Eletrônica II. Germano Maioli Penello. II _ html.

Transcrição

1 Eletrônica II Germano Maioli Penello II _ html Aula 20 1

2 Pauta (T3 e T4) BRUNO SILVEIRA KRAUSE ANA CAROLINA FRANCO ALVES BRUNO STRZODA AMBROSIO FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA GISELE SILVA DE CARVALHO HAZIEL GOMES DA FONSECA HENRIQUE DE SOUZA SANTANA HUGO CARDOZO DA SILVA IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS JESSICA BARBOSA DE SOUZA LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES CAROLINA LAUREANO DA SILVA DANILO PEREIRA CALDERONI FELIPE ALMEIDA DA GRACA GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA GUTEMBERG CARNEIRO NUNES HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO LUCAS MUNIZ TAUIL NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA TAMYRES MAURO BOTELHO

3 Pauta (T5 e T6) ARTHUR REIS DE CARVALHO BRUNO ALVES GUIMARAES CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA DANIEL DE SOUZA PESSOA GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES ISRAEL BATISTA DOS SANTOS LEONARDO DA SILVA AMARAL LEONARDO GONZAGA DA SILVA LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI MARISOL BARROS DE ALMEIDA RAFAEL TAVARES LOPES RICARDO ALVES BARRETO WALBER LEMOS DOS SANTOS ALINE DAMM DA SILVA FALCAO BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS FABRICIO BICHARA MOREIRA HELDER NERY FERREIRA ISABELE SIQUEIRA LIMA JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO JéSSICA RIBEIRO VENTURA LUCAS VENTURA ROMANO MATEUS LOPES FIGUEIREDO MONIQUE SOARES DE MORAES NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS PAULO CESAR DOS SANTOS RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR VICTOR ARAUJO MARCONI VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA VINICIUS PEIXOTO MEDINA

4 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! 4

5 Resposta em frequência Ganho apresentado em escala logarítmica (db) Baixas frequências f < f L Altas frequências f > f H Frequências intermediárias f L < f < f H 5

6 Resposta em frequência Baixas frequências f < f L Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? X c = 1 / jwc Se f, Xc 0 Se f 0, Xc Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! 6

7 Resposta em frequência Em baixas frequências os capacitores não podem ser considerados como curtos! Baixas frequências f < f L Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? X c = 1 / jwc Se f, Xc 0 Se f 0, Xc Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! 7

8 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 8

9 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) 9

10 Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta?

11 Resposta em frequência Passa baixa Passa alta

12 Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 12

13 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? 13

14 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. 14

15 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 15

16 Resposta em frequência Qual é esta configuração? intermediária 16

17 Resposta em frequência Configuração fonte comum intermediária Como determinar o ganho deste circuito para frequências intermediárias? Seguindo o passo a passo que já fizemos até o momento no curso. O modelo de circuito equivalente já conhecemos e nesta análise, podemos considerar os capacitores de acoplamento e de bypass como curto circuitos. 17

18 Resposta em frequência Configuração fonte comum intermediária 18

19 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências? 19

20 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências? Em baixas frequências, as capacitâncias não podem mais ser consideradas como curto circuitos. Teremos que incluir as reatâncias capacitivas nos cálculos. X c = 1 / jwc 20

21 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 21

22 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 22

23 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 23

24 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Isolar v s e utilizar a equação de corrente 24

25 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 25

26 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 26

27 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 27

28 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 28

29 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 29

30 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 30

31 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 31

32 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 32

33 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Ganho da banda central (slide 18 considerando C 1, C 2 e C s como curto) Três passa alta acoplados! Se w >> w 01, w 02 e w 03 recaímos na situação de freq. intermediárias 33

34 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Ganho da banda central (slide 18 considerando C 1, C 2 e C s como curto) Três passa alta acoplados! Como determinar a frequência de corte? 34

35 Determinando f L f L = w 01, w 02 ou w 03?

36 Determinando f L A frequência f L é definida quando o ganho cai um fator Relembrando: Um decibel (db) representa a razão entre duas quantidades de potência. Ganho (bel) = log 10 (P 1 /P 2 ) Ganho (decibel) = 10 log 10 (P 1 /P 2 ) Quando aplicado à tensões e correntes Ganho(decibel) = 20 log 10 (V 1 /V 2 ) Ganho(decibel) = 20 log 10 (I 1 /I 2 ) Quando w = w 0, o ganho (função de transferência) cai um fator Ganho(dB) = 20 log10(2-1/2 ) = -10*log(2) = -3dB Por isso definimos w 0 como a frequência de corte f L = w 01, w 02 ou w 03?

37 Determinando f L Matematicamente, podemos resolver essa equação para todo w e descobrir qual é o w responsável por fazer o ganho cair por um fator Assim, determinamos f L (lembrando que w = 2pf) Não é uma tarefa fácil ficar resolvendo a equação para cada w Um computador ajudaria bastante neste cálculo! Se não tivéssemos computadores, qual outra maneira de determinar f L?

38 Determinando f L Que tal tentarmos resolver esse problema graficamente? Vamos voltar para um circuito simples:

39 Voltando ao nosso problema: Determinando f L Se considerarmos que w 01, w 02 e w 03 são frequências suficientemente separadas, podemos estimar um gráfico que representa esta equação. Se as frequências estão separadas por pelo menos um fator 4 (duas oitavas), os efeitos de cada uma delas é bem distinto. Nessas condições, f L é aproximadamente igual à maior frequência das três.

40 Determinando f L Normalmente, a maior frequência é a causada por C s. Isto porque C s está conectada com 1/g m que é relativamente baixo.

41 Determinando f L Até agora, vimos duas maneiras diferentes de determinar f L, analiticamente ou graficamente. Uma terceira maneira de determinar f L é por inspeção direta do circuito Sabendo que um circuito RC tem uma frequência (ou um tempo) característico, podemos analisar o circuito e ver quais resistências se acoplam com quais capacitâncias. Assim, determinamos a a frequência de corte (ou constante de tempo) associada a cada capacitor.

42 Determinando f L Inspeção direta do circuito Curto circuitar V sig Analisar cada capacitor separadamente (considerar os outros capacitores como curto) Determinar a resistência vista pelos terminais de cada capacitor Calcular a frequência de corte (ou constante de tempo) associada ao capacitor em análise.

43 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C C1 Qual a resistência que C C1 vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?

44 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C C1 C C1 está em série com R sig e R G Constante de tempo associada a este circuito: Frequência angular associada a este circuito: Frequência associada a este circuito:

45 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C C1 C C1 está em série com R sig e R G Constante de tempo associada a este circuito: Frequência angular associada a este circuito: Mesmo resultado do slide 32 Faz sentido! w 01 aparece por causa da inclusão de C C1 no circuito! Frequência associada a este circuito:

46 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C C2 Qual a resistência que C C2 vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?

47 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C C2 C C2 está em série com R L e R D Constante de tempo associada a este circuito: Frequência angular associada a este circuito: Frequência associada a este circuito:

48 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C S Qual a resistência que C S vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?

49 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C S Qual a resistência que C S vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita? Como determinar esta resistência? Aplicando V e medindo I Corrente no sentido contrário do desenhado

50 Determinando f L Inspeção direta do circuito Analisando C S C S está em série com 1/g m Constante de tempo associada a este circuito: Frequência angular associada a este circuito: Frequência associada a este circuito:

51 Exemplo Comentamos que a capacitância que mais influencia na frequência f L é C S por causa da baixa resistência 1/g m associada em série com o C S 51

52 Exemplo Comentamos que a capacitância que mais influencia na frequência f L é C S por causa da baixa resistência 1/g m associada em série com o C S A próxima frequência de corte deve estar ao menos uma década menor 52

53 Exemplo Comentamos que a capacitância que mais influencia na frequência f L é C S por causa da baixa resistência 1/g m associada em série com o C S A próxima frequência de corte deve estar ao menos uma década menor 53