Resposta em Frequencia de Amplificadores CA - Analise e Dispositivos de Circuitos Eletronicos

Dispositivos de Circuitos Eletrônicos Aula 7 Prof Landulfo Silveira Jr landulfojuniorulifecombr Assunto da aula 9 RESPOSTA EM FREQUÊNCIA Resposta em baixas frequências Resposta em altas frequências Amplificador CA resposta em frequência A magnitude do ganho do amplificador numa determinada frequência é obtida pela relação entre as amplitudes do sinal de saída Vo e do sinal de entrada Vs O ângulo é o desvio de fase do sinal de saída em relação ao sinal de entrada A resposta de um amplificador a um sinal senoidal é perfeitamente determinada pelo módulo e fase da função de transferência T VoVs e T onde T é a função de transferência Para se obter a resposta em frequência do amplificador podese calcular ou medir T e T para cada frequência desejada Amplificador CA Os amplificadores CA são aqueles que apresentam acoplamento capacitivo ou indutivo em algum ponto do percurso do sinal entre o gerador e a carga e os amplificadores CC apresentam acoplamento direto Podese observar que a única diferença entre as respectivas respostas em frequência é que a do amplificador CC não apresenta atenuação em baixas frequências permitindo a amplificação de sinais de corrente contínua Banda de passagem BW fica compreendida entre as frequências de corte inferior fL e superior fH A frequência de corte por definição é aquela onde o ganho do amplificador é 3 dB menor do que o ganho na banda de passagem Av ou seja 0707 Av Banda de passagem e produto ganhobanda passante A banda de passagem BW é assim definida BW fH fL Como normalmente fL fH temos BW fH Uma figura de mérito para amplificadores é o produto ganhobanda passante GB nos datasheets fT definido como GB AvfH O produto GB do amplificador é constante e serve como parâmetro para se definir o compromisso entre ganho e banda passante para um dado amplificador O produto desses dois valores pode ser considerado como a frequência na qual o ganho cairia para 1 e o ganho do transistor entre o corte e a frequência de transição pode ser estimado dividindo GB pela frequência fH Normalmente os transistores devem ser usados em frequências bem abaixo de GB para serem úteis como amplificadores e osciladores Para o transistor 2N4123 Análise para baixas frequências Capacitores de bloqueio CC Para o amplificador TJB de único estágio nas baixas frequências quem determina a frequência de corte inferior é a combinação de RC formada pelos capacitores de bloqueio CC desacoplamento de emissor e os parâmetros resistivos Análise para baixas frequências Filtro passaaltas Na verdade podese estabelecer para cada elemento capacitivo um circuito RC semelhante ao da figura abaixo e determinar a frequência na qual o ganho de tensão cai a 0707 2 do seu valor máximo Uma vez determinadas as frequências de corte para cada capacitor a frequência de corte inferior pode ser levantada As tensões de entrada e saída são relacionadas pela regra do divisor de tensão VoVe RR XC VoVe RR 2 XC 2 12 Frequência de corte Para o caso especial no qual R XC frequência de corte VoVe RR 2 XC 2 12 VoVe 11 2 1 2 12 0707 fc 12πRC Em frequências altas Xc 12πfC 0 o capacitor é um curto e Vo Ve Em frequência f 0 Hz Xc 12πfC Ω o capacitor é um aberto e Vo 0 Resposta em frequência Resposta em frequencia do circuito RC passa altas Ganhos de tensão Av R fC fC R R A A A fC j R R V V A v v v e o v 2 arctan 2 2 2 1 2 2 Escala logarítmica dB 20log v v A A dB Nas frequências médias e altas a reatância capacitiva será pequena o suficiente para considerarmos o elemento capacitor CS um curto circuito Olhando para o circuito do slide 6 A relação entre Vi e Ve será portanto s s i i i R V R R V Circuito equivalente de entrada Circuito equivalente de entrada Capacitor de saída CC Como o capacitor de acoplamento CC está normalmente conectado entre a saída do dispositivo ativo e a carga aplicada a configuração RC que determina a frequência de corte inferior devido a CC aparece na figura abaixo A resistência total em série com o capacitor é agora R0 RL e a frequência de corte inferior devido a CC é determinada por fc 12πR0 RLCC Capacitor de saída CC efeito na resposta de baixas frequências Ignorando os efeitos de CS e CE a tensão de saída Vo em fc será 707 do seu valor no meio da faixa Para o circuito em questão a circuito equivalente CA para saída com Ve 0 aparece na figura abaixo Portanto o valor resultante para R0 na equação anterior é simplesmente R0 RCr0 Efeito do capacitor CE Para determinar a fc a impedância resistência vista pelo capacitor deve ser determinada como mostra a figura abaixo Uma vez estabelecido o valor de Re a frequência de corte devido a CE pode ser determinada utilizandose a seguinte equação fc 12πReCE Resistência Re Para o circuito em questão a impedância vista por CE aparece na figura abaixo Portanto o valor de Re é determinado por Re RERSβ re Onde RS RsR1R2 Importante Antes de prosseguir não esquecer que CS CC e CE afetarão a resposta apenas em baixa frequências Para as frequências no meio do faixa os capacitores serão considerados como curto circuito Embora os capacitores afetem o ganho em faixa de frequências semelhantes a frequência de corte inferior mais altas determinadas por CS CC ou CE terá o maior impacto sobre a resposta do amplificador Isto porque é a última frequência de corte antes do meio da faixa Se as frequências estão relativamente distantes entre si a frequência de corte mais alta determinar a frequência de corte inferior do amplificador Se houver duas ou mais frequências de corte altas o resultado será o aumento da frequência de corte inferior e a redução da banda passante do amplificador Em outra palavras há uma interação entre os elementos capacitivos que podem afetar a frequência de corte inferior Entretanto se as frequências de corte estabelecidas por cada capacitor diferirem suficientemente entre si 10X o efeito de uma sobre as outra pode ser desprezado Resposta em altas frequências Como os capacitores de bypass e os de acoplamento entre estágios atuam em frequências baixas na banda média banda de passagem estes capacitores podem ser considerados em curtocircuito pois não exercem mais qualquer influência sobre a resposta em frequência do amplificador na banda média ou altas frequências Com o aumento da frequência as capacitâncias parasitas de cada nó do circuito ver Fig abaixo começam a atuar provocando a redução da amplitude do sinal de saída Para o transistor 2N4123 Resposta em altas frequências capacitância parasita Analogamente ao que foi visto para baixas frequências podese concluir que para um amplificador com apenas um nó com capacitância parasita C2 a frequência de corte superior poderá ser calculada conforme indicado na equação abaixo onde Req2 é a impedância equivalente vista por C2 fc 12πReq2C2 Resposta em alta frequência Nesta resposta entra também a limitação de GB Exercício a Determine as frequências de corte inferior para o circuito da figura abaixo lembrese que cada capacitor gera sua própria frequência de corte Despreze as capacitâncias parasitas b Esboce a resposta em frequência utilizando um diagrama de Bode Pósaula estudo de assuntos discutidos na aula e preparação para os assuntos das próximas aulas Ler o capítulo 13 Amplificadores Operacionais do livro BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos 8ª edição São Paulo Editora Pearson PrenticeHall 2004 pdf disponível no Ulife material complementar A 11ª edição está disponível em Minha Biblioteca Obrigado pela presença Boa semana a todos Abraços