REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 15 – TJB como AMPLIFICADOR

Curitiba, 10 maio de 2017.

REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR

Referências sugeridas para complementação do estudo: 1) Sedra, capítulo 4 seção 4.7

2) Boylestad, capítulo 7

3) David Lalond e John Ross, capítulo 5 4) Malvino, vol I, capítulo 9

5) Theodore F. Bogart, vol I, capítulo 5

6) Gilvan Antonio Garcia. Eletrônica – princípios e aplicações. Capítulo 8, no link: http://pagina10.com.br/downloads/28.pdf

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03 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 3

CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO

2. CONTEXTUALIZAÇÃO

3. NOTAÇÃO: tensões e correntes CC & CA 4. OPERAÇÃO LINEAR X DISTORÇÃO 5. GANHO DE TENSÃO 6. RESPOSTA EM FREQUÊNCIA 7. CAPACITORES DE ACOPLAMENTO 8. CIRCUITO EQUIVALENTE 1. CC 2. CA

1-Revisão: circuitos de polarização

1)Polarização fixa (Boylestad seção 4.3) 2)Polarização estável do emissor (Boylestad seção 4.4)

•Utiliza poucos componentes; •Se a temperatura,  , IC. •Se a temperatura ,  , ,IC.

B C I I 



R

B

V

I

B

I

C CE

Vcc

R

C

+

-C B E

V

_BE

+

R

B

V

I

B CE

Vcc

R

C

+

-C B E

V

BE

+

R

E

I

_E

I

C

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1-Revisão: circuitos de polarização

4)Polarização DC com realimentação de tensão (Boylestad seção 4.6)

3)Polarização por divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)

•Autopolarização: manutenção das tensões sobre o TJB conforme as variações da corrente IC. •Elevada estabilidade;

•A combinação R1 e R2, mantém a polarização no ponto correto de operação.

•Reúne as vantagens das polarizações anteriores •Usa apenas uma fonte VCC.

I2 R 1 R 2 IC _R C V IB CE + -C B E V_BE + R E IE I₁ Vcc R_B V IB CE Vcc R_C + -C B _E V_BE + R E IE IC' IC IC'+ IB= IC B C I I 



B C I I 



1-Revisão: modos de operação do TJB

Conforme a polarização das junções BE e BC, tem-se um dos seguintes modos de operação: Modo de operação Junção Base-Emissor Junção Base-Coletor

Função no circuito Representação simplificada

EC=emissor comum CC=coletor comum

Saturação Direta Direta Chave eletrô-nica_{controle pelo} terminal de base.

OPERAÇÃO DISCRETA ON & OFF

(EC)

Corte Reversa Reversa (EC)

Ativo ou

Amplificação Direta Reversa

Amplificador de pequenos sinais

β>>1

(EC)

Ativo reverso Reversa Direta

β<1 Sem aplicação prática! (CC) E C B E C B + - -+ B _C E E C C B E

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2-Contextualização:amplificador pequenos sinais

configuração emissor comum

Para operar como amplificador o transistor deve ser polarizado na região ativa.

Sinal a amplificar

v

i

Sinal amplificado

v

o

O objetivo da polarização é estabelecer uma corrente CC constante no emissor ou no coletor.

Essa corrente deve ser previsível e insensível às variações de temperatura. Tal exigência advém do fato de que o transistor ao operar como amplificador é altamente influenciado pelo valor da corrente quiescente (ou de polarização).

IC= f(VCE) @IB

V

_CE

I

_C 0 B

I

1 B

I

Bn

I

0 C

I

1 C

I

n C

I

(configuração emissor comum-EC)

saturação

corte

2-Exemplos de circuitos amplificadores

•Polarização fixa Sinais de pequena intensidade: áudio, antenas, estágios intermediários de amplificação.

•Polarização por divisor de tensão

Símbolo geral para indicar amplificador

Av

vi

vo

ganho vi vo Av 

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3-Notação CC & CA

A corrente total em qualquer ramo do circuito é igual a soma das correntes CC e CA através desse ramo.

Notação para a análise de circuitos contendo sinais contínuos e alternados.

✓Grandezas de natureza CC (estática) Representadas com letras maiúsculas. Ex: VBB, VCC

✓Grandezas de natureza CA (dinâmica)

Grandezas descritas em função do tempo, são representadas com letras minúsculas.

Ex:vi

✓Superposição CA & CC

São as grandezas que resultam da composição do sinal contínuo e do sinal dependente do tempo, ou seja, o sinal dependente do tempo excursiona sobre o ponto quiescente (Q). Ex: iB, iC, iE, vCEevBE

v

V

_BB

R

V

C CC

i

_C

i

_B

i

_E

+

-v

_CE i

R

B

v

+

_BE

-A tensão total em qualquer malha é também a soma das

tensões CC e CA.

4-Operação linear x distorção

iC(ptB) vCE(ptB) B C D iC(ptC) vCE(ptC) vCE(ptD) iC(ptD) VCC CE C

V

I

P

_max



Rb Rc iB iC iE

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4-Operação linear do TJB

Quando nos referimos a operação linear, admite-se na segunda aproximação, que o ponto de operação diodo de emissor do TJB está na região linear:

IB

VBE IB= f(VBE) @ VCB

Curva característica de entrada

V2 V1 Q1 Q2 VCB Região linear de operação do DE

4-Operação linear e não linear (distorção)

Um amplificador é caracterizado como linear de alta fidelidade se não modificar a forma do sinal de entrada –vi( a ser amplificado).

Admite-se que se a amplitude do sinal vifor de pequena amplitude, o TJB usará uma pequena parte da reta de carga e a operação é linear.

Operação linear: não há distorção.

Operação não linear: há distorção.

Av

vi

vo

Av

vi

vo

ganho

vi

vo

Av





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4-Distorção de amplitude

O sinal vi na entrada do circuito amplificador deve ter um limite na sua amplitude,

uma vez que há um limite no sinal de saída (vo) amplificado.

Uma amplitude elevada pode levar o TJB à saturação, corte ou ambos.

Saída saturada Saída cortada

Saída saturada e cortada

A falta de linearidade da característica de entrada, favorece a distorção do sinal de saída.

5-Ganho de tensão (Av)

Definido como a relação da variação da tensão de saída para uma dada variação da tensão de entrada. i O V

V

A





i O V

V

dB

A





20 log

)

(

O (deci)bel é a ordem de grandeza de uma relação. Permite expressar a razão entre duas grandezas da mesma natureza. Por exemplo, caso seja necessário expressar um ganho, ou seja, uma razão entre saída e entrada que seja muito maior que a unidade ou uma atenuação em que essa mesma razão seja muito menor que a unidade, resultaria em valores que teríamos dificuldade em expressar numericamente e por consequência o seu entendimento.

Bels In Out  10 log in out P P P A 10.log dB deciBels In Out_ _ 10 log . 10 in out in out V V V V V A 10.log 20.log 2         A unidade “dB” também é usada para expressar ganhos de:

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6-Resposta em frequência

A variação do ganho de tensão do amplificador (Av) leva o circuito a apresentar

respostas de operação desigual para sinais de frequências diferentes.

A presença de componentes reativas também são fatores que atenuam o sinal. Como as capacitâncias, que em frequências médias respondem com ganhos elevados, enquanto que em baixas frequências, os capacitores de acoplamento atenuam o sinal de saída.

Em frequências elevadas, a atenuação é produzida pela capacitância intrínsecas do TJB e capacitâncias paralelas do circuito.

C

f

X

C

_

2

1 

aberto cir Xc f curto Xc f .       Ganho de tensão i v

v

A



0

6-Curva de resposta em frequência

Frequência de corte: quando a potência de saída é a metade da potência de entrada. Nessa condição a tensão de saída é vo=vi/2.

A faixa de frequência na qual o ganho de tensão (vo/vi) é constante, denomina-se de

banda média.

Os pontos sobre o gráfico nos quais o ganho é Avmax/ 2 são chamados de meia potência, sendo caracterizados pela frequência de corte inferior (fci) e frequência de

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7-Capacitores de acoplamento

Utilizados para interligar diferentes estágios do circuito sem que ocorram modificações das condições de polarização DC desses estágios, evitando alteração do ponto de operação (Q) do TJB.

Faz a passagem de um sinal CA de um ponto a outro, enquanto bloqueia o sinal CC. Para isso, Xc deve ser pequena se comparada com a R série do circuito.

Xc<<RB1+RB2

7-Capacitor de derivação (bypass)

Tem a função de desviar a componente CA do sinal Vin, para um trecho de menor impedância. Comporta-se como um curto-circuito para o sinal CA.

Assim, o emissor do TJB está em curto com a referência CA.

Um capacitor de derivação não interfere na tensão CC de polarização, pois se comporta como uma circuito aberto em CC.

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8-Circuito equivalente CC e CA

A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e CA estão no mesmo circuito e para que tenhamos os efeitos da amplificação é

necessário conhecer

a) inicialmente o ponto de operação do circuito do TJB (ponto Q), que neste caso é determinado exclusivamente pela fonte de polarização CC;

b) e conhecendo o ponto Q, determinam-se as variações de tensão e corrente partir do sinal CA.

Para essa determinação utiliza-se o Teorema de Superposição para calcular os efeitos da fonte CC, os efeitos da fonte CA e superpor os efeitos;

A solução consiste em dividir o circuito em dois: 1. Circuito Equivalente CC;

1. Calcula-se a IBQ, ICQe VCEQ 2. Circuito Equivalente CA.

1. Substituir o capacitores por um curto; 2. Substituir as Fontes CC por um curto;

3. Substituir o transistor pelo modelo elétrico:  híbrido ou T; 4. Desenhar o circuito equivalente CA.

8.1-Circuito equivalente CC

Para fazer a análise CC de um amplificador é necessário:

1) colocar a fonte CA a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito; fonte de corrente → torna-se um circuito aberto;

2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação (ou by-pass ou de emissor), por circuitos abertos;

3) determinar o ponto de operação (Q). Assim, o circuito equivalente para a análise CC do amplificador emissor comum torna-se:

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8.2-Circuito equivalente CA

Para fazer a análise CA de um amplificador é necessário:

1) colocar a fonte CC a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito; 2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação por curto-circuitos.

Logo, o circuito equivalente para a análise CA do amplificador emissor comum torna-se