Eletrônica Aula 06 CIN-UPPE

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1 Eletrônica Aula 06 CIN-UPPE

2 Amplificador básico Amplificador com transistor Exemplo: Análise
Modelo CC Modelo CA VCC C2 RL RG C1 CE

3 Análise CA zi vo iC ii zo vi Para se fazer a análise CA é necessário:
Eliminar as fontes DC. Curto-circuitar todos os capacitores Combinar os resistores, R1, R2, substituindo-os pelo seu equivalentes (RB), substituindo-o pelo seu modelo de pequeno sinal. zi R1 R2 ro RC Modelo CA de um transistor vo iC ii zo vi

4 Parâmetros de Análise Impedância de entrada (Zi)
Impedância de saída (Zo) Ganho de tensão (Av) Ganho de corrente (Ai)

5 Modelo de um BJT para pequenos sinais
Modelo re do transistor Este modelo emprega um diodo e uma fonte de corrente controlada para modelar o transistor na região de interesse. Este modelo é sensível ao valor cc de operação do amplificador. Modelo híbrido equivalente do transistor Os parâmetros híbridos (V e I) são definidos em um ponto de operação que pode ou não refletir as condições reais de operação do amplificador. Ambos os modelos são usados para análise CA de um BJT

6 Operação em pequeno sinal
O ponto de operação de um amplificador (ponto Q) é importante, desde que este representa o ponto de funcionamento DC do amplificador. Q (ponto de operação) Q (ponto de operação) IE VBE Distorção da onda (indesejável p/amplificadores de alta fidelidade)

7 Modelo re do transisor (modelo CA)
Configuração emissor comum IC = IB C IC = IB B IB IE E IE =(+1)IB  IB (>>1)

8 Zi = vi/ii=vbe/ibie.re/ib= iB .re/ib= .re
Modelo re do transisor (modelo CA) Cálculo da Impedância de entrada (Zi) IC = IB ii =iB IE C B E vbe re vi zi re zi = re Zi = vi/ii=vbe/ibie.re/ib= iB .re/ib= .re

9 Resistência CC e CA RCA = 1mV/40 A = 25 Regra prática:
Resistência CC no transistor: RCC = V/I, onde V é a tensão do diodo base-emissor (0,7V) e I é a corrente de operação do transistor. Exemplo para IE = 1mA, RCC = 0,7V/1 mA = 700 Resistência dinâmica CA do transistor: Esta resistência é a variação da tensão base-emissor dividida pela variação de corrente no emissor. RCA = VBE/ IE Exemplo para VBE = 1m V e IE = 40 A, RCA = 1mV/40 A = 25 Regra prática: A resistência CA aplicada a todos os transistores varia de acordo com a temperatura de operação do transistor. Para 25 oC: Esta equação se baseia em uma junção base-emissor perfeita e depende da temperatura de operação do transistor. Este efeito resistivo ocorre dentro do transistor. RCA = 25mV/ IE ou r´e = 25mV/IE a 50 mV/ IE

10 Modelo re do transisor (modelo CA)
Cálculo da impedância de saída (zo) Quanto maior for a inclinação menor derá a impedância Inclinação = ic/ vce = 1/ro IB.RL/ ic c vce zo ro e

11 Modelo re do transisor (modelo CA)
RL zi zo Ganho de tensão (ro   ): Av = Vo/Vi= IB.RL/ IB.re= RL/re Ganho de corrente(ro   ): Ai = io/ii= ic./ IB== hfe Parâmetros de análise CA do transistor para pequenos sinais: - Impedância de entrada (Zi)= re (re = 25mV/IE) p/25 oC - Impedância de saída (Zo)= ro - Ganho de tensão (Av)= Vo/Vi= IB.RL/ IB.re= RL/re - Ganho de corrente (Ai)= io/ii= ic./ IB== hfe

12 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais – CA – modelo híbrido equivalente
O modelo DC, em geral utilizado para polarização de transistores, não consegue representar adequadamente as pequenas variações CA. Em BJT, existem 4 parâmetros de interesse: iB, iC, vBE,vCE vBE como função de iB e vCE

13 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais - CA
iC como função de iB e vCE

14 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais - CA
Considere os parâmetros IB, IC, VBE, VCE do transistor operando no ponto Q (ponto de operação) iB = IB+iB vCE = VCE+vCE As mudanças iB e vCE resultam nas mudanças CA de vBE e ic que podem ser encontradas pela série de Taylor na região vizinha ao ponto Q, ou seja:

15 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais - CA
As derivadas parciais são calculadas no ponto Q: vBE (IB,VCE ) =VBE iC (IB,VCE ) =IC Podemos denotar as mudanças CA em vBE e iC assim como vBE e iC por: vBE(IE+iB, VCE+iCE)=VBE+vBE iC(IE+iB, VCE+iCE)=iC+iC Aplicando um pequeno sinal CA nós mudamos iB e vCE com pequenos valores iB e vCE que faz com que o transistor responda mudando vBE e IC, vBE e iCE

16 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais - CA
Respostas do transistor a sinais CA são dadas por: As derivadas parciais são as inclinações das curvas próximas ao ponto de operação Q.

17 Modelo de transistor BJT para pequenos sinais - CA
Considerando as derivadas parciais próximas ao ponto de operação Q. Definimos então os parâmetros: Onde: hie - resistor de entrada do rasistor, dado em Ohms () hre - sem unidade hfe - sem unidade (ganho) hoe – condutância de saída, dado em mhos (Siemens) A resposta do transistor para pequenos sinais CA é dado por:

18 Modelo híbrido (h) Modelo equivalente da entrada do transistor

19 Modelo híbrido (h) Modelo equivalente da saída do transistor

20 Modelo híbrido (h) Modelo equivalente da entrada/saída do transistor
O modelo equivalente de pequeno sinal é matematicamente válido apenas para sinais de pequena amplitude. Os parametros h são fornecidos pelo fabricante do dispositivo. Estes parâmetros podem mudar substancialmente dependo do fabricante.

21 Modelo híbrido (h) - exemplo
Parâmetros híbridos (típicos) – transistor 2N3904 Mínimo Médio Máximo

22 Modelo híbrido (h) Desconsiderando o componente hre, o qual é muito pequeno e usualmente ignorado em modelos analíticos, chegamos a um modelo denominado hibrido-. Assim:

23 Modelo híbrido (h) Modelo híbrido- através de uma fonte de corrente controlada. re Transcondutância Resistência do emissor

24 Modelo híbrido (h) Considerando que o comportamento do transistor é dirigido pela tensão VBE: Uma variante do modelo híbrido- pode ser desenvolvido através de uma fonte de tensão controlada. Transcondutância Resistência do emissor

25 Exemplo - Amplificador Emissor Comum
Características: Inversão de fase em 180o entre os sinais de entrada e saída O capacitor de saída bloqueia a tensão CC Não deve há tensão CA no emissor na freqüência de trabalho Não há tensão CA na fonte de alimentação devido ao filtro da fonte. VCC C2 C1 CE Inversão de fase (180o)

26 Análise do circuito ii iC io re
Modelo CA para circuito com polarização por divisor e tensão: ii iC Vi R1 R2 re Zo Zi io Zo =RC || ro Zi =R’ || re R’=R1 || R2 Calcular: re – 25mV/IE (resistência do emissor) Zo – impedância de entrada Zi – impedância de saída Ganho de tensão Av (Av = Vo/Vi) Ganho de corrente Ai (Ai = io/ii)

27 Onde io = (ro)(iB)/ (ro+RC) io / iB = (roiB)/ (ro+RC) Com
Impedância de entrada Zi: Zi =R’ || re Onde R’ = R1.R2/(R1+R2) Impedância de saída Zo: Zo =RC || ro Ganho de tensão: Av = Vo/Vi Onde Vo = IC. Zo = -(IB)(RC || ro) IB= Vi/re Assim, Vo=-(Vi/re )(RC || ro) e Portanto: Av = Vo/Vi = - (RC || ro)/re Se ro>> RC Av = - RC/re Ganho de corrente: Ai = io/ii Onde io = (ro)(iB)/ (ro+RC) io / iB = (roiB)/ (ro+RC) Com iB = (RB)(ii)/(RB +re) Portanto: Ai = (RBre)/[(ro+RC).(RB +re)] Se considerarmos ro>> RC e RB >> re Ai  

28 Amplificador básico Amplificador com transistor Exemplo: Análise
Modelo CC Modelo CA VCC C2 RG C1 CE

29 Exemplo Análise CC Projete um circuito estável com um ponto Q de IC = 5.0 mA e VCE = 7.5 V. Considere  entre 100 e 400. Amplificar sinal senoidal ca 1mv (pp). Ganho 100 frequência de 3KHz Considere o transistor BC546 Q (ponto de operação)

30 Análise Encontrar RC e RE Encontrar VCC, RC, RE, R1, R2 Encontrar VCC
Em geral o ponto Q é localizado no meio da linha de carga: VCC= 2VCE= 2x7.5V = 15.0 V Encontrar RC e RE Encontrar equação de tensão da malha CE VCE = VCC-IC(RC+RE ) => RC+RE = 7.5/(5.0x10-3) RC+RE = 1.5K = 220  = 1.2 K +15V A escolha é livre, mas devemos assegurar que VE=IE.RE > 1V Assim, RE > 1/IE . Como IE  IC, RE > 200  Se fizermos RE = 220 , RC= 1.2K 