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.

O TJB como amplificador – exemplo Livro texto, item 4.7. Figure 4.23 (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).

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.

A corrente de coletor e a transcondutância vbe  0:  Aproximação para pequenos sinais!!! Corrente de polarização Componente de sinal ic  transcondutância

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):

A corrente de coletor e a transcondutância (3) Figura 4.24 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).

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).

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.

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.

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

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.

O modelo p-Híbrido Figura 4.26 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).

O modelo T Figura 4.27 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.

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).

Exemplo 4.9 Analise o amplificador com transistor para determinar seu ganho de tensão. Suponha b = 100. Figura 4.28 Examplo 4.9: (a) circuito; (b) análise cc; (c) modelo para pequenos sinais.

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?)

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).

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

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?

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.

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.

Exemplo 4.10 – continuação (3)  vi: onda triangular com 0,8 V de pico.  Corrente de base: