1/6/2010 IFBA. CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE. Vitória da Conquista, 2010 IFBA.

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1 IFBA TBJ - Análise CA para pequenos sinais CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE Vitória da Conquista, 2010 IFBA 1 a Parte Amplificador EC Introdução 1

2 Capacitor de Acoplamento Quando a frequência for suficientemente alta, a reatância capacitiva será muito menor que a resistência; Lembrando que Z = R + jx Quase toda a tensão CA alcança o resistor; E em CC, como a frequência é zero, X C tende ao infinito, pois. X C = 1. 2πfC Para projeto X C <01R 0,1 Exemplo 9-1 Capacitor de Desvio (bypass) É similar ao capacitor de Acoplamento; Ambos para funcionar adequadamente, sua reatância deve ser muito menor que a resistência na frequência mais baixa da fonte CA; Capacitor de Desvio é utilizado para criar um Terra CA. Exemplo 9-2 X C < 0,1 R 2

3 Circuito Amplificador Ganho de tensão É definido como a tensão de saída dividida pela tensão de entrada. A V = v out. v in Operação em Pequeno Sinal Distorção A corrente CA do emissor não é uma réplica perfeita da tensão CA na base e quando maior o sinal maior a distorção. Redução da Distorção - Regra dos 10 % I E = I EQ + i e Definido para pequeno sinal, como: i epp < 0,1 I EQ I E = corrente total do emissor; I EQ = corrente CC quiescente; i e = corrente CA no emissor. 3

4 Beta CA β = i c. i b Sendo que β CC = h FE e β = h fe para folha de dados, e β CC β. Resistência CA do Diodo Emissor Tensão base emissor pode ser expressa por V BE = V BEQ + v be Portanto a resistência CA do emissor é r e = v be. i e v be é essencialmente constante r e = 50 m. e vamos adotar r e = 25 m. I E I E Modelos Para pequeno sinal, onde o diodo emissor age como resistência CA r e ; e o diodo coletor age como uma fonte de corrente i c. Modelo Ebers-Moll / Modelo T Impedância de entrada z in(base) z in(base) = v be. i b Em baixas frequências essa impedância é puramente resistiva v be = i e r e Substituindo z in(base) = v be. = i e r e. i b i b como i e i c, temos z in(base) = βr e 4

5 Modelos Modelo T Modelo π Comparando os dois Modelo π é mais fácil de ser usado a impedância de entrada é evidente; Modelo T para alguns circuitos como os amplificador Diferencial fornece mais detalhes de funcionamento. Análise de um Amplificador A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e CA estão no mesmo circuito; Por isso que utilizamos o Teorema de Superposição; p Dividimos o circuito em dois: Circuito Equivalente CC; Circuito Equivalente CA. Análise CA 1. Substituir o capacitores por um curto; 2. Substituir as Fontes CC por um curto; 3. Substituir o transistor pelo modelo; 4. Desenhar o circuito equivalente CA. Amplificador com Polarização da Base (pag. 306) Amplificador PDT; Amplificador com Polarização do Emissor por Fonte Dupla. 5

6 Parâmetros H São os valores CA das folhas de dados É uma aproximação usada desde a invenção do transistor; Modela o transistor a partir de seus terminais (considerando ele como um quadripolo) sem considerar o processo físico que ocorre dentro dele; Têm sido mantido porque são mais fácies de serem medidos que os parâmetros R, que usamos; É mais prático. Relações entre os Parâmetros R e H Ganho; β =h fe Impedância de entrada r e = h ie. h fe Os dois últimos parâmetros H; h re eh oe, não são necessários para o técnico em manutenção e para projetos básicos. IFBA 2 a Parte Amplificador EC 6

7 Modelo T Modelo π Modelo π Modelo π X Modelo T i c = βi b Modelo T v in = i b βr e v out = i c (R C R L ) = βi b (R C R L ) A V = v out.= βi b (R C R L ) v in i b βr e A V = (R C R L ) r e A V = r c. r e v in = i e r e v out = i c r c A V = v out.= i c r c. A V = r c. v in i e r e r e 7

8 com resistência da fonte z in(estágio) = R 1 R 2 βr e Modelo π v in = v g. z in(estágio) R G +z in(estágio) com Estágios em Cascata Modelo π 8

9 com Estágios em Cascata Modelo π Ganho de Tensão do Primeiro Estágio / r c =R C z in(estágio) A V1 = (R C z in(estágio) ). r e Ganho de Tensão do Segundo Estágio / r c =R C R L A V2 = (R C R L ). r e Ganho de Tensão Total A V = (A V1 ).(A V2 ) com Realimentação Parcial Modelo o T 9

10 com Realimentação Parcial Modelo T Ganho de Tensão v in =i e (r e +r e )=v b v out = i c r c Sendo que r c =R C R L A V = v out.= i c r c.= v c. v in i e (r e +r e ) v b Como i c i e A V = r c. r e +r e Quando r e >> r e A V = r c. r e O ganho de tensão varia com a corrente quiescente, temperatura e com a substituição do transistor, pois estes valores mudam r e e β. com Realimentação Parcial Impedância de Entrada da base z in(base) = v in. i b v in =i e (r e +r e ) z in(base) = v in.= i e (r e +r e ). i b i b Modelo T Como i c i e z in(base) = β(r e +r e ) Para r e >> r e z in(base) = βr e 10

11 com Realimentação Parcial Vantagens A V = r c. A V = r c. r e +r e r e Como r e varia e ele não esta mais presente, a distorção em grandes sinais é eliminada. Maior estabilidade no ganho de tensão; Aumento na impedância de entrada da base; z in(base) = β(r e +r e ) com Dois Estágios com Realimentação O2 º estágio é um EC, com o emissor aterrado para CA para produzir o ganho máximo; Com a realimentação um aumento na tensão de saída provoca um aumento em v e no 1 º estágio, o que provoca um aumento na corrente i c,aumentandov Rc, diminuindo v c que por conseqüência faz a tensão de saída diminuir em um segundo momento. O efeito total é que a tensão de saída irá variar em uma quantidade muito menor. 11

12 com Dois Estágios com Realimentação Tensão de Realimentação v e = r e. v out r f +r e Ganho de Tensão A v = r f. +1 r e Aproximação A v = r f. r e IFBA 3 a Parte Amplificador CC e BC 12

13 Amplificador CC (Seguidor-de-Emissor) Esse amplificador usa uma realimentação negativa total. O que torna o ganho de tensão muito estável; A distorção nele é praticamente inexistente; A impedância de entrada da base é muito alta; E o ganho de tensão é aproximadamente 1; O seguidor de emissor é um amplificador de corrente. Amplificador CC (Seguidor-de-Emissor) Resistência CA do Emissor r e =R E R L 13

14 Amplificador CC (Seguidor-de-Emissor) Ganho de Tensão v in = i e (r e + r e ) v out = i e r e A V = v out.= i e r e. A V = r e. v in i e (r e +r e ) r e +r e Quando r e >> r e A V = r e. A V =1 r e Amplificador CC (Seguidor-de-Emissor) Impedância de Entrada da Base z in(base) = β(r e + r e ) Impedância de Entrada do Estágio z in(estágio) = R 1 R 2 β(r e + r e ) 14

15 Amplificador CC (Seguidor-de-Emissor) Impedância de Saída A impedância de saída de um amplificador seguidor de emissor é baixa; Para conseguir a máxima transferência de potência alguns projetos casam (mesmo valor) a impedância de saída do amplificador com a carga baixa. z out = R E (r e + (R G R 1 R 2 )/β) Para alguns projetos pode-se aproximar para: z out = R G /β Amplificador EC em Cascata com CC Exemplo de casamento de impedância de saída com a carga. A impedância da carga referenciada para a base do segundo transistor é R in = βr L 15

16 Conexões Darlington β = β 1 β 2 Impedância de entrada muito alto; Valores de correntes de saídas altos. Utilização: Reguladores de tensão; Amplificadores de potência; Aplicações de chaveamento com valores de correntes altos. Conexões Darlington Análise A análise de um circuito com Darlington é idêntica à análise do seguidor de emissor; Sendo que, como existe dois transistores, existem duas quedas V BE ; A corrente da base de Q 2 é a mesma corrente no coletor de Q 1 ; A impedância de entrada na base de Q 1 é: z in(base) βr e 16

17 Regulador de Tensão Seguidor Zener É a combinação de um regulador zener com seguidor de emissor; O circuito produz tensões de saída regulada com corrente de maior valor. Funcionamento Se a tensão da fonte variar a tensão zener permanece aproximadamente constante; A tensão de saída é V out = V z V BE Regulador de Tensão Vantagem I B = I out. β cc Por essa corrente ser menor, pode-se usar zener de menor potência; Baixa impedância de saída. z out =r e + R z. β cc 17

18 Regulador de Tensão Regulador com Dois Transistores A tensão de entrada V in vem de uma ponte retificadora com filtro capacitivo, com 10% da tensão CC de ondulação; A tensão de saída V out é quase constante, embora a tensão na entrada e a corrente de carga possam variar muito. Funcionamento Q 1 - Um aumento na tensão de saída, aumenta V B que por sua vez aumenta I B, o que faz aumentar I C, o que provoca uma diminuição em V C pelo aumento da queda de tensão em R 2. Q 2 Com isso diminui V B. Como Q 2 é um seguidor de emissor a tensão de saída diminui. Caso contrário é o inverso. Regulador de Tensão Regulador com Dois Transistores A tensão em R 4 é V 4 = V z + V BE A corrente em R 4 é I 4 = V z + V BE R 4 Com isso V out = I 4 (R 3 + R 4 ) Portanto, t a tensão de saída V out = V z + V BE (R 3 + R 4 ) R 4 18

19 Amplificador em Base Comum Descrição Nos dois amplificadores a base é aterrada para CA; O sinal de entrada aciona o emissor; O sinal de saída é retirado pelo coletor; Pela análise CC I E = V EE V BE R E Amplificador em Base Comum Análise CA Tensão de saída v out i c r c Tensão de entrada v in = i e r e O ganho de tensão é A V = v out = i c r c v in i e r e Como i c i e, a equação simplifica para A V = r c r e O sinal de saída está em fase com o sinal de entrada; Idealmente, a fonte de corrente do coletor tem uma impedância interna infinita; z out R C 19

20 Amplificador em Base Comum Tensão do emissor v e = v in = i e r e Uma das principais diferenças do amplificador BC é sua baixa impedância de entrada; z in(emissor) = v e = i e r e = r e i e i e A impedância de entrada do circuito ito é: z in = R E r e Como R E >> r e normalmente z in r e O circuito BC pode ser usado para acoplar uma fonte de baixa impedância a uma carga de alta impedância, geralmente em alta frequência. 20