TBJ - Análise CA Análise CA para pequenos sinais Amplificador EC

1/6/2010
IFBA
TBJ - Análise CA
para pequenos sinais
CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Vitória da Conquista, 2010
IFBA
1a Parte
Amplificador EC
Introdução
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Capacitor de Acoplamento
Quando a frequência for suficientemente alta, a reatância capacitiva
será muito menor que a resistência;
Lembrando que
Z = R + jX
Quase toda a tensão CA alcança o resistor;
E em CC, como a frequência é zero, XC tende ao infinito, pois.
XC =
1 .
2πfC
Para projeto
XC < 0,1
01R
Exemplo 9-1
Capacitor de Desvio (bypass
(bypass))
É similar ao capacitor de Acoplamento;
Ambos para funcionar adequadamente, sua reatância deve ser muito
menor que a resistência na frequência mais baixa da fonte CA;
Capacitor de Desvio é utilizado para criar um Terra CA.
XC < 0,1 R
Exemplo 9-2
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Circuito Amplificador
Ganho de tensão
É definido como a tensão de saída dividida pela tensão de entrada.
AV = vout .
vin
Operação em Pequeno Sinal
Distorção
 A corrente CA do emissor não é uma réplica perfeita da tensão CA na
base e q
quando maior o sinal maior a distorção.
ç
 Redução da Distorção - Regra dos 10 %
IE = IEQ + ie
Definido para pequeno sinal, como:
iepp < 0,1 IEQ
•IE = corrente total do emissor;
•IEQ = corrente CC quiescente;
•ie = corrente CA no emissor.
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Beta CA
β = ic .
ib
Sendo que βCC = hFE e β = hfe para folha de dados, e βCC ≈ β.
Resistência CA do Diodo Emissor
Tensão base emissor pode ser expressa por
VBE = VBEQ + vbe
Portanto a resistência CA do emissor é
r’e = vbe .
ie
vbe é essencialmente constante
r’e = 50 m .
IE
e vamos adotar
r’e = 25 m .
IE
Modelos
 Para pequeno sinal, onde
• o diodo emissor age como resistência CA r’e;
• e o diodo coletor age como uma fonte de corrente ic.
Modelo Ebers-Moll / Modelo “T”
• Impedância de entrada zin(base)
zin(base) = vbe .
ib
• Em baixas frequências essa impedância é puramente resistiva
vbe = ier’e
• Substituindo
zin(base) = vbe . = ie r’e .
ib
ib
• como ie ≈ ic, temos
zin(base) = βr’e
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Modelos
 Modelo “T
Modelo “π”
Comparando os dois
• Modelo π é mais fácil de ser usado – a impedância de entrada é
evidente;
• Modelo T para alguns circuitos como os amplificador Diferencial
fornece mais detalhes de funcionamento.
Análise de um Amplificador
 A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e
CA estão no mesmo circuito;
que utilizamos o Teorema de Superposição;
p p ç ;
 Por isso q
 Dividimos o circuito em dois:
 Circuito Equivalente CC;
 Circuito Equivalente CA.
 Análise CA
1. Substituir o capacitores por um curto;
2. Substituir as Fontes CC por um curto;
3 Substituir o transistor pelo modelo;
3.
4. Desenhar o circuito equivalente CA.
 Amplificador com Polarização da Base (pag. 306)
 Amplificador PDT;
 Amplificador com Polarização do Emissor por Fonte Dupla.
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Parâmetros H
 São os valores CA das folhas de dados
 É uma aproximação usada desde a invenção do transistor;
 Modela o transistor a partir de seus terminais (considerando ele como
um quadripolo) sem considerar o processo físico que ocorre dentro dele;
 Têm sido mantido porque são mais fácies de serem medidos que os
parâmetros R, que usamos;
 É mais prático.
Relações entre os Parâmetros R e H
• Ganho;
β = hfe
• Impedância de entrada
r’e = hie .
hfe
• Os dois últimos parâmetros H; hre e hoe , não são necessários para o técnico
em manutenção e para projetos básicos.
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2a Parte
Amplificador EC
Polarização por Divisor de Tensão
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Polarização por Divisor de Tensão
 Modelo T
 Modelo π
Polarização por Divisor de Tensão
Modelo π X Modelo T
 Modelo π
 ic = βib
 Modelo T
vin = ibβr’e
vout = – ic(RC || RL) = – βib(RC || RL)
 AV = vout .= – βib(RC || RL)
vin
ibβr’e
 AV = – (RC || RL)
r’e

AV = – rc .
r’e
 vin = ier’e
vout = – icrc
 AV = vout .= – icrc .
vin
ier’e
AV = – rc .
r’e
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Polarização por Divisor de Tensão
com resistência da fonte
zin(estágio) = R1 || R2 || βr’e
 Modelo π
vin =
vg
. zin(estágio)
RG + zin(estágio)
Polarização por Divisor de Tensão
com Estágios em Cascata
 Modelo
M d l π
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Polarização por Divisor de Tensão
com Estágios em Cascata
 Modelo π
Ganho de Tensão do Primeiro Estágio / rc = RC || zin(estágio)
AV1 = – (RC || zin(estágio)).
r’e
Ganho de Tensão do Segundo Estágio / rc = RC || RL
AV2 = – (RC || RL).
r’e
Ganho de Tensão Total
AV = (AV1).(AV2)
Polarização por Divisor de Tensão
com Realimentação Parcial
 Modelo
ode o T
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Polarização por Divisor de Tensão
com Realimentação Parcial
 Modelo T
Ganho de Tensão
vin = ie(re + r’e) = vb
vout = – icrc
Sendo que rc = RC || RL
AV = vout .= – icrc .= – vc .
vin
ie(re + r’e)
vb
Como ic ≈ ie
AV =
– rc .
re + r’e
O ganho de tensão varia com
• a corrente quiescente,
• temperatura
• e com a substituição do transistor,
Quando re >> r’e
AV = – rc .
re
pois estes valores mudam r’e e β.
Polarização por Divisor de Tensão
com Realimentação Parcial
Impedância de Entrada da base
zin(base) = vin .
ib
vin = ie(re + r’e)
zin(base) = vin .= ie(re + r’e) .
ib
ib
 Modelo T
Como ic ≈ ie
zin(base) = β(re + r’e)
Para re >> r’e
zin(base) = βre
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Polarização por Divisor de Tensão
com Realimentação Parcial
Vantagens
AV =
– rc .
re + r’e
AV = – rc .
re
Como r’e varia e ele não esta mais presente, a distorção em grandes
sinais é eliminada.
Maior estabilidade no ganho de tensão;
Aumento na impedância de entrada da base;
zin(base) = β(r
β( e + r’e)
Polarização por Divisor de Tensão
com Dois Estágios com Realimentação
 O 2º estágio é um EC, com o emissor aterrado para CA para produzir o
ganho máximo;
 Com a realimentação um aumento na tensão de saída provoca um
aumento em ve no 1º estágio,
 o que provoca um aumento na corrente ic, aumentando vRc, diminuindo
vc que por conseqüência faz a tensão de saída diminuir em um segundo
momento.
 O efeito total é que a tensão de saída irá variar em uma quantidade muito
menor.
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Polarização por Divisor de Tensão
com Dois Estágios com Realimentação
Tensão de Realimentação
ve =
re . vout
rf + re
Ganho de Tensão
Aproximação
Av = rf . + 1
re
Av = rf .
re
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3a Parte
P t
Amplificador CC e BC
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Amplificador CC (Seguidor
(Seguidor--dede-Emissor)
 Esse
E
amplificador
lifi d
usa uma realimentação
li
t ã negativa
ti
total. O que torna o ganho de tensão muito estável;
 A distorção nele é praticamente inexistente;
 A impedância de entrada da base é muito alta;
 E o ganho de tensão é aproximadamente 1;
 O seguidor de emissor é um amplificador de corrente.
Amplificador CC (Seguidor
(Seguidor--dede-Emissor)
Resistência CA do Emissor
re = RE || RL
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Amplificador CC (Seguidor
(Seguidor--dede-Emissor)
Ganho de Tensão
vin = ie (re + r’e)
 vout = iere
 AV = vout .=
iere
.
vin
ie (re + r’e)
AV =
re .
re + r’e
 Quando re >> r’e
 AV = re .
re
AV = 1
Amplificador CC (Seguidor
(Seguidor--dede-Emissor)
Impedância de Entrada da Base
zin(base) = β(re + r’e)
Impedância de Entrada do Estágio
zin(estágio) = R1 || R2 || β(re + r’e)
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Amplificador CC (Seguidor
(Seguidor--dede-Emissor)
Impedância de Saída
 A impedância de saída de um amplificador seguidor de emissor é
baixa;
 Para conseguir a máxima transferência de potência alguns projetos
casam (mesmo valor) a impedância de saída do amplificador com a
carga baixa.
zout = RE || (r’e + (RG || R1 || R2)/β)
Para alguns projetos pode-se aproximar para:
zout = RG/β
Amplificador EC em Cascata com CC
Exemplo de casamento de impedância de saída com a carga.
A impedância da carga referenciada para a base do segundo transistor é
Rin = βRL
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Conexões Darlington
β = β1β2
Impedância de entrada muito alto;
 Valores de correntes de saídas altos.
Utilização:
Reguladores de tensão;
Amplificadores de potência;
Aplicações de chaveamento com valores de correntes altos.
Conexões Darlington
Análise
 A análise de um circuito com Darlington é idêntica à análise do
seguidor de emissor;
 Sendo que, como existe dois transistores, existem duas quedas VBE;
 A corrente da base de Q2 é a mesma corrente no coletor de Q1;
 A impedância de entrada na base de Q1 é:
zin(base) ≈ βre
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Regulador de Tensão
Seguidor Zener
 É a combinação de um regulador zener com seguidor de emissor;
 O circuito produz tensões de saída regulada com corrente de maior
valor.
Funcionamento
 Se a tensão da fonte variar a tensão zener permanece
aproximadamente constante;
 A tensão de saída é
Vout = Vz – VBE
Regulador de Tensão
Vantagem
IB = Iout .
βcc
 Por essa corrente ser menor, pode-se usar zener de menor potência;
 Baixa impedância de saída.
zout = r’e + Rz .
βcc
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Regulador de Tensão
Regulador com Dois Transistores
 A tensão de entrada Vin vem de uma ponte retificadora com filtro
capacitivo, com 10% da tensão CC de ondulação;
 A tensão de saída Vout é quase constante, embora a tensão na
entrada e a corrente de carga possam variar muito.
muito
Funcionamento
 Q1 - Um aumento na tensão de saída, aumenta VB que por sua vez
aumenta IB, o que faz aumentar IC, o que provoca uma diminuição em
VC pelo aumento da queda de tensão em R2.
Q2 – Com isso diminui VB. Como Q2 é um seguidor de emissor a
tensão de saída diminui. Caso contrário é o inverso.
Regulador de Tensão
Regulador com Dois Transistores
 A tensão em R4 é
V4 = Vz + VBE
 A corrente em R4 é
I4 = Vz + VBE
 Com isso
R4
Vout = I4(R3 + R4)
 Portanto,
P t t a tensão
t
ã d
de saída
íd
Vout = Vz + VBE (R3 + R4)
R4
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Amplificador em Base Comum
Descrição
 Nos dois amplificadores a base é aterrada para CA;
 O sinal de entrada aciona o emissor;;
 O sinal de saída é retirado pelo coletor;
Pela análise CC
IE = VEE – VBE
RE
Amplificador em Base Comum
Análise CA
 Tensão de saída
vout ≈ icrc
 Tensão de entrada
vin = ier’e
 O ganho de tensão é
AV = vout = icrc
vin
ier’e
Como ic ≈ ie, a equação simplifica para
AV = rc
rr’e
 O sinal de saída está em fase com o sinal
de entrada;
 Idealmente, a fonte de corrente do coletor
tem uma impedância interna infinita;
zout ≈ RC
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1/6/2010
Amplificador em Base Comum
 Tensão do emissor
ve = vin = ier’e
 Uma das principais diferenças do amplificador BC é sua baixa
impedância de entrada;
zin(emissor) = ve = ier’e = r’e
ie
ie
 A impedância de entrada do circuito
circ ito é
é:
zin = RE || r’e
 Como RE >> r’e normalmente
zin ≈ r’e
 O circuito BC pode ser usado para acoplar uma fonte de baixa
impedância a uma carga de alta impedância, geralmente em alta
frequência.
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