Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com Aula 13 1
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
BJT como amplificador linear Superpondo AC e DC: O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude. 3
BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Inclinação da reta no ponto Q 4
BJT como amplificador linear Ganho de sinal pequeno Ganho negativo! 5
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
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
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
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
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
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
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
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
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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
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
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
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
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
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
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
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
Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos Modelo T Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pelo emissor. 23
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
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
Exercício 26
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
Exercício 28
Exercício 29
Exercício 30
Exercício 31
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
Exercício 33
Exercício 34
Exercício 35
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
Exercício Qual a amplitude do sinal v i? Qual o v o correspondente? 37
Exercício Qual a amplitude do sinal v i? Qual o v o correspondente? O transistor ainda está na região ativa em todo instante? 38
Exercício Ativa B ~0,4V E ~0,3V Sat 39
Exercício Ativa B ~0,4V E ~0,3V Sat 40