-VC= 0,7-3,1=-2,4V

4.1-Exemplo 4.9 Sedra

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 22

Passo 2. Determinar os parâmetros do modelo para pequenos sinais:

Para realizar a análise de pequenos sinais, qual modelo utilizar?

Ambos são igualmente convenientes para a determinação do dado requisitado.

Utilizando o modelo -híbrido.

22

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EC II

Lembrar que:

e

“re” não é utilizada no modelo escolhido,

apenas para exemplificar!!!

8,10mA )99,0/3,2(

mV 25

E

Te

I

Vr

mA/V 92mV 25

mA 3,2

T

Cm

V

Ig

k 09,192

100

mgr

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4.1-Exemplo 4.9 Sedra

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 23

Passos 3 e 4. Eliminar as fontes cc e substituir o circuito do TJB por um de seusmodelos equivalentes.

Análise do circuito equivalente para pequenos sinais (fontes cc eliminadas):

ibe

i

BB

ibe

vv

vRr

rvv

011,0

09,101

09,1

io

io

Cbemo

vv

vv

Rvgv

04,3

)3)(011,0)(92(

V/V 04,3

04,3

Av

v

v

v

vAv

i

i

i

o

Inversão de fase

i) Usando o divisor de tensão para

determinar vbe:

ii) A tensão de saída vo é definida

pela corrente da fonte de corrente

dependente:

Passo 5. Ganho de tensão Av:

Exercícios

12 Mai 17 AT16 - TJB modelo Pi e T 24

1)A tensão no emissor do circuito da fig.

abaixo é igual a -0,7V. Se = 50, calcule

IE, IB, IC e Vc (R: 0,93mA, 18,2uA, 0,91mA

e +5,45V)

2)O circuito da fig. abaixo indica uma medida

em VB =+1V e VE= +1,7V. Determine a o valor

de e . Qual é a tensão esperada em VC?

(R: 0,994, 165, e -1,75V)Exercício 4.8 Sedra Exercício 4.9 Sedra

Exercícios do Boylestad 6ª edição, p. 142,:

nº: 1, 2 (R:3,2m, 1,87k, 282,5k, 6V) , 3 , 6 (R:29,18u , 2,92m , 8,6V , 13V , 5,11V ,

4,41V) , 7, 8 (R: 153,4 , 17,7V , 745k), 12 (R: 21,4u, 1,71m , 7,98V , 9,16V , 1,18V ,

1,88V), 13 , 14 (R:2m, 2,42V , 16V , 8,18V , 3,12V , 33,85k)