·
Cursos Gerais ·
Outros
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Eletrônica Aplicada Prof Flávio da Silva Vitorino Gomes Amplificadores com TBJ O Transistor TBJ como Amplificador Nesta etapa estudaremos apenas circuitos com configuração em emissorcomum e com transistores NPN Os outros modos de operação coletor e base comum são análogos e são compreendidos a partir das análises do modo emissor comum Os transistores PNP quando inseridos no circuito tem análise idêntica apenas mudando os sentidos da correntes Modelo CA do TBJ O Transistor TBJ como Amplificador Polarização CC Amplificação CA O modelo híbrido equivalente Os parâmetros híbridos são estabelecidos para o desenvolvimento do transistor Esses parâmetros podem ser encontrados em uma folha de dados de transistor hi resistência de entrada hr relação de transferência reversa de tensão ViVo 0 hf razão de transferência direta de corrente IoIi ho condutância de saída Modelo CA do TBJ 1 Fixandose todas as fontes de tensão CC em zero e substituindoas por um curtocircuito equivalente 2 Substituindose todos os capacitores por um curtocircuito equivalente 3 Removendose todos os elementos em paralelo com os curtos circuitos equivalentes introduzidos nas etapas 1 e 2 4 Redesenhandose o circuito de um modo mais conveniente e lógico Modelo CA do TBJ Circuito Geral Análise CA sem CC Análise CA Equivalente Modelagem de um transistor TBJ Um modelo é um circuito equivalente que representa as características CA do transistor Um modelo utiliza elementos do circuito que se aproximam do comportamento do transistor Há dois modelos comumente utilizados na análise CA para pequenos sinais de um transistor o Modelo re o Modelo híbrido equivalente O modelo re de transistor Os TBJs são basicamente dispositivos controlados pela corrente por esse motivo o modelo re utiliza um diodo e uma fonte de corrente para duplicar o comportamento do transistor Uma desvantagem desse modelo é a sensibilidade ao nível CC Esse modelo foi desenvolvido para condições específicas de circuito Configuração emissorcomum Impedância de entrada Faixa típica de centenas de ohms até alguns kilo ohms Configuração emissorcomum Va Tensão Early ou Faixa típica entre 40k e 50k ohms Modelos gerais simplificados de parâmetros h hi resistência de entrada hf razão de transferência direta de corrente IoIi Modelo re vs modelo de paramêtro h ac fe e ie β h βr h Emissorcomum Basecomum 1 α h r h fb e ib Modelo híbrido O modelo pi híbrido é o mais útil para a análise de aplicações de transistores de alta frequência A baixas frequências o modelo pi híbrido se aproxima bastante aos parâmetros do re e pode ser substituído por eles Configuração emissor comum com polarização fixa A entrada é aplicada à base A saída é retirada do coletor Alta impedância de entrada Baixa impedância de entrada Alta tensão e ganho de corrente O deslocamento de fase entre a entrada e a saída é de 180 Configuração emissor comum com polarização fixa CA equivalente Modelo re Cálculos de emissorcomum com polarização fixa Impedância de entrada Impedância de saída e B βr R e i e B i βr Z βr R Z 10 C o O R r C o C o R Z R r Z 10 Na maioria das situações Rb é maior do que βre por um fator de 10e isso permite a aproximação A impedância de saída de qualquer circuito é definida como a impedância Zo determinada quando Vi0 IiIb0 o que resulta em um circuito aberto equivalente para a fonte de corrente Se ro 10Rc a aproximação Rc ro Rc é frequentemente aplicada Cálculos de emissorcomum com polarização fixa C o R r e C v e o C i o v r R A r r R V V A 10 e B C o βr R R r i b b b c i o i β A I βI I I I I A 10 10 F Ganho de tensão Ganho de corrente Notar o sinal negativo no ganho indicando defasagem de 180 graus da saída em relação à entrada Cálculos de emissorcomum com polarização fixa Polarização emissorcomum por divisor de tensão Impedância de entrada e i 2 1 R βr Z R R R Impedância de saída ro 10R C C o o C o R Z r R Z Polarização emissorcomum por divisor de tensão Vi ajustado para 0V resulta em Ib 0μA e βIb 0mA Ganho de tensão o 10RC r e C i o v e o C i o v r R V V A r r R V V A Polarização emissorcomum por divisor de tensão Polarização emissorcomum por divisor de tensão Polarização emissorcomum por divisor de tensão Configuração EC com polarização do emissor Configuração EC com polarização do emissor Impedância de entrada O efeito de ro torna a análise muito mais complicada e considerando que na maioria das situações seus efeitos podem ser ignorados ele não será incluído neste momento Configuração EC com polarização do emissor Impedância de saída C o Z R Com Vi ajustado para zero Ib 0 e βIb pode ser substituído por um circuito aberto equivalente Ganho de tensão Configuração EC com polarização do emissor Exercícios EXEMPLO 53 EXEMPLO 55 Exercícios EXEMPLO 56 Efeito de RL e Rs Todos os parâmetros determinados nas seções anteriores foram para um amplificador sem carga e com a tensão de entrada conectada diretamente a um terminal do transistor Agora serão investigados o efeito da aplicação de uma carga ao terminal de saída e o efeito do uso de uma fonte com uma resistência interna O circuito abaixo é característico daqueles examinados na seção anterior Sistema de duas portas sem RL Efeito de RL e Rs Uma vez que não havia uma carga resistiva ligada ao terminal de saída o ganho é comumente chamado de ganho de tensão sem carga noload e recebe a seguinte notação Se uma carga foi adicionada sob a forma de um resistor RL o que altera o ganho total do sistema Esse ganho com carga normalmente recebe a seguinte notação Se tanto uma carga quanto uma resistência de fonte foram introduzidas o que provocará um efeito adicional sobre o ganho do sistema O ganho resultante costuma receber a seguinte notação Efeito de RL e Rs Emissorcomum com polarização fixa Efeito de RL e Rs Emissorcomum com polarização por divisor de tensão A única diferença em relação ao circuito de polarização fixa é a conexão paralela de R1 e R2 em vez de apenas RB Determinação de Ganho de Corrente Para cada configuração de transistor o ganho de corrente pode ser determinado diretamente a partir do ganho de tensão da carga definida e da impedância de entrada O ganho de corrente é definido por A aplicação da lei de Ohm nos circuitos de entrada e de saída resulta em Determinação de Ganho de Corrente A solução para o ganho de corrente em termos dos parâmetros de circuito será mais complicada para algumas configurações se a solução desejada for dada em função dos parâmetros de circuito No entanto se uma solução numérica é tudo que se deseja basta substituir o valor dos três parâmetros a partir de uma análise do ganho de tensão Sistema de duas portas No processo de projeto muitas vezes é necessário trabalhar com as características de terminal de um dispositivo em vez de com os componentes individuais do sistema Em outras palavras o projetista recebe um pacote do produto com uma lista de dados referentes a suas características mas ele não tem acesso à estrutura interna Sistema de duas portas com RL A amplitude do sinal aplicador que alcança a entrada do amplificador é s i s i i R R RV V vNL s i i s o vs R A R R V V A A resistência interna da fonte de sinal reduz o ganho geral Sistema de duas portas com Rs Sistema de duas portas com Rs e RL Tabelaresumo sem carga Tabelaresumo com RL e Rs Tabelaresumo com RL e Rs Exercícios EXEMPLO 51 Para o circuito da Figura 525 a Determine re b Determine Zi com re Ω c Calcule Zo com ro Ω d Determine Av com ro Ω e Repita os itens c e d incluindo ro 50 kΩ em todos os cálculos e compare os resultados Solução a Análise CC IB VCC VBE 12 V 07 V 2404 μA RB 470 kΩ IE β 1IB 1012404 μA 2428 mA re 26 mV IE 26 mV 2428 mA 1071 Ω b βre 1071 Ω 1071 kΩ Zi RBβre 470 kΩ1071 kΩ 107 kΩ c Zo RC 3 kΩ d Av RC re 3 kΩ 1071 Ω 28011 e Zo roRC 50 kΩ3 kΩ 283 kΩ vs 3 kΩ Av roRC re 283 kΩ 1071 Ω 26424 vs 28011 Exercícios Exercícios Exercícios Exemplos 513 Dado o amplificador empacado sem os parâmetros internos da Figura 566 a Determine o ganho AVL com RL 12 kΩ e compareo ao valor sem carga b Repita o item a com RL 56 kΩ e compare as soluções c Determine AVL com RL 12 kΩ d Determine o ganho de corrente Ai I0I1 com RL 56 kΩ Solução a Equação 589 AVL RLRL R0 ANL 12 kΩ12 kΩ 2 kΩ480 0375480 180 que representa uma queda drástica em relação ao valor sem carga Sistemas em Cascata A abordagem de sistema de duas portas é particularmente útil no caso de sistemas em cascata como o que aparece na Figura 567 onde Av1 Av2 Av3 e assim por diante são os ganhos de tensão de cada estágio sob condições com carga Ganho de Tensão Ganho de Corrente Exemplos 514 O sistema de dois estágios da Figura 568 utiliza transistor em uma configuração seguidor de emissor antes de uma configuração basecomum para assegurar que o máximo percentual do sinal aplicado apareça nos terminais de entrada do amplificador basecomum Na Figura 568 os valores sem carga são fornecidos para cada sistema com exceção de ZI e Z0 para o seguidor de emissor os quais são valores com carga Para a configuração da Figura 568 determine a O ganho com carga para cada estágio b O ganho total para o sistema A1 e A2 c O ganho de corrente total para o sistema d O ganho total para o sistema se a configuração de seguidor de emissor for removida Para a configuração base comum VO2 RLRL R0 ANL VI2 82 kΩ82 kΩ 51 kΩ 240 VI2 14797 VI2 e AV2 VO2VI2 14797 b Equação 599 AVT AV1AV2 068414797 10120 Equação 592 AVS ZIZI RS 10 kΩ1020 92 c Equação 5100 Ai AVTAVR 1012010 kΩ82 kΩ 12341 Exercícios A Sedra e K Smith Microeletrônica Pearson Prentice Hall 4ª edição 2007 Capítulo 4 R L Boylestad e L Nashelsky Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Pearson Prentice Hall 11ª edição 2013 Capítulo 5 Obrigado
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Eletrônica Aplicada Prof Flávio da Silva Vitorino Gomes Amplificadores com TBJ O Transistor TBJ como Amplificador Nesta etapa estudaremos apenas circuitos com configuração em emissorcomum e com transistores NPN Os outros modos de operação coletor e base comum são análogos e são compreendidos a partir das análises do modo emissor comum Os transistores PNP quando inseridos no circuito tem análise idêntica apenas mudando os sentidos da correntes Modelo CA do TBJ O Transistor TBJ como Amplificador Polarização CC Amplificação CA O modelo híbrido equivalente Os parâmetros híbridos são estabelecidos para o desenvolvimento do transistor Esses parâmetros podem ser encontrados em uma folha de dados de transistor hi resistência de entrada hr relação de transferência reversa de tensão ViVo 0 hf razão de transferência direta de corrente IoIi ho condutância de saída Modelo CA do TBJ 1 Fixandose todas as fontes de tensão CC em zero e substituindoas por um curtocircuito equivalente 2 Substituindose todos os capacitores por um curtocircuito equivalente 3 Removendose todos os elementos em paralelo com os curtos circuitos equivalentes introduzidos nas etapas 1 e 2 4 Redesenhandose o circuito de um modo mais conveniente e lógico Modelo CA do TBJ Circuito Geral Análise CA sem CC Análise CA Equivalente Modelagem de um transistor TBJ Um modelo é um circuito equivalente que representa as características CA do transistor Um modelo utiliza elementos do circuito que se aproximam do comportamento do transistor Há dois modelos comumente utilizados na análise CA para pequenos sinais de um transistor o Modelo re o Modelo híbrido equivalente O modelo re de transistor Os TBJs são basicamente dispositivos controlados pela corrente por esse motivo o modelo re utiliza um diodo e uma fonte de corrente para duplicar o comportamento do transistor Uma desvantagem desse modelo é a sensibilidade ao nível CC Esse modelo foi desenvolvido para condições específicas de circuito Configuração emissorcomum Impedância de entrada Faixa típica de centenas de ohms até alguns kilo ohms Configuração emissorcomum Va Tensão Early ou Faixa típica entre 40k e 50k ohms Modelos gerais simplificados de parâmetros h hi resistência de entrada hf razão de transferência direta de corrente IoIi Modelo re vs modelo de paramêtro h ac fe e ie β h βr h Emissorcomum Basecomum 1 α h r h fb e ib Modelo híbrido O modelo pi híbrido é o mais útil para a análise de aplicações de transistores de alta frequência A baixas frequências o modelo pi híbrido se aproxima bastante aos parâmetros do re e pode ser substituído por eles Configuração emissor comum com polarização fixa A entrada é aplicada à base A saída é retirada do coletor Alta impedância de entrada Baixa impedância de entrada Alta tensão e ganho de corrente O deslocamento de fase entre a entrada e a saída é de 180 Configuração emissor comum com polarização fixa CA equivalente Modelo re Cálculos de emissorcomum com polarização fixa Impedância de entrada Impedância de saída e B βr R e i e B i βr Z βr R Z 10 C o O R r C o C o R Z R r Z 10 Na maioria das situações Rb é maior do que βre por um fator de 10e isso permite a aproximação A impedância de saída de qualquer circuito é definida como a impedância Zo determinada quando Vi0 IiIb0 o que resulta em um circuito aberto equivalente para a fonte de corrente Se ro 10Rc a aproximação Rc ro Rc é frequentemente aplicada Cálculos de emissorcomum com polarização fixa C o R r e C v e o C i o v r R A r r R V V A 10 e B C o βr R R r i b b b c i o i β A I βI I I I I A 10 10 F Ganho de tensão Ganho de corrente Notar o sinal negativo no ganho indicando defasagem de 180 graus da saída em relação à entrada Cálculos de emissorcomum com polarização fixa Polarização emissorcomum por divisor de tensão Impedância de entrada e i 2 1 R βr Z R R R Impedância de saída ro 10R C C o o C o R Z r R Z Polarização emissorcomum por divisor de tensão Vi ajustado para 0V resulta em Ib 0μA e βIb 0mA Ganho de tensão o 10RC r e C i o v e o C i o v r R V V A r r R V V A Polarização emissorcomum por divisor de tensão Polarização emissorcomum por divisor de tensão Polarização emissorcomum por divisor de tensão Configuração EC com polarização do emissor Configuração EC com polarização do emissor Impedância de entrada O efeito de ro torna a análise muito mais complicada e considerando que na maioria das situações seus efeitos podem ser ignorados ele não será incluído neste momento Configuração EC com polarização do emissor Impedância de saída C o Z R Com Vi ajustado para zero Ib 0 e βIb pode ser substituído por um circuito aberto equivalente Ganho de tensão Configuração EC com polarização do emissor Exercícios EXEMPLO 53 EXEMPLO 55 Exercícios EXEMPLO 56 Efeito de RL e Rs Todos os parâmetros determinados nas seções anteriores foram para um amplificador sem carga e com a tensão de entrada conectada diretamente a um terminal do transistor Agora serão investigados o efeito da aplicação de uma carga ao terminal de saída e o efeito do uso de uma fonte com uma resistência interna O circuito abaixo é característico daqueles examinados na seção anterior Sistema de duas portas sem RL Efeito de RL e Rs Uma vez que não havia uma carga resistiva ligada ao terminal de saída o ganho é comumente chamado de ganho de tensão sem carga noload e recebe a seguinte notação Se uma carga foi adicionada sob a forma de um resistor RL o que altera o ganho total do sistema Esse ganho com carga normalmente recebe a seguinte notação Se tanto uma carga quanto uma resistência de fonte foram introduzidas o que provocará um efeito adicional sobre o ganho do sistema O ganho resultante costuma receber a seguinte notação Efeito de RL e Rs Emissorcomum com polarização fixa Efeito de RL e Rs Emissorcomum com polarização por divisor de tensão A única diferença em relação ao circuito de polarização fixa é a conexão paralela de R1 e R2 em vez de apenas RB Determinação de Ganho de Corrente Para cada configuração de transistor o ganho de corrente pode ser determinado diretamente a partir do ganho de tensão da carga definida e da impedância de entrada O ganho de corrente é definido por A aplicação da lei de Ohm nos circuitos de entrada e de saída resulta em Determinação de Ganho de Corrente A solução para o ganho de corrente em termos dos parâmetros de circuito será mais complicada para algumas configurações se a solução desejada for dada em função dos parâmetros de circuito No entanto se uma solução numérica é tudo que se deseja basta substituir o valor dos três parâmetros a partir de uma análise do ganho de tensão Sistema de duas portas No processo de projeto muitas vezes é necessário trabalhar com as características de terminal de um dispositivo em vez de com os componentes individuais do sistema Em outras palavras o projetista recebe um pacote do produto com uma lista de dados referentes a suas características mas ele não tem acesso à estrutura interna Sistema de duas portas com RL A amplitude do sinal aplicador que alcança a entrada do amplificador é s i s i i R R RV V vNL s i i s o vs R A R R V V A A resistência interna da fonte de sinal reduz o ganho geral Sistema de duas portas com Rs Sistema de duas portas com Rs e RL Tabelaresumo sem carga Tabelaresumo com RL e Rs Tabelaresumo com RL e Rs Exercícios EXEMPLO 51 Para o circuito da Figura 525 a Determine re b Determine Zi com re Ω c Calcule Zo com ro Ω d Determine Av com ro Ω e Repita os itens c e d incluindo ro 50 kΩ em todos os cálculos e compare os resultados Solução a Análise CC IB VCC VBE 12 V 07 V 2404 μA RB 470 kΩ IE β 1IB 1012404 μA 2428 mA re 26 mV IE 26 mV 2428 mA 1071 Ω b βre 1071 Ω 1071 kΩ Zi RBβre 470 kΩ1071 kΩ 107 kΩ c Zo RC 3 kΩ d Av RC re 3 kΩ 1071 Ω 28011 e Zo roRC 50 kΩ3 kΩ 283 kΩ vs 3 kΩ Av roRC re 283 kΩ 1071 Ω 26424 vs 28011 Exercícios Exercícios Exercícios Exemplos 513 Dado o amplificador empacado sem os parâmetros internos da Figura 566 a Determine o ganho AVL com RL 12 kΩ e compareo ao valor sem carga b Repita o item a com RL 56 kΩ e compare as soluções c Determine AVL com RL 12 kΩ d Determine o ganho de corrente Ai I0I1 com RL 56 kΩ Solução a Equação 589 AVL RLRL R0 ANL 12 kΩ12 kΩ 2 kΩ480 0375480 180 que representa uma queda drástica em relação ao valor sem carga Sistemas em Cascata A abordagem de sistema de duas portas é particularmente útil no caso de sistemas em cascata como o que aparece na Figura 567 onde Av1 Av2 Av3 e assim por diante são os ganhos de tensão de cada estágio sob condições com carga Ganho de Tensão Ganho de Corrente Exemplos 514 O sistema de dois estágios da Figura 568 utiliza transistor em uma configuração seguidor de emissor antes de uma configuração basecomum para assegurar que o máximo percentual do sinal aplicado apareça nos terminais de entrada do amplificador basecomum Na Figura 568 os valores sem carga são fornecidos para cada sistema com exceção de ZI e Z0 para o seguidor de emissor os quais são valores com carga Para a configuração da Figura 568 determine a O ganho com carga para cada estágio b O ganho total para o sistema A1 e A2 c O ganho de corrente total para o sistema d O ganho total para o sistema se a configuração de seguidor de emissor for removida Para a configuração base comum VO2 RLRL R0 ANL VI2 82 kΩ82 kΩ 51 kΩ 240 VI2 14797 VI2 e AV2 VO2VI2 14797 b Equação 599 AVT AV1AV2 068414797 10120 Equação 592 AVS ZIZI RS 10 kΩ1020 92 c Equação 5100 Ai AVTAVR 1012010 kΩ82 kΩ 12341 Exercícios A Sedra e K Smith Microeletrônica Pearson Prentice Hall 4ª edição 2007 Capítulo 4 R L Boylestad e L Nashelsky Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Pearson Prentice Hall 11ª edição 2013 Capítulo 5 Obrigado