IFBA 9/8/2010. ganho X frequência. Amplificador CA. CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE

CELET

CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor

Professor::Edvaldo Moraes Ruas, EE

Vitória da Conquista, 2010



ganho X frequência



Amplificador CA

 A reatância capacitivas aumentam à medida que a frequência diminui;  O resultado é uma diminuição no ganho de tensão à medida que a

frequência se aproxima de 0 Hz;

 Em frequências altas, o ganho de tensão diminui em função de  capacitâncias de acoplamento e



Amplificador CA

 Em frequências altas, o ganho de tensão diminui em função de

itâ i i t j õ d t i t

 capacitâncias internas nas junções do transistor e

 capacitância da fiação,

 são as chamadas capacitâncias parasitas;

 Essas capacitâncias proporcionam percursos de desvio.

 Conforme a frequência aumenta, mais ainda, as reatâncias capacitivas

diminuem;



ganho X frequência



Amplificador CA

 São as frequências críticas nas quais o ganho de tensão e a tensão é igual

a 0,707 do seu valor máximo;



ganho X frequência



Amplificador CA

 Definimos a banda média de um amplificador como da banda de frequências entre 10f1e 0,1f2;

 Na banda média a saída do amplificador é máximo;

 Três das características importantes de um amplificador são: A_V(méd), f₁e f₂. Faixa aproximada das frequências audíveis pelo ser humano esta entre 20 Hz e 20 kHz. Ex. 16.2

 Capacitor de Acoplamento de Entrada f1 = 1 .

2πRC

• onde R = RG+ Rin Ex. 16.4

Amplificador com Divisor de Tensão Ri = R1|| R2|| βr’

Amplificador com Divisor de Tensão Rin R1|| R2|| βre

 Capacitor de Acoplamento de Saída

• aqui R = R_C+ R_L

 Capacitor de Desvio do Emissor f1 = 1 .

2πzCE

 onde zout= RE|| (r’e+ (RG|| R1|| R2)/β)

 aproximação zout= RG/β

 Capacitor de Desvio do Coletor

f2 = 1 . 2πRC

Considerar para frequências Acima de 100 kHz

• onde R = R_C|| R_Le C = C’_c+ C_stray • C_stray= capacitância parasita da fiação;

C’ i â i i l

Um circuito com capacitor de realimentação é difícil de analisar, pois esse capacitor afeta a entrada e a saída simultaneamente.

Conversão do Capacitor de Realimentação

Com o uso de álgebra complexa é possível deduzir a equações abaixo, que são válidas para qualquer Amp Inversor.

 Capacitor de Desvio da Base f2 = 1 .

2πRC

• sendo que r_g= R_G|| R₁|| R₂e r_c= R_C|| R_L

Pelas folhas de dados, C’cpode ser indicada como C’bc, C’ob, ou C’obo, e C’ecomo C’be, C’ib, ou C’ibo;

C’cvaria conforme a intensidade da polarização reversa VCB; C’_eé dependente do ponto de operação do transistor;

• Sendo que C’epode-se aproximar por: Cbe ≈ 1 .

2πfTr’e



Revisão de Logaritmo

x = 10y _{y = log}

10x y = log x

 y é o logaritmo (ou expoente) de 10 que resulta em x.  Exemplos: • y = log 10 = 1 • y = log 100 = 2 • y = log 1000 = 3 • y = log 0,1 = -1 • y = log 0,01 = -2 • y = log 0,001= -3 Definição de A_p(dB)  Ganho de Potência

 Ganho de Potência em Decibel

 A_Pnão tem unidade (é adimensional);

 Para não confundir A_Pcom A_P(dB)usamos a dB;

O h d tê i dB é l t d f lh d d d

 O ganho de potência em dB é normalmente usado em folhas de dados para

especificar o ganho de potência de dispositivos;

 Ele é usado porque os logaritmos comprimem os números;  Exemplo:

 Os ganhos de potências de 100 a 100.000.000 corresponde a 20 dB a 80 dB.

Duas propriedades úteis

1. Um aumento (ou diminuição) no ganho de potência de um fator de 2, implica em que o ganho em dB aumente (ou diminua) de 3 dB;

As medições de tensão são mais comuns que as medições de potência.  Definição de AV(dB)

 Ganho de Tensão

 Ganho de Tensão em Decibel

 Exemplo:

 Os ganhos de tensão de 100 a 100 000 000 corresponde a 40 dB a 160 dB  Os ganhos de tensão de 100 a 100.000.000 corresponde a 40 dB a 160 dB.

Regras Básicas para o Ganho de Tensão

1. Um aumento (ou diminuição) por um fator de 2 no ganho de tensão, significa um aumento (ou diminuição) de 6 dB para o ganho em dB ;

2. Se o fator for 10, o aumento (ou diminuição) será de 20 dB.

 Estágios em Cascata

 O ganho é

AV= (AV1).(AV2)

 Em dB é

V ( V1) ( V2)

AV(dB)= 20 log AV= 20 log (AV1)(AV2) = 20 log AV1 + 20 log AV2

 O casamento de impedância é usado em sistemas para produz máxima transferência de potência;

 Muito usado em sistemas de comunicação, tais como, microondas, televisão e telefone e telefone.  Potência de entrada  Potência de saída  O ganho de Potência é  Em termos de dB ou

A_P(dB)= 10 log A_P= 10 log A_V2_{= 20 log A} V

 Essa equação é verdadeira para qualquer sistema com impedância casada.

 Conversão de dB para Ganho Comum AP(dB)= AV(dB)

 Podemos usar os decibéis acima de uma referência.  A Referência de Miliwatt

O uso do dBm é uma forma de comparar a potência com 1 mW.

Conversão de dBm para a sua potência comum.

onde P é a potência em miliwatts

 A Referência de Volt

 O d ibéi i i di í l d t ã i d 1 V

 Os decibéis aqui indicam o nível de tensão acima de 1 V

 Para converter valor em dBV para a sua tensão equivalente



Amplificador CA

 Essa equação admite que dois capacitores dominantes produzam a

frequência de corte inferior e superior;

 Na banda média, f1/f ≈0 e f/f2≈0, logo

 Abaixo da banda média, f/f₂≈0, logo



Amplificador CC

 Amplifica frequências a partir de 0 Hz;

 As duas características importantes: A_V(méd)e f₂;

 Ele é mais amplamente usado que o amplificador CA, porque a maioria são projetados com amp-ops;

 Os amp-ops têm um alto ganho de tensão, alta impedância de entrada e baixa

i dâ i d íd

impedância de saída;

 Seu ganho de tensão é dado por

A tensão de saída é:

O ganho de tensão é:

Como o circuito tem apenas dispositivos passivos, o ganho de tensão é sempre menor ou igual a 1;

sempre menor ou igual a 1;

A frequência de corte é:

Oitavas

A palavra oitava se refere ao dobro de uma frequência para relações como f1/f e f/f2;

Décadas

Uma década tem um significado similar para razões como f1/f e f/f2, exceto que o fator é 10.

6 dB por Oitava

Acima da frequência de corte o ganho de tensão em dB de um circuito de

di i i 20 dB dé d i l 6 dB i

atraso diminui 20 dB por década, o que equivale a 6 dB por oitava.

AV(dB)= 20 log 0,1 = -20dB

AV(dB)= 20 log 0,05 = -26dB

AV(dB)= 20 log 0,025 = -32dB

 Como esse tipo de gráfico usa dB, ele pode nos fornecer mais informações sobre a resposta do amplificador fora da banda média;

 Seu eixo vertical usa escala linear e o horizontal escala logarítmica;

 O ganho de tensão de 0,707 do valor na banda média em dB é:

 Gráfico de Bode Ideal

 O gráfico de Bode Ideal é uma aproximação útil para uma análise preliminar. AV(dB)= 20 log 0,707 = -3dB

 Circuito de Atraso

 A maioria dos amp-ops incluem um circuito de atraso RC que provoca o decaimento do ganho de tensão;

 Sendo que R representa a resistência thevenizada vista pelo capacitor;

 Nesse circuito a tensão de saída é atrasada em relação à tensão de entrada;

 Se o ângulo de fase da tensão de entrada for 0o_{, o ângulo de fase da tensão de} saída estará entre 0o_{e -90}o_.

Ângulo de Fase

À medida que a frequência aumenta, o ângulo de fase da tensão de saída muda gradualmente de 0 para - 90o_.

como e

 Análise de Frequência Baixa f1 = 1 .

2πRC

• R = R_G+ R₁|| R₂para o capacitor de acoplamento de entrada; i d l d íd • R = RD+ RLpara o capacitor de acoplamento de saída;

Devido à resistência de entrada do FET ser muito alta, podem ser usados valores muito altos de resistência no divisor de tensão, o que resulta em capacitores de acoplamento de entrada muito baixos.

 Análise em Alta Frequência

• Como as capacitâncias são difíceis de medir, os fabricantes as medem em condição de curto-circuito;

• C_iss= C_gs+ C_gd, C_oss= C_ds+ C_gde C_rss= C_gd

Usando os valores das folhas de dados Cgd= Crss

Cgs= Ciss– Crss C_ds= C_oss– C_rss

 Para determinarmos a frequência de corte superior, precisamos variar a frequência até que o ganho de tensão caia 3 dB do valor máximo;

 O teste com onda senoidal gera resultados aproximados;

 O teste com onda quadrada é uma forma mais rápida e mais simples de testar

 O teste com onda quadrada é uma forma mais rápida e mais simples de testar um amplificador.

 Tempo de Subida

O tempo de subida TRé o tempo que a tensão no capacitor leva para ir de 0,1 V (10%) para 0,9 V (90%);

A tensão no capacitor sobe exponencialmente ao fechamos a chave;

O f d li d d ã é d d d

Outra forma de aplicarmos um degrau de tensão é usar um gerador de onda

quadrada;

A tensão de entrada varia quase instantaneamente;

A tensão de saída gasta um tempo muito maior por causa do capacitor de desvio.  Relações Importantes

Tempo de subida é útil para sabermos a resposta a um degrau para circuitos de Tempo de subida é útil para sabermos a resposta a um degrau para circuitos de

comutação;

A itâ i i d tâ i it t id õ i t t A capacitância e a indutância parasita tornam-se considerações importantes

para dispositivos discretos e CIs que operam acima de 100 kHz; Fontes de efeitos parasitas:

1. A geometria e a estrutura interna do dispositivo;

2. O layout da placa de circuito, incluindo a orientação dos dispositivos e as trilhas condutoras;

3. Os terminais externos dos dispositivos; Usando SMDs elimina-se esses efeitos.