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O TJB como amplificador Livro texto, item 4.7.
Para operar como amplificador transistor polarizado na região ativa. Polarização estabelecer uma corrente cc constante no emissor (ou no coletor). Esta corrente deve ser previsível e insensível às variações de temperatura, valores de b etc. Necessidade da corrente constante a operação do transistor como amplificador é altamente influenciada pelo valor quiescente (ou de polarização) da corrente.
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O TJB como amplificador – exemplo Livro texto, item 4.7.
Figure (a) Circuito conceitual para ilustrar a operação do transistor como um amplificador. (b) O circuito em (a), eliminando-se a fonte de sinais vbe para a análise cc (polarização).
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O TJB como amplificador – exemplo (2) Livro texto, item 4.7.
As condições de polarização cc (vbe = 0). Para operação no modo ativo VC > VB por um valor que permita oscilações com amplitudes razoáveis no sinal de coletor e ainda mantenha o transistor na região ativa todo o tempo.
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A corrente de coletor e a transcondutância
vbe 0: Aproximação para pequenos sinais!!! Corrente de polarização Componente de sinal ic transcondutância
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A corrente de coletor e a transcondutância (2)
Para obter um valor previsível e constante para gm , é necessário um valor de IC constante e previsível. Os TJBs têm uma transcondutância relativamente alta. Para IC = 1 mA, g m 40 mA/V. Interpretação gráfica (iC vBE):
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A corrente de coletor e a transcondutância (3)
Figura Operação linear do transistor na condição de pequenos sinais: um sinal pequeno vbe com uma forma de onda triangular é sobreposto à tensão cc VBE . Ela dá origem ao sinal de corrente de coletor ic, com forma de onda também triangular, sobreposta à corrente cc IC. Neste caso, ic = gmvbe, em que gm é a inclinação da curva iC–vBE no ponto de polarização Q. Para pequenos sinais (vbe << VT), o transistor se comporta como uma fonte de corrente controlada por tensão (entrada: BE; saída: CE).
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Transistor no modo ativo – pequenos sinais
ic = gm vbe + vbe – B C E ic ro (supondo que vce não influencia ic no modo ativo) gm (transcondutância da fonte) Para pequenos sinais (vbe << VT), o transistor se comporta como uma fonte de corrente controlada por tensão (entrada: BE; saída: CE).
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A corrente de base iB e a resistência de entrada da base rp
A resistência de entrada para pequenos sinais entre a base e o emissor, olhando para o terminal da base.
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A corrente de emissor iE e a resistência de entrada do emissor re
A resistência de entrada para pequenos sinais entre a base e o emissor, olhando para o terminal do emissor – resistência de emissor.
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O ganho de tensão Transistor excitado pelo sinal vbe faz com que uma corrente proporcional a gmvbe circule pelo terminal de coletor em uma alta impedância (idealmente infinita) transistor fonte de corrente controlada por tensão. Para obter um sinal de tensão na saída forçar a corrente por um resistor. gm : IC: o ganho será tão estável quanto a corrente de polarização do coletor. VC : tensão de polarização do coletor
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Modelos equivalentes para pequenos sinais Livro texto, item 4.7.
Amplificador: correntes e tensões componente cc + componente ac (sinal). Componentes cc: determinads pelo circuito cc e pelas relações impostas pelo transistor. Componentes ac (sinais): eliminando-se as fontes cc. Modelo de circuito para pequenos sinais relações entre os incrementos de correntes ic, ib e ie obtidas quando um pequeno sinal vbe for aplicado.
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O modelo p-Híbrido Figura Duas versões ligeiramente diferentes do modelo p-híbrido simplificado para operação do TJB com pequenos sinais. O circuito equivalente em (a) representa o TJB como uma fonte de corrente controlada por tensão (um amplificador de transconductância), e em (b) representa o TJB como uma fonte de corrente controlada por corrente (um amplificador de corrente).
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O modelo T Figura Duas versões ligeiramente diferentes do que é conhecido como modelo T do TJB. O circuito em (a) é a representação com fonte de corrente controlada por tensão e em (b) é a representação eom fonte de corrente controlada por corrente. Esses modelos mostram explicitamente a resistência do emissor re , diferente do modelo p-hibrido, o qual mostra uma resistência de base rp.
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Aplicação dos modelos equivalentes para pequenos sinais
Análise de circuitos amplificadores com transistores para operação com pequenos sinais: Determine o ponto de operação cc do TJB e em particular o valor da corrente cc de coletor, IC . Calcule os valores dos parâmetros do modelo para pequenos sinais: gm = IC / VT , rp = b / gm e re = VT / IE 1 / gm . Elimine as fontes cc. 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 circuto a ser analisado. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas de interesse (ganho de tensão, resistência de entrada etc).
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Exemplo 4.9 Analise o amplificador com transistor para determinar seu ganho de tensão. Suponha b = 100. Figura Examplo 4.9: (a) circuito; (b) análise cc; (c) modelo para pequenos sinais.
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Exemplo 4.9 – solução 1. Determinar o ponto quiescente de operação (vi = 0): VB = +0,7 Na condição quiescente, o transistor está operando no modo ativo. (Por que?)
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Exemplo 4.9 – solução (2) 2. Determinar os parâmetros do modelo para pequenos sinais: Para realizar a análise de pequenos sinais, que modelo p-híbrido utilizar? Ambos são igualmente convenientes para a determinação do dado requisitado. Vamos utilizar o modelo da figura 4.26 (a).
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Exemplo 4.9 – solução (3) 3 e 4. Eliminar as fontes cc e substituir o TJB por um de seus modelos equivalentes. Análise do circuito equivalente para pequenos sinais (fontes cc eliminadas): Inversão de fase
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Exemplo 4.10 Com base no circuito do exemplo 4.9, suponha que vi tenha uma forma de onda triangular. Determine a amplitude máxima permitida a vi. A seguir, com a amplitude de vi em seu valor máximo, determine as formas de onda de iB (t), iC (t) e vC (t). Restrição à amplitude de vi: aproximação para pequenos sinais. vbe << VT vbe 10 mV vbe : onda triangular de 20mV pico a pico vbe = vi rp / (rp + RBB ) = 0,011 vi vi pico = vbe pico / 0,011 = 0,91 V Para este valor de pico de vi , o transistor permanece na região ativa?
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Exemplo 4.10 – continuação Determinar o valor de Vc pico, para o valor de pico de Vi , para verificar se o transistor permanece na região ativa. Tensão de coletor: onda triangular vc (com valor de pico ) sobreposta a um valor cc VC = 3,1 V. Tensão de pico da forma de onda triangular: Quando a saída excursiona no sentido negativo: vC MIN = 3,1 – 2,77 = 0,33 V < VB 0,7 V O transistor não permanecerá no modo ativo para vi tendo um valor de pico de 0,91 V.
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Exemplo 4.10 – continuação (2)
Determinar qual o valor máximo do pico do sinal de entrada para o qual o transistor permanece no modo ativo durante todo o tempo. Para tanto, é necessário calcular o valor de que corresponde ao valor mínimo da tensão de coletor, igual à tensão de base ( 0,7 V): Escolhendo 0,8 V vi: onda triangular com 0,8 V de pico.
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Exemplo 4.10 – continuação (3)
vi: onda triangular com 0,8 V de pico. Corrente de base:
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