REFERENCIAL TEÓRICO COMPLEMENTAR

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1 UNIVRSIDAD TNOLÓGIA FDRAL DO PARANÁ DPARTAMNTO AADÊMIO D LTROTÉNIA LTRÔNIA 1 - T74 Prof.ª lisabete Nakoneczny Moraes Aula 15 TJ como AMPLIFIADOR uritiba, 10 maio de RFRNIAL TÓRIO OMPLMNTAR Referências sugeridas para complementação do estudo: 1) Sedra, capítulo 4 seção 4.7 2) oylestad, capítulo 7 3) David Lalond e John Ross, capítulo 5 4) Malvino, vol I, capítulo 9 5) Theodore F. ogart, vol I, capítulo 5 6) Gilvan Antonio Garcia. letrônica princípios e aplicações. apítulo 8, no link: 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 2 1

2 ONTÚDO DA AULA 1. RVISÃO 2. ONTXTUALIZAÇÃO 3. NOTAÇÃO: tensões e correntes & A 4. OPRAÇÃO LINAR X DISTORÇÃO 5. GANHO D TNSÃO 6. RSPOSTA M FRQUÊNIA 7. APAITORS D AOPLAMNTO 8. IRUITO QUIVALNT A 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 3 1-Revisão: circuitos de polarização 1)Polarização fixa (oylestad seção 4.3) Vcc 2)Polarização estável do emissor (oylestad seção 4.4) Vcc R I Utiliza poucos componentes; Se a temperatura,, I. Se a temperatura,,,i. A interferência da temperatura, pode levar o tjb a saturação ou corte, distorcendo o sinal de saída. Usado em circuitos digitais. I V R - V I levada estabilidade; Variações da temperatura, são compensadas pelo R e R; 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 4 I R I I V I R - R V 2

3 1-Revisão: circuitos de polarização 3)Polarização por divisor de tensão (oylestad seção 4.5) Vcc I 1 4)Polarização D com realimentação de tensão (oylestad seção 4.6) Vcc I R I ' I = I I ' R 1 I I R 2 I I 2 levada estabilidade; A combinação R1 e R2, mantém a polarização no ponto correto de operação. Reúne as vantagens das polarizações anteriores Usa apenas uma fonte V. V I - R V Autopolarização: manutenção das tensões sobre o TJ conforme as variações da corrente I. 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 5 I R I I V I I R - R V 1-Revisão: modos de operação do TJ onforme a polarização das junções e, tem-se um dos seguintes modos de operação: Modo de operação Junção ase- missor Junção ase- oletor Saturação Direta Direta orte Reversa Reversa Ativo ou Amplificação Direta Reversa Ativo reverso Reversa Direta Função no circuito have eletrô-nica controle pelo terminal de base. OPRAÇÃO DISRTA ON & OFF Amplificador de pequenos sinais β>>1 β<1 Sem aplicação prática! () () () () Representação simplificada =emissor comum =coletor comum Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 6 3

4 saturação 08/05/ ontextualização:amplificador pequenos sinais configuração emissor comum Para operar como amplificador o transistor deve ser polarizado na região ativa. I n I I = I n Sinal a amplificar vi (configuração emissor comum-) Sinal amplificado vo V O objetivo da polarização é estabelecer uma corrente constante no emissor ou no coletor. ssa 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). I 1 I 0 corte I 1 I 0 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 9 2-xemplos de circuitos amplificadores Polarização fixa Símbolo geral para indicar amplificador Sinais de pequena intensidade: áudio, antenas, estágios intermediários de amplificação. vi Av vo vo Av ganho vi Polarização por divisor de tensão 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 10 4

5 3-Notação & A i A corrente total em qualquer ramo do circuito é igual a soma das correntes e A através desse ramo. A tensão total em qualquer malha é também a soma das i tensões e A. Notação para a análise de circuitos contendo sinais contínuos e alternados. vi R v- Grandezas de natureza (estática) Representadas com letras maiúsculas. x: V, V Grandezas de natureza A (dinâmica) V i Grandezas descritas em função do tempo, são representadas com letras minúsculas. x: vi Superposição A & 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). x: i, i, i, v e v 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 11 R v - V 4-Operação linear x distorção Rc i Rb i P I V max V i i(pt) i(ptd) D i(pt) v(pt) v(pt) v(ptd) 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 12 5

6 4-Operação linear do TJ Quando nos referimos a operação linear, admite-se na segunda aproximação, que o ponto de operação diodo de emissor do TJ está na região linear: I urva característica de entrada I = V Região linear de operação do D Q2 V Q1 V1 V2 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 13 V 4-Operação linear e não linear (distorção) 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 TJ usará uma pequena parte da reta de carga e a operação é linear. Operação linear: não há distorção. vi Av vo vo Av ganho vi Operação não linear: há distorção. vi Av vo 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 14 6

7 4-Distorção de amplitude 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 TJ à saturação, corte ou ambos. A falta de linearidade da característica de entrada, favorece a distorção do sinal de saída. Saída saturada Saída cortada Saída saturada e cortada 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 15 5-Ganho de tensão (Av) Definido como a relação da variação da tensão de saída para uma dada variação da tensão de entrada. VO VO AV AV ( d) 20log V V i 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. A unidade d também é usada para expressar ganhos de: corrente (AI) e potência (AP). Out log 10 els In Out 10.log 10 deciels d In A P 10. log P P 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 16 out in V AV 10.log V i out in 2 V 20. log V out in 7

8 6-Resposta em frequência 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. omo as capacitâncias, que em frequências médias respondem com ganhos elevados, enquanto que em baixas frequências, os capacitores de acoplamento atenuam o sinal de saída. m frequências elevadas, a atenuação é produzida pela capacitância intrínsecas do TJ e capacitâncias paralelas do circuito. X 1 2 f f Xc curto f Xc cir. aberto Ganho de tensão v v 0 Av i 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 17 6-urva de resposta em frequência fci fcs 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). 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 18 8

9 7-apacitores de acoplamento Utilizados para interligar diferentes estágios do circuito sem que ocorram modificações das condições de polarização D desses estágios, evitando alteração do ponto de operação (Q) do TJ. Faz a passagem de um sinal A de um ponto a outro, enquanto bloqueia o sinal. Para isso, Xc deve ser pequena se comparada com a R série do circuito. Xc<<R1R2 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 19 7-apacitor de derivação (bypass) Tem a função de desviar a componente A do sinal Vin, para um trecho de menor impedância. omporta-se como um curto-circuito para o sinal A. Assim, o emissor do TJ está em curto com a referência A. Um capacitor de derivação não interfere na tensão de polarização, pois se comporta como uma circuito aberto em. 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 20 9

10 8-ircuito equivalente e A A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes e A estão no mesmo circuito e para que tenhamos os efeitos da amplificação é necessário conhecer a) inicialmente o ponto de operação do circuito do TJ (ponto Q), que neste caso é determinado exclusivamente pela fonte de polarização ; b) e conhecendo o ponto Q, determinam-se as variações de tensão e corrente partir do sinal A. Para essa determinação utiliza-se o Teorema de Superposição para calcular os efeitos da fonte, os efeitos da fonte A e superpor os efeitos; A solução consiste em dividir o circuito em dois: 1. ircuito quivalente ; 1. alcula-se a I Q, I Q e V Q 2. ircuito quivalente A. 1. Substituir o capacitores por um curto; 2. Substituir as Fontes por um curto; 3. Substituir o transistor pelo modelo elétrico: híbrido ou T; 4. Desenhar o circuito equivalente A. 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador ircuito equivalente Para fazer a análise de um amplificador é necessário: 1) colocar a fonte A 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 do amplificador emissor comum torna-se: 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 22 10

11 8.2-ircuito equivalente A Para fazer a análise A de um amplificador é necessário: 1) colocar a fonte a zero: fonte de tensão torna-se um curto-circuito; 2) substituir os capacitores de acoplamento e derivação por curto-circuitos. 1 X 2 f f Xc curto f Xc cir. aberto Logo, o circuito equivalente para a análise A do amplificador emissor comum torna-se 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 23 Próxima aula Modelo do tjb para pequenos sinais Modelo -Híbrido Modelo T 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 24 11

12 8-Amplificador Resultante -Híbrido R R1 // R2 RL ' RL // R 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 25 8-Amplificador Resultante T R R1 // R2 RL ' RL // R 03 Mai 17 AT15 - TJ como amplificador 26 12