REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR - UTFPRdaelt.ct.utfpr.edu.br/elisanm/Eletronica/AulaAT15... · 2017-05-09 · Aula 15 –TJB como AMPLIFICADOR Curitiba, 10 maio de 2017. REFERENCIAL

08/05/2017

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 15 – TJB como AMPLIFICADOR

Curitiba, 10 maio de 2017.

REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR

03 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 2

Referências sugeridas para complementação do estudo:

1) Sedra, capítulo 4 seção 4.7

2) Boylestad, capítulo 7

3) David Lalond e John Ross, capítulo 5

4) Malvino, vol I, capítulo 9

5) Theodore F. Bogart, vol I, capítulo 5

6) Gilvan Antonio Garcia. Eletrônica – princípios e aplicações. Capítulo 8, no link:

http://pagina10.com.br/downloads/28.pdf

http://pagina10.com.br/downloads/28.pdf

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CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO

2. CONTEXTUALIZAÇÃO

3. NOTAÇÃO: tensões e correntes CC & CA

4. OPERAÇÃO LINEAR X DISTORÇÃO

5. GANHO DE TENSÃO

6. RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

7. CAPACITORES DE ACOPLAMENTO

8. CIRCUITO EQUIVALENTE

1. CC

2. CA

1-Revisão: circuitos de polarização


1)Polarização fixa (Boylestad seção 4.3) 2)Polarização estável do emissor (Boylestad seção 4.4)

•Utiliza poucos componentes;

•Se a temperatura, , IC.

•Se a temperatura , , ,IC.

•A interferência da temperatura, pode levar o tjb a

saturação ou corte, distorcendo o sinal de saída.

•Usado em circuitos digitais.

•Elevada estabilidade;

•Variações da temperatura, são

compensadas pelo RE e RC;

BC II

RB

V

IB

IC

CE

Vcc

RC

+

-

C

B

EVBE

+

RB

V

IB

CE

Vcc

RC

+

-

C

BE

VBE

+

RE

IE

IC

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1-Revisão: circuitos de polarização


4)Polarização DC com realimentação

de tensão (Boylestad seção 4.6)

3)Polarização por divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)

•Autopolarização: manutenção das

tensões sobre o TJB conforme as

variações da corrente IC.

•Elevada estabilidade;

•A combinação R1 e R2, mantém a polarização no

ponto correto de operação.

•Reúne as vantagens das polarizações anteriores

•Usa apenas uma fonte VCC.

I2

R1

R2

IC RC

V

IB

CE

+

-

C

B

EVBE

+

RE

IE

I1

Vcc

RB

V

IB

CE

Vcc

RC

+

-

C

BE

VBE

+

RE

IE

IC'

IC

IC' IB+ = IC

BC II

BC II

1-Revisão: modos de operação do TJB


Conforme a polarização das junções BE e BC, tem-se um dos seguintes modos de operação:

Modo de

operação

Junção

Base-

Emissor

Junção

Base-

Coletor

Função no circuito Representação

simplificadaEC=emissor comum

CC=coletor comum

Saturação Direta DiretaChave eletrô-nica

controle pelo

terminal de base.OPERAÇÃO

DISCRETA

ON & OFF

(EC)

Corte Reversa Reversa(EC)

Ativo ou

AmplificaçãoDireta Reversa

Amplificador de

pequenos sinais

β>>1

(EC)

Ativo reverso Reversa Direta

β<1

Sem aplicação

prática!

(CC)

E C

B

E C

B

+

- -

+B C

E E

CC

B E

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2-Contextualização:amplificador pequenos sinaisconfiguração emissor comum

Para operar como amplificador o transistor deve ser polarizado na região ativa.

Sinal a amplificar

vi

Sinal amplificado

vo

O objetivo da polarização é estabelecer uma corrente CC constante no emissor ou no

coletor.

Essa corrente deve ser previsível e insensível às variações de temperatura.

Tal exigência advém do fato de que o transistor ao operar como amplificador é

altamente influenciado pelo valor da corrente quiescente (ou de polarização).

IC = f(VCE) @IB

VCE

IC

0BI

1BI

BnI

0CI

1CI

nCI

(configuração

emissor comum-EC) saturaçã

o

corte

2-Exemplos de circuitos amplificadores


•Polarização fixa

Sinais de pequena

intensidade:

áudio, antenas,

estágios

intermediários de

amplificação.

•Polarização por divisor de tensão

Símbolo geral para indicar amplificador

Avvi vo

ganhovi

voAv

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3-Notação CC & CA


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.

4-Operação linear x distorção


iC(ptB)

vCE(ptB)

B

C

D

iC(ptC)

vCE(ptC) vCE(ptD)

iC(ptD)

VCC

CECVIP max

Rb

Rc

iB

iC

iE

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4-Operação linear do TJB


Quando nos referimos a operação

linear, admite-se na segunda

aproximação, que o ponto de

operação diodo de emissor do TJB

está na região linear:

IB

VBE

IB = f(VBE) @ VCB

Curva característica de entrada

V2V1

Q1

Q2

VCB

Região linear de

operação do DE

4-Operação linear e não linear (distorção)


Um amplificador é caracterizado como linear de alta fidelidade se não modificar a

forma do sinal de entrada – vi ( a ser amplificado).

Admite-se que se a amplitude do sinal vi for de pequena amplitude, o TJB usará uma

pequena parte da reta de carga e a operação é linear.

Operação linear:

não há distorção.

Operação não linear:

há distorção.

Avvi vo

Avvi vo

ganhovi

voAv

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4-Distorção de amplitude


O sinal vi na entrada do circuito amplificador deve ter um limite na sua amplitude,

uma vez que há um limite no sinal de saída (vo) amplificado.

Uma amplitude elevada pode levar o TJB à saturação, corte ou ambos.

Saída saturada Saída cortada

Saída saturada e cortada

A falta de linearidade da característica de entrada, favorece a distorção do sinal de

saída.

5-Ganho de tensão (Av)


Definido como a relação da variação da tensão de saída para uma dada variação da

tensão de entrada.

i

OV

V

VA

i

OV

V

VdBA

log20)(

O (deci)bel é a ordem de grandeza de uma relação.

Permite expressar a razão entre duas grandezas da mesma natureza.

Por exemplo, caso seja necessário expressar um ganho, ou seja, uma razão entre

saída e entrada que seja muito maior que a unidade ou uma atenuação em que essa

mesma razão seja muito menor que a unidade, resultaria em valores que teríamos

dificuldade em expressar numericamente e por consequência o seu entendimento.

BelsIn

Out10log

in

outP

P

PA log.10

dBdeciBelsIn

Out10log.10

in

out

in

outV

V

V

V

VA log.20log.10

2

A unidade “dB” também é usada para expressar ganhos de:

corrente (AI) e potência (AP).

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6-Resposta em frequência


A variação do ganho de tensão do amplificador (Av) leva o circuito a apresentar

respostas de operação desigual para sinais de frequências diferentes.

A presença de componentes reativas também são fatores que atenuam o sinal.

Como as capacitâncias, que em frequências médias respondem com ganhos

elevados, enquanto que em baixas frequências, os capacitores de acoplamento

atenuam o sinal de saída.

Em frequências elevadas, a atenuação é produzida pela capacitância intrínsecas

do TJB e capacitâncias paralelas do circuito.

CfXC

2

1

abertocirXcf

curtoXcf

.

Ganho de tensão

i

vv

vA 0

6-Curva de resposta em frequência


Frequência de corte: quando a potência de saída é a metade da potência de entrada.

Nessa condição a tensão de saída é vo=vi/2.

A faixa de frequência na qual o ganho de tensão (vo/vi) é constante, denomina-se de

banda média.

Os pontos sobre o gráfico nos quais o ganho é Avmax/ 2 são chamados de meia

potência, sendo caracterizados pela frequência de corte inferior (fci) e frequência de

corte superior (fcs).

fci fcs

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7-Capacitores de acoplamento


Utilizados para interligar diferentes estágios do circuito sem que ocorram

modificações das condições de polarização DC desses estágios, evitando alteração

do ponto de operação (Q) do TJB.

Faz a passagem de um sinal CA de um ponto a outro, enquanto bloqueia o sinal

CC. Para isso, Xc deve ser pequena se comparada com a R série do circuito.

Xc<<RB1+RB2

7-Capacitor de derivação (bypass)


Tem a função de desviar a componente CA do sinal Vin, para um trecho de menor

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

Assim, o emissor do TJB está em curto com a referência CA.

Um capacitor de derivação não interfere na tensão CC de polarização, pois se

comporta como uma circuito aberto em CC.

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8-Circuito equivalente CC e CA


A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e CA estão

no mesmo circuito e para que tenhamos os efeitos da amplificação é

necessário conhecer

a) inicialmente o ponto de operação do circuito do TJB (ponto Q), que neste

caso é determinado exclusivamente pela fonte de polarização CC;

b) e conhecendo o ponto Q, determinam-se as variações de tensão e corrente

partir do sinal CA.

Para essa determinação utiliza-se o Teorema de Superposição para calcular os

efeitos da fonte CC, os efeitos da fonte CA e superpor os efeitos;

A solução consiste em dividir o circuito em dois:

1. Circuito Equivalente CC;

1. Calcula-se a IBQ, ICQ e VCEQ

2. Circuito Equivalente CA.

1. Substituir o capacitores por um curto;

2. Substituir as Fontes CC por um curto;

3. Substituir o transistor pelo modelo elétrico: híbrido ou T;

4. Desenhar o circuito equivalente CA.

8.1-Circuito equivalente CC


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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8.2-Circuito equivalente CA


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.

Logo, o circuito

equivalente para a

análise CA do

amplificador emissor

comum torna-se

CfXC

2

1

abertocirXcf

curtoXcf

.

Próxima aula

Modelo do tjb para pequenos sinais


• Modelo T• Modelo -Híbrido

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12

8-Amplificador Resultante -Híbrido


2//1 RBRBRB RCRLRL //'

8-Amplificador Resultante T


2//1 RBRBRB RCRLRL //'

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