Eletrônica II. Germano Maioli Penello. Aula 13
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- Marcela Almeida Ramalho
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1 Eletrônica II Germano Maioli Penello Aula 13 1
2 BJT como amplificador BJT tem que estar na região ativa (fonte de corrente controlada por tensão) Corrente i c em função de v BE Claramente não linear (relação exponencial) Desejamos um amplificador de tensão. Como fazer para que uma fonte de corrente seja transformada em uma fonte de tensão? Já fizemos algo similar com o MOSFET! 2
3 BJT como amplificador linear Superpondo AC e DC: O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude. 3
4 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Inclinação da reta no ponto Q 4
5 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo! 5
6 BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo! Ganho é dado pela razão entre a queda de tensão em Rc e a tensão térmica. Ainda não estamos nomeando as configurações dos amplificadores, mas baseado no que aprendemos no MOSFET, qual é o nome desta configuração? 6
7 Aproximação de sinal pequeno Análise DC: Incluindo fonte de tensão AC: Aproximação de sinal pequeno: Se v be << V t, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência (série de taylor) 7
8 Aproximação de sinal pequeno A aproximação só é válida quando v be << V t. Para fins práticos, à temperatura ambiente (V t ~ 25mV) v be < 10mV. Dentro desta aproximação: A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC Analisando a componente AC: Onde: Chamamos g m de transcondutância 8
9 Transcondutância A transcondutância do BJT é proporcional à corrente I C Para que a transcondutância seja previsível, precisamos de I C estável (ponto quiescente estável)! E também temperatura estável. Segmento linear na curva exponencial I C ~ 1mA g m ~ 40 ma/v (transcondutância maior que do MOSFET) 9
10 i B e resistência de entrada na base Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Calculando a corrente i b, determinamos a resistência de entrada na base Só estamos interessados na corrente de sinal portanto 10
11 i B e resistência de entrada na base Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente r p é proporcional a b e inversamente proporcional à corrente de base IB (consequentemente à corrente de polarização I C ) 11
12 i E e resistência de entrada no emissor Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Calculando a corrente i e, determinamos a resistência de entrada no emissor Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal Portanto, 12
13 i E e resistência de entrada no emissor Resistência vista pela fonte de sinal AC: A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente Relação entre r e e r p 13
14 14
15 Ganho de tensão Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho. 15
16 Ganho de tensão Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho. 16
17 Ganho de tensão Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho. 17
18 Ganho de tensão Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho. 18
19 Ganho de tensão Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho. Mesmo resultado do slide 7 19
20 Separando análises DC e AC Ao observarmos as equações já na aproximação de sinais pequenos, podemos perceber que a tensão e corrente instantâneas são compostas da soma dos termos AC e DC. v BE = V BE + v be, v CE = V CE + v ce, i C = I C + i c, etc. Com isto, podemos fazer as análises DC e AC separadamente. Análise DC Análise AC 20
21 Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos Modelo p-híbrido simples Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pela base. 21
22 Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos Modelo p-híbrido simples Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pela base. Fonte de corrente controlada por corrente com a resistência de entrada olhando pela base. 22
23 Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos Modelo T Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pelo emissor. 23
24 Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos Modelo T Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pelo emissor. Fonte de corrente controlada por corrente com a resistência de entrada olhando pelo emissor. 24
25 Passo a passo para análise de circuitos 1. Eliminar a fonte de sinal AC e determinar o ponto de operação DC 2. Calcular os parâmetros do modelo de sinais pequenos 3. Eliminar fontes DC (curto circuito em fontes de tensão e circuito aberto em fontes de corrente) 4. Substituir o BJT pelo modelo equivalente 5. Analisar o circuito resultante para calcular o ganho, resistência de entrada e resistência de saída. 25
26 Exercício 26
27 Exercício 1. Eliminar a fonte de sinal AC e determinar o ponto de operação DC. Região ativa? 2. Calcular os parâmetros do modelo de sinais pequenos 3. Eliminar fontes DC (curto circuito em fontes de tensão e circuito aberto em fontes de corrente) 4. Substituir o BJT pelo modelo equivalente 5. Analisar o circuito resultante para calcular o ganho, resistência de entrada e resistência de saída. 27
28 Exercício 28
29 Exercício 29
30 Exercício 30
31 Exercício 31
32 Exercício 1. Eliminar a fonte de sinal AC e determinar o ponto de operação DC. Região ativa? 2. Calcular os parâmetros do modelo de sinais pequenos 3. Eliminar fontes DC (curto circuito em fontes de tensão e circuito aberto em fontes de corrente) 4. Substituir o BJT pelo modelo equivalente 5. Analisar o circuito resultante para calcular o ganho, resistência de entrada e resistência de saída. 32
33 Exercício 33
34 Exercício 34
35 Exercício 35
36 Exercício Se fizermos v be max = 10 mv, o transistor se mantém na região ativa? Lembre-se que v be max = 10 mv era a condição para podermos fazer a aproximação de sinais pequenos (v be << V t ). Qual a amplitude do sinal v i nesta condição? 36
37 Exercício Qual a amplitude do sinal v i? Qual o v o correspondente? 37
38 Exercício Qual a amplitude do sinal v i? Qual o v o correspondente? O transistor ainda está na região ativa em todo instante? 38
39 Exercício Ativa B ~0,4V E ~0,3V Sat 39
40 Exercício Ativa B ~0,4V E ~0,3V Sat 40
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