ganho X frequência Amplificador CA

9/8/2010
IFBA
CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
Professor:: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Professor
Vitória da Conquista, 2010
 ganho X frequência
 Amplificador CA
 Abaixo de f1
 A reatância capacitivas aumentam à medida que a frequência diminui;
 O resultado é uma diminuição no ganho de tensão à medida que a
frequência se aproxima de 0 Hz;
 Em frequências altas, o ganho de tensão diminui em função de
 capacitâncias de acoplamento e
 capacitância de desvio.
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 Amplificador CA
 Acima de f2
 Em frequências altas, o ganho de tensão diminui em função de
 capacitâncias
itâ i internas
i t
nas junções
j
õ do
d transistor
t
it e
 capacitância da fiação,
 são as chamadas capacitâncias parasitas;
 Essas capacitâncias proporcionam percursos de desvio.
 Conforme a frequência aumenta, mais ainda, as reatâncias capacitivas
diminuem;
 ganho X frequência
 Amplificador CA
 Frequências de Corte
 São as frequências críticas nas quais o ganho de tensão e a tensão é igual
a 0,707 do seu valor máximo;
 São conhecidas também como frequências de meia potência;
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 ganho X frequência
 Amplificador CA
 Banda Média
 Definimos a banda média de um amplificador como da banda de frequências
entre 10f1 e 0,1f2;
 Na banda média a saída do amplificador é máximo;
 Três das características importantes de um amplificador são: AV(méd), f1 e f2.
Faixa aproximada das frequências audíveis pelo ser humano esta entre 20 Hz e 20 kHz.
Ex. 16.2
 Capacitor de Acoplamento de Entrada
f1 =
1 .
2πRC
• onde R = RG + Rin
Ex. 16.4
 Amplificador com Divisor de Tensão Rin
βr’e
i = R1 || R2 || βr
 Capacitor de Acoplamento de Saída
• aqui R = RC + RL
Ex. 16.8
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 Capacitor de Desvio do Emissor
f1 =
1 .
2πzCE
 onde zout = RE || (r’e + (RG || R1 || R2)/β)
 aproximação zout = RG/β
 Capacitor de Desvio do Coletor
f2 =
1 .
2πRC
Considerar para frequências
Acima de 100 kHz
• onde R = RC || RL e C = C’c + Cstray
• Cstray = capacitância parasita da fiação;
• C’c = capacitância
i â i parasita
i entre o coletor.
l
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 Um circuito com capacitor de realimentação é difícil de analisar, pois esse
capacitor afeta a entrada e a saída simultaneamente.
 Conversão do Capacitor de Realimentação
 Com o uso de álgebra complexa é possível deduzir a equações abaixo,
que são válidas para qualquer Amp Inversor.
 Capacitor de Desvio da Base
f2 =
1 .
2πRC
• sendo que rg = RG || R1 || R2 e rc = RC || RL
 Pelas folhas de dados, C’c pode ser indicada como C’bc, C’ob, ou C’obo, e C’e como
C’be, C’ib, ou C’ibo;
 C’c varia conforme a intensidade da polarização reversa VCB;
 C’e é dependente do ponto de operação do transistor;
• Sendo que C’e pode-se aproximar por:
Cbe ≈
1 .
2πfTr’e
• onde fT é o produto ganho de corrente-largura de banda.
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 Revisão de Logaritmo
x = 10y
y = log10x
y = log x
 y é o logaritmo (ou expoente) de 10 que resulta em x.
 Exemplos:
• y = log 10 = 1
• y = log 0,1 = -1
• y = log 100 = 2
• y = log 0,01 = -2
• y = log 1000 = 3
• y = log 0,001= -3
 Definição de Ap(dB)
 Ganho de Potência
 Ganho de Potência em Decibel
 AP não tem unidade (é adimensional);
 Para não confundir AP com AP(dB) usamos a dB;
 O ganho
h de
d potência
tê i em dB é normalmente
l
t usado
d em folhas
f lh de
d dados
d d para
especificar o ganho de potência de dispositivos;
 Ele é usado porque os logaritmos comprimem os números;
 Exemplo:
 Os ganhos de potências de 100 a 100.000.000 corresponde a 20 dB a 80 dB.
 Duas propriedades úteis
1. Um aumento (ou diminuição) no ganho de potência de um fator de 2,
implica em que o ganho em dB aumente (ou diminua) de 3 dB;
2. Se o fator for 10, o aumento (ou diminuição) será de 10 dB.
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As medições de tensão são mais comuns que as medições de potência.
 Definição de AV(dB)
 Ganho de Tensão
 Ganho de Tensão em Decibel
 Exemplo:
 Os ganhos de tensão de 100 a 100.000.000
100 000 000 corresponde a 40 dB a 160 dB.
dB
 Regras Básicas para o Ganho de Tensão
1. Um aumento (ou diminuição) por um fator de 2 no ganho de tensão,
significa um aumento (ou diminuição) de 6 dB para o ganho em dB ;
2. Se o fator for 10, o aumento (ou diminuição) será de 20 dB.
 Estágios em Cascata
 O ganho é
AV = ((AV1)).(A
( V2)
 Em dB é
AV(dB) = 20 log AV = 20 log (AV1)(AV2) = 20 log AV1 + 20 log AV2
AV(dB) = AV1(dB)+AV2(dB)
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 O casamento de impedância é usado em sistemas para produz máxima
transferência de potência;
 Muito usado em sistemas de comunicação, tais como, microondas, televisão
e telefone.
telefone
 Potência de entrada
 Potência de saída
 O ganho de Potência é
 Em termos de dB
AP(dB) = 10 log AP = 10 log AV2 = 20 log AV
 ou
AP(dB) = AV(dB)
 Essa equação é verdadeira para qualquer sistema com impedância casada.
 Conversão de dB para Ganho Comum
e
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 Podemos usar os decibéis acima de uma referência.
 A Referência de Miliwatt
 O uso do dBm é uma forma de comparar a potência com 1 mW.
 Conversão de dBm para a sua potência comum.
 onde P é a potência em miliwatts
 A Referência de Volt
 Os
O decibéis
d ibéi aquii indicam
i di
o nível
í l de
d tensão
t ã acima
i de
d 1V
 Para converter valor em dBV para a sua tensão equivalente
 Amplificador CA
 Fora da Banda Média
 Essa equação admite que dois capacitores dominantes produzam a
frequência de corte inferior e superior;
 Na banda média, f1/f ≈0 e f/f2 ≈0, logo
 Abaixo da banda média, f/f2 ≈0, logo
 Acima da banda média, f1/f ≈0, logo
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 Amplificador CC
 Amplifica frequências a partir de 0 Hz;
 As duas características importantes: AV(méd) e f2;
 Ele é mais amplamente usado que o amplificador CA, porque a maioria são
projetados com amp-ops;
 Os amp-ops têm um alto ganho de tensão, alta impedância de entrada e baixa
iimpedância
dâ i de
d saída;
íd
 Seu ganho de tensão é dado por
 A tensão de saída é:
 O ganho de tensão é:
 Como o circuito tem apenas dispositivos passivos, o ganho de tensão é
sempre menor ou igual a 1;
 A frequência de corte é:
 Nessa frequência, XC = R e o ganho de tensão é 0,707.
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 Oitavas
 A palavra oitava se refere ao dobro de uma frequência para relações como
f1/f e f/f2;
 Décadas
 Uma década tem um significado similar para razões como f1/f e f/f2,
exceto que o fator é 10.
 6 dB por Oitava
 Acima da frequência de corte o ganho de tensão em dB de um circuito de
atraso diminui
di i i 20 dB por década,
dé d o que equivale
i l a 6 dB por oitava.
i
AV(dB) = 20 log 0,1 = -20dB
AV(dB) = 20 log 0,05 = -26dB
AV(dB) = 20 log 0,025 = -32dB
 Como esse tipo de gráfico usa dB, ele pode nos fornecer mais informações
sobre a resposta do amplificador fora da banda média;
 Seu eixo vertical usa escala linear e o horizontal escala logarítmica;
 O ganho de tensão de 0,707 do valor na banda média em dB é:
AV(dB) = 20 log 0,707 = -3dB
 Gráfico de Bode Ideal
 O gráfico de Bode Ideal é uma aproximação útil para uma análise preliminar.
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 Circuito de Atraso
 A maioria dos amp-ops incluem um circuito de atraso RC que provoca o
decaimento do ganho de tensão;
 Sendo que R representa a resistência thevenizada vista pelo capacitor;
 Nesse circuito a tensão de saída é atrasada em relação à tensão de entrada;
 Se o ângulo de fase da tensão de entrada for 0o, o ângulo de fase da tensão de
saída estará entre 0o e -90o.
 Ângulo de Fase
 À medida que a frequência aumenta, o ângulo de fase da tensão de saída
muda gradualmente de 0 para - 90o.
 como
e
 temos
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 Análise de Frequência Baixa
f1 =
1 .
2πRC
• R = RG + R1 || R2 para o capacitor de acoplamento de entrada;
• R = RD + RL para o capacitor
i de
d acoplamento
l
d saída;
de
íd
 Devido à resistência de entrada do FET ser muito alta, podem ser usados valores
muito altos de resistência no divisor de tensão, o que resulta em capacitores de
acoplamento de entrada muito baixos.
 Análise em Alta Frequência
• Como as capacitâncias são difíceis de medir, os fabricantes as medem em condição
de curto-circuito;
• Ciss = Cgs + Cgd, Coss = Cds + Cgd e Crss = Cgd
 Usando os valores das folhas de dados
 Cgd = Crss
 Cgs = Ciss – Crss
 Cds = Coss – Crss
 Capacitância de Miller (onde C = Cgd)
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 Para determinarmos a frequência de corte superior, precisamos variar a
frequência até que o ganho de tensão caia 3 dB do valor máximo;
 O teste com onda senoidal gera resultados aproximados;
 O teste com onda quadrada é uma forma mais rápida e mais simples de testar
um amplificador.
 Tempo de Subida
 O tempo de subida TR é o tempo que a tensão no capacitor leva para ir de
0,1 V (10%) para 0,9 V (90%);
 A tensão no capacitor sobe exponencialmente ao fechamos a chave;
 Outra
O
f
forma
d aplicarmos
de
li
um degrau
d
d tensão
de
ã é usar um gerador
d de
d onda
d
quadrada;
 A tensão de entrada varia quase instantaneamente;
 A tensão de saída gasta um tempo muito maior por causa do capacitor de desvio.
 Relações Importantes
 Tempo de subida é útil para sabermos a resposta a um degrau para circuitos de
comutação;
 Largura de Banda = de 0 a f2.
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 A capacitância
itâ i e a indutância
i d tâ i parasita
it tornam-se
t
considerações
id
õ importantes
i
t t
para dispositivos discretos e CIs que operam acima de 100 kHz;
 Fontes de efeitos parasitas:
1. A geometria e a estrutura interna do dispositivo;
2. O layout da placa de circuito, incluindo a orientação dos dispositivos e
3.
as trilhas condutoras;
Os terminais externos dos dispositivos;
 Usando SMDs elimina-se esses efeitos.
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