Projeto de Amplificador EC com BJT BC548C

Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 1 ELTA01 Eletrônica Analogia I Exemplo Amplificador EC Compliance variação máxima do sinal Usando o BJT BC548C projetar um estágio EC de forma a satisfazer os seguintes valores alvo ZinEC 1K Zout 10K AVOC 100 e Compliance 5VPP A carga pode ser representada por um resistor equivalente de 10K A estabilidade do ponto Q é um fator importante neste projeto Para o BC548C hfe600 6khie15k 60Shoe110S 420hFE800 A opção do circuito de polarização será pelo circuito Universal com projeto firme Como uma tentativa de posicionar o ponto Q no centro da reta de carga AC serão atribuídas as proporções de tensões ilustradas a seguir Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 2 Os valores comerciais adotados 5 são 750 4K3 39K e 220K As potências envolvidas não serão muito superiores a 30mW 2mA15V portanto resistores de 18W são suficientes Para confirmar a polarização foi executada uma simulação do circuito resultando em ICQ 195mA e VCEQ 516V R1 220K 7516uW 5845uA R2 39K 1175uW 5489uA 6626V RE 750 2855mW Vcc 15V C RC 43K 1631mW 1947mA B E Q1 BC548C 1006mW 3560uA 1463V 2141V 0 Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 3 Para tornar o circuito um amplificador EC é necessário introduzir os capacitores e para efeito de análise a fonte de sinal e a carga Os capacitores Ci e Co são para acoplar respectivamente O sinal da fonte ao estágio EC e a saída do estágio EC à carga Ce é necessário para produzir no Emissor um terra AC Com os dados do ponto Q temse A análise AC do estágio requer o circuito equivalente AC lembrando para levantar este equivalente a fonte de excitação DC deverá estar em repouso e os capacitores são chaves fechadas Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 4 Uma vez determinado o circuito equivalente AC basta comparar com o protótipo do estágio EC Os valores calculados estão muito próximos tanto pelo modelo T quanto pelos parâmetros h uma vez que o ponto de operação está confirmado em 2mA e 5V Também os valores alvos foram confirmados Caso não fossem alcançados seria necessário um processo de tentativa e erro utilizandose outros pontos de operação OBS Caso o projeto do circuito de polarização tivesse sido feito utilizandose o critério rígido os resistores R1 e R2 seriam 10 vezes menores Ainda assim a impedância de entrada do estágio estaria acima de 1K cairia para 2K3 porém com um aumento na potência global dissipada passaria de 30mW para 40mW A seguir a avaliação das retas de carga Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 5 Podese definir uma grandeza dita Sensibilidade que representa o maior valor de sinal pico a pico ou em valor RMS de entrada que leva o estágio amplificador a sua Compliance máxima Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 6 Para avaliar as tensões totais nos diversos pontos do estágio EC considerar que a fonte de sinal tem uma impedância interna de 50 gerador de funções Visualização das tensões totais nos pontos do amplificador A título de exemplo o gerador de sinais está configurado para uma amplitude de 10 mVPP menor que a sensibilidade Todos os sinais são tomados com referência ao terra Na simulação anterior avaliação das distorções por saturação e por corte quando a tensão do gerador de sinais é feita muito maior que a sensibilidade do estágio EC No caso o gerador está com 200 mVPP A tensão ilustrada é vce Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 7 Exemplo Amplificador EC Características estáticas DC e dinâmicas AC para o transistor bipolar de junção TBJ PNP BC179B Observar que o valor de hFEDC290 corresponde aproximadamente à média geométrica dos limites da dispersão 28774 O valor de hfeAC330 é também próximo a este valor O ponto de operação é para IC2mA e VCE5V Note que estes valores podem aparecer com sinal menos indicando um transistor PNP Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 8 Análise DC Circuito Eq DC Na análise DC consideramos todos os capacitores como sendo um circuito aberto Portanto o resistor de emissor será 390390780 Ω e o resistor de realimentação do coletor será 560k68k628 kΩ Para estes cálculos usouse o βDC 290 Ponto Q ICQ197mA e VCEQ5V Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 9 Reta de Carga DC O ponto de corte ocorre quando IC é igual a zero e neste caso toda tensão da fonte de alimentação VCC aparece sobre os terminais do emissor e coletor VEC Então VCECORTE 15V O ponto de saturação ocorre quando VEC é igual a zero e neste caso a corrente de coletor fica limitada pelas resistências presentes nos ramos do emissor e coletor Assim ICSAT será 15V7804k3 o que nos fornece 295mA A simulação confirma o nosso ponto de operação calculado Análise AC Circuito Eq AC Na análise AC consideramos os capacitores como sendo um curto circuito e a fonte de alimentação DC VCC em repouso Podemos redesenhar o circuito considerando as associações dos resistores presentes nos ramos da base e do emissor e enfatizando a conexão emissor comum com linearização Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 10 Divisão do resistor da Base Para não comprometer o alto valor da impedância de entrada vista da base o resistor RB foi dividido de forma a apresentar a sua maior contribuição justamente deste lado A contribuição do lado da saída embora menor também não compromete em muito o valor do resistor equivalente no coletor 68K é pelo menos 10 vezes maior que 4K3 Lembrando que o sinal de menos indica a inversão de fase entre coletor e base Para estes cálculos usouse o βAC 330 Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 11 Para efeito de cálculo o sinal da fonte AC é de 05VPP Grupo de MicroeletrônicaUNIFEI 12 A avaliação da tensão AC no emissor será deduzida para o próximo estágio a ser estudado que é o seguidor de emissor Sinais totais na base 05VPP com nível médio de 128V e coletor 35VPP com nível médio de 85V Ganho com carga 7 inversão de fase