- Eletrônica Analógica 1 - Capítulo 2: Fundamentos dos transistores bipolares de junção (TBJ)

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1 - Eletrônca Analógca 1 - Capítulo 2: Fundamentos dos transstores bpolares de junção (TBJ)

2 1 Físca do TBJ 2 Tpos de lgação do TBJ 2.1 Confguração base-comum Sumáro Parta A Introdução ao TBJ e sua operação 2.2 Confguração emssor comum 3 A reta de carga Parta B Polarzação e Análse DC 4 - Polarzação da base (fxa) 5 - Polarzação do emssor 6 - Polarzação por dvsor de tensão 7 Polarzação com realmentação de tensão Parta C Amplfcação e Análse CA 8 Modelagem CA do TBJ 9 - Análse CA da polarzação da base 10 - Análse CA do dvsor de tensão 11 - Análse CA da polarzação do emssor 12 - Análse CA do segudor de emssor 13 - Análse CA do base comum 14 - Análse CA do realmentação do coletor Parte D Lgações multestágos e efetos de mpedânca Parte E Amplfcação de potênca 2

3 Parte A Introdução ao TBJ e sua operação 3

4 1 Físca do TBJ Transstor npn e pnp e os dodos 4

5 As correntes no transstor I E I C I B Convenconal eal 5

6 2 - Tpos de lgação do TBJ Base-comum Emssor-comum Coletor-comum 6

7 Vsão geral: Separar CA de CC (teorema superposção) 7

8 Como acontece a amplfcação? Polarzação CC omtda A amplfcação aconteceu porque transferu a corrente de um crcuto de baxa resstênca para um de alta resstênca TANSFEÊNCIA + ESISTO = TANSISTO 8

9 Vamos pensar um pouco? 9

10 Confguração em base-comum 10

11 Observações geras sobre o base-comum: I C I E Para o base-comum temos o parâmetro: α = I c I e 1 Quando I E =0 tem-se uma corrente I CBO µa/na Na regão atva para o base-comum Polarzar dretamente BASE-EMISSO Polarzar reversamente BASE-COLETO Modelo smplfcado (I C I E e I B 0mA) 11

12 Confguração emssor-comum 12

13 Β cc h FE cc I I C B β ca h fe ca I I C B V CB con tante ponto Q 13

14 3 - A reta de carga Como se dá a amplfcação? 14

15 Varações da reta de carga e Q Varações de c Varações de I B Varações de Vcc 15

16 egão atva 16

17 Varações de Q segundo β: Consdere o crcuto abaxo de um β =100 Consdere um β varando entre 50 e

18 Corte I B =0 e I C 0 Saturação Ambos dodos EVESAMENTE polarzados esstênca entre coletor e emssor nfnta! Máxmo V CE possível Ambos dodos DIETAMENTE polarzados! Máxma corrente possível para o coletor esstênca zero entre coletor e emssor Eletrônca analógca x dgtal 18

19 Identfcação da saturação Observe o valor do ganho de corrente! 19

20 Saturação forte: exste I B mas do que sufcente para saturar o transstor 20

21 Tempos do transstor no corte/saturação 21

22 O fototransstor Mas sensível a luz que o fotododo 22

23 Análse de datasheets: Ver arquvos anexos dos transstores BC337/338 e 2N4123 ou consultar os endereços:

24 Parte B Polarzações (análse D.C.) 24

25 4 - Polarzação da base (fxa) Mas smples Mas usado no corte/saturação Muto sensível a β 25

26 Exercíco: Polarze um transstor na confguração polarzação da base a partr do gráfco do transstor abaxo: a) Desenhe a reta de carga da sua polarzação b) Escolha um ponto de operação e ndque I CQ e V CEQ. c) Quanto vale β e α no ponto Q? d) Qual a corrente de saturação neste proj.? e) Qual a potênca CC dsspada pelo transstor? E pela fonte? E pelos demas componentes? 26

27 5 - Polarzação do emssor Ponto Q mas estável Polarzação base: corrente fxa na base Polarzação emssor: corrente fxa no emssor Cadê resstênca da base? Menor efeto de β pos: cc I C I E cc 1 27

28 Exemplo: aconador de LED Polarzação da base fortemente saturado Polarzação emssor Independe da queda de tensão no LED 28

29 Exercíco: Polarze um transstor na confguração polarzação da base a partr do gráfco do transstor abaxo:2n

30 Tarefas para casa Obrgatóros : Polarzação da base: 4.1, 4.5 Polarzação do emssor: 4.10, 4.11 Treno: Polarzação da base: 4.2, 4.3, 4.4 Polarzação do emssor: 4.6, 4.7, 4.8 *Consderando o lvro-texto do Boylestad, 8ª ed (capa azul) 30

31 6 - Polarzação por dvsor de tensão Maor establdade Q que modelos anterores I B TH ETH VBE ( 1) E 31

32 Exercíco: Calcule I C, V E, V CC, V CE, V B, 1 32

33 Forma alternatva: análse aproxmada Condção para aplcação desta análse E

34 34 7 Polarzação com realmentação de tensão ( E ) C B BE CC B V V I Melhor establzação de Q pratcamente ndependente de β Formato geral para I B e I C ' ' V I B B ' ' ' ' V V I B C

35 Exercíco: Determne os valores de I C, V C, V E, e V CE 35

36 Exercíco: Calcule I E, V C e V CE 36

37 Exercíco: Projete usando os parâmetros da fgura 37

38 Exercíco: Projete 1, 2, C e E para o crcuto ndcado abaxo. Note que no mesmo já fo ndcado um ponto Q. 38

39 Exercíco: Um mcrocontrolador deve aconar um LED em sua saída. Consdere que este mcrocontrolador trabalha com a tensão de 3,3V. A partr da análse dos gráfcos do LED abaxo, determne como deve ser feto este aconamento sabendo que mcrocontroladores geralmente não podem fornecer mas do que 10mA por pno. 39

40 Exercíco: Determne V C e I B na fgura abaxo. 40

41 Tarefas para casa Obrgatóros : Polarzação dvsor tensão: 4.12, 4.13, 4.16 e Polarzação realmentação tensão: 4.22, 4.26 Polarzação msta: 4.28, 4.29, 4.30, 4.31, 4.35, 4.36 *Consderando o lvro-texto do Boylestad, 8ª ed (capa azul) 41

42 Parte C Amplfcação (análse A.C.) 42

43 Modelagem: Modelo r e Análse CA 8 Modelagem CA do TBJ fontes CC e capactores curto-crcutados 43

44 Dstorção 44

45 Impedânca de entrada: V Z I Importânca de Z 45

46 Impedânca de saída Ganho de tensão V Av V o A vnl V V o L 46

47 Exemplo : Para o esquema abaxo, determne V, Z, A v Ganho de corrente: Outro exemplo: A I I o 47

48 Capactores de acoplamento Transmtr snas CA solando CC (geralmente lgado em sére) Desvar snas CA para o terra (geralmente lgado em paralelo) 1 X C 2fC X C < 0,1. onde = resstênca total em sére com o capactor 48

49 OVEVIEW: Confgurações e crcutos para o TBJ Polarzação fxa (ou da base) Polarzação dvsor de tensão Polarzação do emssor Segudor de emssor Base comum ealmentação do coletor 49

50 9 - Análse CA da polarzação da base 50 e B r Z e r Z o C o r Z C o Z e o C v r r A C r e C v r A 0 ) )( ( e B C o o B O r r r I I A

51 Exemplo: Para o crcuto abaxo determne Z I, Z O, A V, A I. epta os cálculos para r o =20 k ohms 51

52 Exercíco: para o crcuto da Fgura abaxo, determne V CC para um ganho de tensão de 200 vezes. 52

53 Análse CA do dvsor de tensão r e Z 2 1 o C o r Z C o Z e o C v r r A C r e C v r A 0 e e C o o O r r r r I I A ) ( ) ( ) )( ( ) (

54 Exemplo: para o crcuto ao lado determne Z, Z o, A v e A. Exercíco: para o crcuto ao lado determne Z, A v, V B e V C. 54

55 11 - Análse CA da polarzação do emssor 55 E e b r Z ) ( 1 b B Z Z Onde: o C Z E C E e C b C o v r Z V V A b B B o Z I I A

56 Exemplo: para o crcuto da fgura ao lado determne Z, Z 0, A v e A Exercíco: para o crcuto da fgura ao lado determne Z, Z 0, A v e A 56

57 57 Saída no emssor do transstor A v 1 (somente queda no dodo base-emssor) Não há nversão de fase Casamento de mpedânca 12 - Análse CA do segudor de emssor b B Z Z E E e b r Z ) 1 ( Onde: e E o r Z e E E o v r V V A b B B o Z I I A

58 Exemplo: determne Z, Z o, A v e A Exercíco: determne I B, I C, Z, Z o, A v e A 58

59 13 - Análse CA do base comum Z E r e A v V V o r e C r C e Zo C A I I o 1 59

60 Exemplo: determne Z, Z o, A v e A da fgura ao lado. Exercíco: determne Z, Z o, A v e A da fgura ao lado. 60

61 Análse CA do realmentação do coletor F C e r Z 1 F C o Z e C o v r V V A C F C F F o I I A

62 Observação: no caso de uma nclusão de uma resstênca E no emssor, as fórmulas passam a ser: 62 F E C E Z ) ( 1 F C o Z E C o v V V A F E C A ) ( 1 1

63 Exemplo: determne Z, Z o, A v e A da fgura ao lado. Exercíco: consderando que r e =10Ω, β=200, A v =160 e A =19, determne C, F e V CC para a fgura ao lado. 63

64 64

65 65

66 Parte D Lgação mult-estágos e efetos de mpedânca 66

67 Consderar o sstema modelado como: 67

68 Exemplo: para o crcuto abaxo, esboce o modelo equvalente de 2 entradas deste crcuto. 68

69 Consderando os efetos de carga: 69 v NL O L L o v A V V A L v L O o A Z V V I I A / /

70 Exemplo: baseado no crcuto da fgura abaxo, determne: a) A vnl, Z e Z o (esboce o modelo de 2 portas) b) Calcule A V e A I 70

71 Efetos de mpedânca da fonte: Z e A vnl não são afetados pela resstênca nterna da fonte. 71 S S V V s v NL S S O v A V V A

72 Exemplo: baseado no crcuto da fgura abaxo, determne: a) A vnl, Z e Z o (esboce o modelo de 2 portas) b) Calcule A vs (ou seja:v 0 /V S ) 72

73 73 s v NL O L L S S O S O v A V V V V V V A... L v A A L S v A A S S Combnação de s e L

74 Exemplo: baseado no crcuto da fgura abaxo, determne: a) A vnl, Z e Z o (esboce o modelo de 2 portas) b) Calcule A v e A vs c) Calcule A 74

75 Cascateamento de estágos Av r A v. Av. A v A r A v r Z 1 L 75

76 Exemplo: para o modelo abaxo, determne () o ganho com carga para cada estágo, () o ganho A V e () A vs, (v) o ganho de corrente total e (v) o ganho A vs se o segudor-deemssor for removdo Exemplo: Projete o crcuto do dagrama abaxo. 76

77 Parte E Amplfcação de potênca 77

78 Amplfcação Pequeno snal: lneardade e ganho tensão Grandes snas: ganho de potênca Efcáca dê potênca, casamento de mpedânca Classfcação Classe A: 360º (sem saturação) Classe B: 180º (polarzação cc em 0v) Classe C: < 180º Classe D: dgtal 78

79 Efcênca do amplfcador A: muta potênca na polarzação B: sem potênca de polarzação na ausênca de snal 79

80 Cefamento: Máxma tensão de pco (MP): mn(i C Q r c, V CE Q ) Máxma tensão de pco-a-pco = 2MP Para um bom projeto: I C Q r c = V CE Q 80

81 Amplfcador classe A Potênca de entrada: Potênca de saída: P( cc) V cc I C Q P o P o P o Valores efcazes ( ca) V ( ca) ( ca) I ce 2 C V I 2 C C Valores de pco P V I 2 ce C o( ca) P ( ca) o P ( ca) o 2 IC 2 2 V 2 CE P Valores pco-a-pco V I 8 ce C o( ca) P ( ca) o P ( ca) o I 8 2 C 2 V 8 CE 81

82 Efcênca: Po ( ca) P( cc) Exemplo: Calcule a potênca de entrada e saída para o crcuto da fgura abaxo. O snal de entrada resulta em uma corrente de base de 5mA rms. 82

83 Amplfcador classe B Pratcamente não é polarzado Conduz corrente somente um sem-cclo do snal 2 transstores: push-pull Cada um conduz um pedaço de sem-cclo 83

84 Dstorção de cruzamento 84

85 Classe B com segudor de emssor smétrco 85

86 Dsspador para transstor de potênca 86

87 Conexão Darlngton Ganho de corrente = β 1 β 2 Impedânca de entrada muto alta V BE_darlngton = 2V BE 87