Circuitos com Múltiplos TBJ. Prof. Dr. Ulisses Chemin Netto ET74C Eletrônica 1

Circuitos com Múltiplos TBJ

Objetivo da Aula

 Conhecer duas principais topologias para circuitos contendo mais de um transistor bipolar de junção operando na região de amplificação.

Conteúdo Programático

 Configuração Darlington;

 Configuração Cascode.

Construção de Conhecimento esperado

 Familiarizar-se com os circuitos mais comuns utilizados com múltiplos transistores e observar que os métodos de análise desenvolvidos anteriormente se aplicam a este caso.

TBJ como Amplificador

 Condição a ser satisfeita

Modo Junção Base-

Emissor Junção Coletor-

Base Comportamento

Corte Reversa Reversa Chave Aberta

Saturação Direta Direta Chave Fechada

Ativo Direta Reversa Amplificador

Exemplo de Amplificador com Dois Estágios

Possui dois estágios;

Polarização por divisor de tensão

Acoplamento entre estágios

Obter maiores valores de ganho.

Estágios de Amplificação – Idéia Geral

 Estágio de entrada:

– Alta resistência → Diminuir a atenuação do sinal a ser amplificado;

 Estágio de Saída:

– Baixa resistência → evitar perdas no ganho para resistência de cargas de baixo valor.

Exemplo de Amplificador com Dois Estágios

Considerando apenas a polarização CC;

Existem dois arranjos separados, os quais podem ser analisados a partir da metodologia apresentada anteriormente.

Exemplo de Amplificador com Dois Estágios

 A tensão de saída de coletor de um estágio é diretamente alimentada na base do próximo estágio via um capacitor de acoplamento C_C;

– Existem outras formas de acoplamento.

• Direta – Melhor desempenho para baixas frequências, contudo, um estágio pode influenciar no ponto quiescente do outro;

 O capacitor de acoplamento é escolhido de forma a bloquear os sinais CC (evitar influencia de um sinal cc sobre a polarização) entre os estágios e atuar como um curto- circuito para o sinal CA.

– O desempenho para baixar frequências não é bom devido ao incremento da reatância capacitiva, a qual implica em reduções do ganho.

Conexão Darlington

 Consiste em uma ligação cascata de transistores na configuração emissor comum. Nessa situação a corrente de base do segundo transistor vem do emissor do primeiro transistor.

Característica:

Alta impedância de entrada visto pelo transistor Q1.

𝑍𝑍𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑒𝑒) = 𝛽𝛽𝑅𝑅_𝐸𝐸 Alto valor de β.

Conexão Darlington

 Consiste em uma ligação cascata de transistores na configuração emissor comum. Nessa situação a corrente de base do segundo transistor vem do emissor do primeiro transistor. ^β Possui ordem de grandeza do milhar.

Conexão Darlington

 Exemplo de folha de dados de um transistor darlington encapsulado

Conexão Darlington

 Análise CC

Conexão Darlington

 Análise CC

Considerar os capacitores abertos

Conexão Darlington

 Análise CC

– Assumir β₁ para o primeiro transistor e β₂ para os segundo.

– A corrente de base para o segundo transistor é:

𝐼𝐼_𝐵𝐵2 = 𝐼𝐼_𝐸𝐸1 = 𝛽𝛽₁ + 1 𝐼𝐼_𝐵𝐵1 (1)

Conexão Darlington

 Análise CC

– A corrente no emissor para o segundo transistor é:

– Substituindo (1) em (2)

𝐼𝐼_𝐸𝐸2 = 𝛽𝛽₂ + 1 𝐼𝐼_𝐵𝐵2 2

𝐼𝐼_𝐸𝐸2 = 𝛽𝛽₂ + 1 𝛽𝛽₁ + 1 𝐼𝐼_𝐵𝐵1(3)

Conexão Darlington

 Análise CC

– Assumindo que β>> 1 se obtém o β líquido dessa configuração

Ou seja, é o mesmo que um amplificador de estágio único com

𝛽𝛽_𝐷𝐷 = 𝛽𝛽₁𝛽𝛽₂ (4)

Conexão Darlington

 Análise CC

– Determinando a corrente de base para o transistor 1;

– Escrevendo a equação para a malha de entrada:

−𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} + 𝑅𝑅_𝐵𝐵𝐼𝐼_𝐵𝐵1 + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} + 𝐼𝐼_𝐸𝐸2𝑅𝑅_𝐸𝐸 = 0 5 Substituindo (3) em (5) :

Conexão Darlington

 Análise CC

𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} + 𝑅𝑅_𝐵𝐵𝐼𝐼_𝐵𝐵1 + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} + (𝛽𝛽₂ + 1)𝐼𝐼_𝐵𝐵2𝑅𝑅_𝐸𝐸 = 0 6 Substituindo (1) em (6) :

Substituindo (4) em (7):

𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} + 𝑅𝑅_𝐵𝐵𝐼𝐼_𝐵𝐵1 + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} + (𝛽𝛽₂ + 1)(𝛽𝛽₁ + 1)𝐼𝐼_𝐵𝐵1𝑅𝑅_𝐸𝐸 = 0 7

Conexão Darlington

 Análise CC

Resolvendo para I_B1:

Definindo:

Então:

𝐼𝐼_𝐵𝐵1 = 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} 𝑅𝑅_𝐵𝐵 + 𝛽𝛽_𝐷𝐷𝑅𝑅_𝐸𝐸 9 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸𝐷𝐷} = 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} + 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} 10

𝐼𝐼_𝐵𝐵1 = 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸𝐷𝐷}

11

Conexão Darlington

 Análise CC

Como está operando na região ativa (amplificador):

A tensão CC no terminal do emissor:

𝐼𝐼_𝐶𝐶2 ≅ 𝐼𝐼_𝐸𝐸2 = 𝛽𝛽_𝐷𝐷𝐼𝐼_𝐵𝐵1 12

𝑉𝑉_𝐸𝐸2 = 𝐼𝐼_𝐸𝐸2 × 𝑅𝑅_𝐸𝐸 13

Conexão Darlington

 Análise CC

A tensão no coletor:

A tensão de saída:

Impedância de entrada vista por Q₁:

𝑉𝑉_𝐶𝐶2 = 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} 14

𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐸𝐸2} = 𝑉𝑉_𝐶𝐶2 − 𝑉𝑉_𝐸𝐸2 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐸𝐸2} = 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} − 𝑉𝑉_𝐸𝐸2 (15)

𝑍𝑍 = 𝛽𝛽𝑅𝑅

Conexão Cascode

Emissor comumBase

Alta impedância de entrada e boa operação em altas frequências.

Conexão Cascode –

Emissor

comumBase

Conexão Cascode

 Análise CC

Considerar os capacitores

abertos

Conexão Cascode

 Análise CC

– Assumir a seguinte condição:

– Dessa forma aplicando a regra do divisor de tensão obtém-se as tensões nas bases de Q₁ e Q₂:

𝐼𝐼_𝑅𝑅1 ≅ 𝐼𝐼_𝑅𝑅2 ≅ 𝐼𝐼_𝑅𝑅3 ≫ 𝐼𝐼_𝐵𝐵1 𝑜𝑜𝑜𝑜 𝐼𝐼_𝐵𝐵2

Conexão Cascode

 Análise CC

– Determinação de V_B1 e V_B2:

𝑉𝑉_𝐵𝐵1 = 𝑅𝑅₃

𝑅𝑅₁ + 𝑅𝑅₂ + 𝑅𝑅₃ × 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} 𝑉𝑉_𝐵𝐵2 = 𝑅𝑅₂ + 𝑅𝑅₃

𝑅𝑅₁ + 𝑅𝑅₂ + 𝑅𝑅₃ × 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶}

Conexão Cascode

 Análise CC

– Determinação de V_E1 e V_E2:

𝑉𝑉_𝐸𝐸1 = 𝑉𝑉_𝐵𝐵1 − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1}

𝑉𝑉_𝐸𝐸2 = 𝑉𝑉_𝐵𝐵2 − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸2} = 𝑉𝑉_𝐶𝐶1

Conexão Cascode

 Análise CC

– Determinação das correntes de coletor:

– A tensão V_C2 :

𝐼𝐼_𝐶𝐶1 ≅ 𝐼𝐼_𝐸𝐸1 ≅ 𝐼𝐼_𝐶𝐶2≅ 𝐼𝐼_𝐸𝐸2 = 𝑉𝑉_𝐵𝐵1 − 𝑉𝑉_{𝐵𝐵𝐸𝐸1} 𝑅𝑅_𝐸𝐸

𝑉𝑉_𝐶𝐶2 = 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶} − 𝐼𝐼_𝐶𝐶2𝑅𝑅_𝐶𝐶

Conexão Cascode

 Análise CC

– A corrente através dos resistores de polarização:

– As correntes de base I_B1 e I_B2 :

𝐼𝐼_𝑅𝑅1 ≅ 𝐼𝐼_𝑅𝑅2 ≅ 𝐼𝐼_𝑅𝑅3= 𝑉𝑉_{𝐶𝐶𝐶𝐶}

𝑅𝑅₁ + 𝑅𝑅₂ + 𝑅𝑅₃

𝐼𝐼_𝐵𝐵1 = 𝐼𝐼_𝐶𝐶1

𝛽𝛽₁ 𝐼𝐼_𝐵𝐵2 = 𝐼𝐼_𝐶𝐶2 𝛽𝛽₂

Referências Utilizadas

 BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11. ed. São Paulo: Pearson education do Brasil, 2013.

 SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C.. Microeletrônica. 5ed. São Paulo:

Pearson Prentice Hall, 2007.

 MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. 4. ed. São Paulo: Makron, c1997.

2v.

 Floyd, Thomas L.; Electronic Devices (Conventional Flow Version). 7^th Edition. Prentice-Hall, Inc., USA, 2004.

 ROSA, Marcelo. Notas de Aula – Eletrônica 1. Curitiba: UTFPR, 2013.

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Prof. Dr. Ulisses Chemin Netto – ucnetto@utfpr.edu.br

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