Aula 18
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Eletrônica II Germano Maioli Penello [email protected] http://www.lee.eng.uerj.br/~germano Aula 18 1 Vimos que: Amplificador cascode Base comum – Bom por ter largura de banda elevada, mas tem baixa impedância de entrada. Emissor comum – alta impedância de entrada implica em baixo ganho. Acoplamento dos dois gera um amplificador com moderadamente alta impedância de entrada, alta impedância de saída, alto ganho e boa resposta em frequência. Q1 – emissor (fonte) comum Q2 – base (porta) comum BJT Vantagens de acoplar os transistores na configuração cascode: • Melhor isolamento entre entrada e saída • Melhor ganho • Aumento de impedância de entrada • Aumento de impedância de saída • Melhor estabilidade • Aumento de largura de banda MOSFET 2 Amplificador cascode Rin = 3 Amplificador cascode Dterminando Gm Resultado esperado. A corrente que passa no circuito depende basicamente de Q1 E agora Ro nada mais é do que a resistência de saída que já calculamos. 4 Amplificador cascode Com isto, o ganho pode ser facilmente calculado 5 Amplificador cascode Caso e Deixando claro o aumento no ganho! 6 Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q1 é acoplado à entrada de Q2 7 Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q1 é acoplado à entrada de Q2 8 Amplificador cascode - Exemplo 9 Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington 10 Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington 11 Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington Se comporta como um único transistor com um alto ganho de corrente 12 Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington Se comporta como um único transistor com um alto ganho de corrente Desvantagens VBE = VBE1 + VBE2 1,4V Manter o par na ativa 13 Resposta em frequência Até o momento estudamos os amplificadores sem entrar em detalhes sobre a resposta em frequência (consideramos que as resistências de entrada e saída e o ganho dos amplificadores não dependem da frequência) A experiência mostra que isto não é verdade! 14 Resposta em frequência Por que entender a resposta em frequência das configurações dos amplificadores? Estender a banda de frequência para que o amplificador funcione na faixa de frequência desejada. Por exemplo, em um amplificador de áudio as frequências de interesse vão de 20 Hz (fL) a 20 kHz (fH). 15 Resposta em frequência Ganho apresentado em escala logarítmica (dB) Baixas frequências – f < fL Altas frequências – f > fH Frequências intermediárias – fL < f < fH 16 Resposta em frequência Frequências intermediárias – fL < f < fH Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jwC Se f, Xc 0 Se a reatância é zero, este dispositivo pode ser considerado como um curto circuito 17 Resposta em frequência Modelo de baixas frequências e de frequências intermediárias - MOSFET Modelo de altas frequências MOSFET Frequências intermediárias – fL < f < fH Podemos considerar que as capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, e que as capacitâncias internas dos dispositivos são mais um circuito aberto. Esta é a análise que temos feito até o momento no curso! 18 Resposta em frequência Baixas frequências – f < fL Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jwC Se f, Xc 0 Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! Se f0, Xc 19 Resposta em frequência Em baixas frequências os capacitores não podem ser considerados como curtos! Baixas frequências – f < fL Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jwC Se f, Xc 0 Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! Se f0, Xc 20 Resposta em frequência Altas frequências – f > fH Ganho é reduzido devido às capacitâncias internas do MOSFET ou do BJT Podemos agora considerar que as capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, mas as capacitâncias internas dos dispositivos não são mais um circuito aberto. 21 Resposta em frequência Faremos simplificações neste modelo mais adiante no curso! Modelo de baixas frequências e de frequências intermediárias - MOSFET Modelo de altas frequências MOSFET Altas frequências – f > fH Ganho é reduzido devido às capacitâncias internas do MOSFET ou do BJT As capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, mas as capacitâncias internas dos dispositivos não são mais um circuito aberto. Não entraremos em detalhes neste modelo agora. Mas já temos em mente que o modelo adotado até o momento só é válido em regimes de baixa e média frequências! 22 Resposta em frequência A partir desta aula, começaremos a analisar a resposta em frequência dos circuitos amplificadores. De início, veremos como determinar fL. Ao longo das próximas aulas veremos como determinar fH. Com fL e fH determinados, a banda de operação do amplificador é encontrada. 23 Resposta em frequência Por que separar a análise em três regiões em vez de calcular o circuito completo de uma vez? Separando as regiões, simplificamos a análise e obtemos resultados satisfatórios na banda de frequência do amplificador. Isto permite a obtenção de funções de transferência simplificadas, facilitando o desenvolvimento de um projeto. Esta técnica é válida desde que fL << fH 24 Resposta em frequência Classificação dos amplificadores em função da resposta em frequência Acoplado capacitivamente (Amplificador AC) Acoplado diretamente (amplificador DC) Passa-banda (filtro passa-banda) 25 Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Passa baixa Passa alta Resposta em frequência nos circuitos mostrados no slide anterior e Se w 0 Valor finito 0 Se w 0 Valor finito Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 31 Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 32 Resposta em frequência O que acontece com a resposta em frequência de um divisor de tensão se adicionarmos um capacitor de acoplamento (capacitor ligando a entrada à saída) ao circuito? 33 Resposta em frequência Note que K é igual à função de transferência de um divisor de tensão 34 Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? 35 Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? Baixas frequências Faz sentido: Capacitor como circuito aberto, Vo está aterrado! 36 Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? Baixas frequências Altas frequências Faz sentido: Capacitor como circuito aberto, Vo está aterrado! Faz sentido: Divisor de tensão (Capacitor como um curto) 37 Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) Baixas frequências Altas frequências Com este exemplo, percebemos que um capacitor de acoplamento influencia resposta em frequências do circuito! Neste caso analisamos a influência do capacitor num divisor de tensão. 38 Resposta em frequência Ganho em amplificadores Ganho constante para uma larga faixa de frequências – faixa de passagem ou faixa de médias frequências. • Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso • Capacitores de acoplamento e bypass como curto Em baixas frequências, o ganho é reduzido devido aos capacitores de acoplamento. • Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso • Não podemos considerar os capacitores como curto, capacitores incluídos no cálculo Em altas frequências, o ganho é reduzido devido à capacitâncias internas aos dispositivos e à capacitância de carga. • Modelo de circuito será revisto incluindo capacitâncias internas dos transistores • Capacitores de acoplamento e bypass como curto 39
