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08/05/2017
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA 1 - ET74C
Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes
Aula 15 – TJB como AMPLIFICADOR
Curitiba, 10 maio de 2017.
REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR
03 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 2
Referências sugeridas para complementação do estudo:
1) Sedra, capítulo 4 seção 4.7
2) Boylestad, capítulo 7
3) David Lalond e John Ross, capítulo 5
4) Malvino, vol I, capítulo 9
5) Theodore F. Bogart, vol I, capítulo 5
6) Gilvan Antonio Garcia. Eletrônica – princípios e aplicações. Capítulo 8, no link:
http://pagina10.com.br/downloads/28.pdf
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CONTEÚDO DA AULA
1. REVISÃO
2. CONTEXTUALIZAÇÃO
3. NOTAÇÃO: tensões e correntes CC & CA
4. OPERAÇÃO LINEAR X DISTORÇÃO
5. GANHO DE TENSÃO
6. RESPOSTA EM FREQUÊNCIA
7. CAPACITORES DE ACOPLAMENTO
8. CIRCUITO EQUIVALENTE
1. CC
2. CA
1-Revisão: circuitos de polarização
03 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 4
1)Polarização fixa (Boylestad seção 4.3) 2)Polarização estável do emissor (Boylestad seção 4.4)
•Utiliza poucos componentes;
•Se a temperatura, , IC.
•Se a temperatura , , ,IC.
•A interferência da temperatura, pode levar o tjb a
saturação ou corte, distorcendo o sinal de saída.
•Usado em circuitos digitais.
•Elevada estabilidade;
•Variações da temperatura, são
compensadas pelo RE e RC;
BC II
RB
V
IB
IC
CE
Vcc
RC
+
-
C
B
EVBE
+
RB
V
IB
CE
Vcc
RC
+
-
C
BE
VBE
+
RE
IE
IC
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1-Revisão: circuitos de polarização
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4)Polarização DC com realimentação
de tensão (Boylestad seção 4.6)
3)Polarização por divisor de tensão (Boylestad seção 4.5)
•Autopolarização: manutenção das
tensões sobre o TJB conforme as
variações da corrente IC.
•Elevada estabilidade;
•A combinação R1 e R2, mantém a polarização no
ponto correto de operação.
•Reúne as vantagens das polarizações anteriores
•Usa apenas uma fonte VCC.
I2
R1
R2
IC RC
V
IB
CE
+
-
C
B
EVBE
+
RE
IE
I1
Vcc
RB
V
IB
CE
Vcc
RC
+
-
C
BE
VBE
+
RE
IE
IC'
IC
IC' IB+ = IC
BC II
BC II
1-Revisão: modos de operação do TJB
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Conforme a polarização das junções BE e BC, tem-se um dos seguintes modos de operação:
Modo de
operação
Junção
Base-
Emissor
Junção
Base-
Coletor
Função no circuito Representação
simplificadaEC=emissor comum
CC=coletor comum
Saturação Direta DiretaChave eletrô-nica
controle pelo
terminal de base.OPERAÇÃO
DISCRETA
ON & OFF
(EC)
Corte Reversa Reversa(EC)
Ativo ou
AmplificaçãoDireta Reversa
Amplificador de
pequenos sinais
β>>1
(EC)
Ativo reverso Reversa Direta
β<1
Sem aplicação
prática!
(CC)
E C
B
E C
B
+
- -
+B C
E E
CC
B E
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2-Contextualização:amplificador pequenos sinaisconfiguração emissor comum
Para operar como amplificador o transistor deve ser polarizado na região ativa.
Sinal a amplificar
vi
Sinal amplificado
vo
O objetivo da polarização é estabelecer uma corrente CC constante no emissor ou no
coletor.
Essa corrente deve ser previsível e insensível às variações de temperatura.
Tal exigência advém do fato de que o transistor ao operar como amplificador é
altamente influenciado pelo valor da corrente quiescente (ou de polarização).
IC = f(VCE) @IB
VCE
IC
0BI
1BI
BnI
0CI
1CI
nCI
(configuração
emissor comum-EC) saturaçã
o
corte
2-Exemplos de circuitos amplificadores
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•Polarização fixa
Sinais de pequena
intensidade:
áudio, antenas,
estágios
intermediários de
amplificação.
•Polarização por divisor de tensão
Símbolo geral para indicar amplificador
Avvi vo
ganhovi
voAv
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3-Notação CC & CA
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A corrente total em qualquer ramo do circuito é igual a soma
das correntes CC e CA através desse ramo.
Notação para a análise de circuitos contendo
sinais contínuos e alternados.
✓Grandezas de natureza CC (estática)
Representadas com letras maiúsculas.
Ex: VBB, VCC
✓Grandezas de natureza CA (dinâmica)
Grandezas descritas em função do tempo, são representadas com
letras minúsculas.
Ex: vi
✓Superposição CA & CC
São as grandezas que resultam da composição do sinal contínuo e do sinal
dependente do tempo, ou seja, o sinal dependente do tempo excursiona sobre o
ponto quiescente (Q).
Ex: iB, iC, iE , vCE e vBE
v
VBB
R
V
C
CC
iC
iB
iE
+
-vCEi BR v
BE
+-
A tensão total em qualquer malha é também a soma das
tensões CC e CA.
4-Operação linear x distorção
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iC(ptB)
vCE(ptB)
B
C
D
iC(ptC)
vCE(ptC) vCE(ptD)
iC(ptD)
VCC
CECVIP max
Rb
Rc
iB
iC
iE
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4-Operação linear do TJB
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Quando nos referimos a operação
linear, admite-se na segunda
aproximação, que o ponto de
operação diodo de emissor do TJB
está na região linear:
IB
VBE
IB = f(VBE) @ VCB
Curva característica de entrada
V2V1
Q1
Q2
VCB
Região linear de
operação do DE
4-Operação linear e não linear (distorção)
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Um amplificador é caracterizado como linear de alta fidelidade se não modificar a
forma do sinal de entrada – vi ( a ser amplificado).
Admite-se que se a amplitude do sinal vi for de pequena amplitude, o TJB usará uma
pequena parte da reta de carga e a operação é linear.
Operação linear:
não há distorção.
Operação não linear:
há distorção.
Avvi vo
Avvi vo
ganhovi
voAv
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4-Distorção de amplitude
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O sinal vi na entrada do circuito amplificador deve ter um limite na sua amplitude,
uma vez que há um limite no sinal de saída (vo) amplificado.
Uma amplitude elevada pode levar o TJB à saturação, corte ou ambos.
Saída saturada Saída cortada
Saída saturada e cortada
A falta de linearidade da característica de entrada, favorece a distorção do sinal de
saída.
5-Ganho de tensão (Av)
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Definido como a relação da variação da tensão de saída para uma dada variação da
tensão de entrada.
i
OV
V
VA
i
OV
V
VdBA
log20)(
O (deci)bel é a ordem de grandeza de uma relação.
Permite expressar a razão entre duas grandezas da mesma natureza.
Por exemplo, caso seja necessário expressar um ganho, ou seja, uma razão entre
saída e entrada que seja muito maior que a unidade ou uma atenuação em que essa
mesma razão seja muito menor que a unidade, resultaria em valores que teríamos
dificuldade em expressar numericamente e por consequência o seu entendimento.
BelsIn
Out10log
in
outP
P
PA log.10
dBdeciBelsIn
Out10log.10
in
out
in
outV
V
V
V
VA log.20log.10
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A unidade “dB” também é usada para expressar ganhos de:
corrente (AI) e potência (AP).
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6-Resposta em frequência
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A variação do ganho de tensão do amplificador (Av) leva o circuito a apresentar
respostas de operação desigual para sinais de frequências diferentes.
A presença de componentes reativas também são fatores que atenuam o sinal.
Como as capacitâncias, que em frequências médias respondem com ganhos
elevados, enquanto que em baixas frequências, os capacitores de acoplamento
atenuam o sinal de saída.
Em frequências elevadas, a atenuação é produzida pela capacitância intrínsecas
do TJB e capacitâncias paralelas do circuito.
CfXC
2
1
abertocirXcf
curtoXcf
.
Ganho de tensão
i
vv
vA 0
6-Curva de resposta em frequência
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Frequência de corte: quando a potência de saída é a metade da potência de entrada.
Nessa condição a tensão de saída é vo=vi/2.
A faixa de frequência na qual o ganho de tensão (vo/vi) é constante, denomina-se de
banda média.
Os pontos sobre o gráfico nos quais o ganho é Avmax/ 2 são chamados de meia
potência, sendo caracterizados pela frequência de corte inferior (fci) e frequência de
corte superior (fcs).
fci fcs
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7-Capacitores de acoplamento
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Utilizados para interligar diferentes estágios do circuito sem que ocorram
modificações das condições de polarização DC desses estágios, evitando alteração
do ponto de operação (Q) do TJB.
Faz a passagem de um sinal CA de um ponto a outro, enquanto bloqueia o sinal
CC. Para isso, Xc deve ser pequena se comparada com a R série do circuito.
Xc<<RB1+RB2
7-Capacitor de derivação (bypass)
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Tem a função de desviar a componente CA do sinal Vin, para um trecho de menor
impedância. Comporta-se como um curto-circuito para o sinal CA.
Assim, o emissor do TJB está em curto com a referência CA.
Um capacitor de derivação não interfere na tensão CC de polarização, pois se
comporta como uma circuito aberto em CC.
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8-Circuito equivalente CC e CA
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A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e CA estão
no mesmo circuito e para que tenhamos os efeitos da amplificação é
necessário conhecer
a) inicialmente o ponto de operação do circuito do TJB (ponto Q), que neste
caso é determinado exclusivamente pela fonte de polarização CC;
b) e conhecendo o ponto Q, determinam-se as variações de tensão e corrente
partir do sinal CA.
Para essa determinação utiliza-se o Teorema de Superposição para calcular os
efeitos da fonte CC, os efeitos da fonte CA e superpor os efeitos;
A solução consiste em dividir o circuito em dois:
1. Circuito Equivalente CC;
1. Calcula-se a IBQ, ICQ e VCEQ
2. Circuito Equivalente CA.
1. Substituir o capacitores por um curto;
2. Substituir as Fontes CC por um curto;
3. Substituir o transistor pelo modelo elétrico: híbrido ou T;
4. Desenhar o circuito equivalente CA.
8.1-Circuito equivalente CC
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Para fazer a análise CC de um amplificador é necessário:
1) colocar a fonte CA a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito;
fonte de corrente → torna-se um circuito aberto;
2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação (ou by-pass ou de
emissor), por circuitos abertos;
3) determinar o ponto de operação (Q). Assim, o circuito equivalente para a
análise CC do amplificador emissor comum torna-se:
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8.2-Circuito equivalente CA
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Para fazer a análise CA de um amplificador é necessário:
1) colocar a fonte CC a zero: fonte de tensão → torna-se um curto-circuito;
2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação por curto-circuitos.
Logo, o circuito
equivalente para a
análise CA do
amplificador emissor
comum torna-se
CfXC
2
1
abertocirXcf
curtoXcf
.
Próxima aula
Modelo do tjb para pequenos sinais
03 Mai 17 AT15 - TJB como amplificador 24
• Modelo T• Modelo -Híbrido