Universidade Federal de ItajubáInstituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologias da Informação

Engenharia da Computação

ELT303 – Eletrônica Analógica Aplicada

Transistores Bipolares

(Amplificadores a Pequeno Sinal - continuação)

Prof. Paulo César Crepaldi Prof. Leonardo Breseghello Zoccal

Universidade Federal de ItajubáInstituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologias da Informação

Engenharia da Computação

Atenção

O material constante destas notas de aula foi preparado com base na bibliografia recomendada e destina-se a servir como um apoio ao

acompanhamento da disciplina.

Em alguns slides são utilizados recursos coletados da INTERNET e considerados de domínio público.

3

Amplificador ou Estágio Emissor Comum Linearizado (ECLin)O protótipo deste estágio prevê a existência de um resistor equivalente no ramo do emissor como ilustrado a seguir. A vantagem deste tipo de amplificador está no fato

de apresentar um ganho de tensão menos dependente de re e, conseqüentemente, menos dependente de flutuações que possam ocorrer no ponto Q. O preço a ser

pago está na redução do valor absoluto do ganho. Uma vantagem adicional é um aumento da impedância de entrada que é desejável para um amplificador de tensão.

RBeq

RCeq

vin

+

_

iin

vout

+

_

ioutic

ib

vbe

+

_

vce

+

_

REeq ve

+

_

O resistor REeq e RCeq é resultante do circuito equivalente AC e faz parte do circuito de polarização.

Estágio ECLin

4

Amplificador ECLin: Impedâncias

Zin(EC) Zout(EC)

RBeq RCeq

Zin(base) Zout(Coletor)

vin

+

_

iin

vout

+

_

iout

REeq

RBeq

RCeq

vin = vb

+

_

iin

vout = vc

+

_

iout

ro

rpgmvbe

ib

ic

‘

REeqve

+

_

ie

(base)//ZRi

v(ECLin)Z

RhhRr(base)Z

i

vr

iv

r(base)Z

i

v

i

v

i

v(base)Z

inBeqin

inin

EeqfeieEeqin

e

e

e

ein

b

e

b

be

b

bin

p

pp

Lembrando que a equivalência com parâmetros h é possível se houver correspondência entre

os pontos de operação.

5

Amplificador ECLin: Impedâncias

CeqoutCeqout

outCeqout

oEeqie

feEeq

c

cout

oEeqmEeqc

cout

EeqcoEeqcmocc

EeqcoEeqccc

Eeqcbemcc

bemco

EeqcooEeqeooc

R(coletor)ZpR(ECLin)Z

(coletor)ZR(ECLin)Z

rRh

h1R

i

v(coletor)Z

rRg1Ri

v(coletor)Z

RirRigriv

RirRigmiv

Rirovgiv

vgii

RiriRiriv

/

//

RCeq

vin = 0

vout = vc

+

_

iout

ro

rpgmvbe

ib

ic

‘

REeqve

+

_

ie

‘

io

As impedâncias de saída são definidas para o sinal de entrada em repouso (na

realidade é a resistência equivalente Thèvenin que se está calculando).

Assim, tem-se que:vbe = -ieREeq≈ -icREeq

6

Amplificador ECLin: Ganho de Tensão em Circuito Aberto

Eeqfe

ie

CeqVOC

Eeqe

CeqVOC

Eeqeb

Ceqb

in

outVOC

CeqbCeqbemout

EeqebEeqbebin

Eeqeebebein

Rhh

RECLinA

Rr

RECLinA

Rrβi

Rβi

v

vECLinA

RβiRvgv

RrβiβRiβriv

Riβrivvfev

)(

)(

)(

Atenção:O sinal de menos na fórmula indica, da mesma maneira que o estágio EC, uma defasagem de

1800 entre vout e vin

Observar que se o resistor REeq for feito muito maior que re, o ganho em circuito aberto fica

praticamente independente de um parâmetro (re) que é calculado em função do ponto de

operação. Portanto, esta configuração apresenta uma maior estabilidade do ganho (preço pago:

menor valor absoluto do ganho de tensão)

O amplificador ECLin apresenta, qualitativamente, os seguintes valores: Impedância de entrada –Alta (Dezenas de KW); Impedância de Saída – Média-Alta (Unidades a Dezenas de KW); Ganho de Tensão em Circuito Aberto – Baixo (Unidades Dezenas).

7

Amplificador ECLin: Linha de Carga AC

Com o mesmo procedimento efetuado para o estágio EC tem-se:

RBeq

RCeq

vin

+

_

iin

vout

+

_

ioutic

ib

vbe

+

_

vce

+

_ RL

ve

+

_

REeq

A inclinação da linha de carga AC é dada por -1/[(RCeq//RL) + REeq] e

lembrando que o ponto Q pertence a ambas as retas.

EeqLCeqCQCEQ0iccece(CORTE)

EeqLCeq

CEQCQ0vcecc(SAT)

R//RRIVvv

R//RR

VIii

Amplificador ECLin: Exemplo

Usando o BJT BC179B projetar um estágio EC de forma a satisfazer os seguintes valores alvo: Zin(ECLin) > 50K, Zout(ECLin) < 10K, |AV(OC)| ≈ 10. A carga pode ser

representada por um resistor equivalente de 10KW. Utilizar a configuração de polarização por realimentação do coletor.

Por se tratar de um transistor bipolar PNP, todo o projeto será desenvolvido como se fosse um NPN e apenas no final é que será utilizado o esquema de “cabeça para

baixo” para o desenho do circuito final.

8

Amplificador ECLin: Exemplo

Características estáticas (DC) e

dinâmicas (AC) para o BJT BC179B.

Observar que o valor de hFE(DC)=290 corresponde, aproximadamente, à média

geométrica dos limites da dispersão (287,74). O valor de hfe(AC)=330 é,

também, próximo a este valor.O ponto de operação é para IC=2mA

e VCE=5V. Note que estes valores podem aparecer com sinal menos

indicando um transistor PNP.hie, hre, hfe e hoe

9

Amplificador ECLin: ExemploPosicionando o ponto Q em 1/3 da reta DC para aumentar

a probabilidade de estar centrado na reta AC:

IB

IE

IC

VBE -

+

+

-VCC+

-

RC

RB

IC + IB = IE

VRB

+ -

+

-

RE

+

-

33%

57%

10%

0,08Sg12,5ΩI

25mVr

623KΩA6,9

2,2V6,5V

I

VVR

A6,9290

2mA

(typ)h

II

6,5V1,5V5VVVV

2,2V0,7VVV

4275Ω750Ω5,75,7RR

750Ω2mA

1,5VR1,5VV

15VV5VV3

1V

mCQ

e

B

BCB

FE

CB

ECEC

EB

EC

EE

CCCCCEQ

x

O circuito prático para este estágio vai apresentar duas modificações: primeiro o resistor de emissor será “quebrado em dois” para tornar possível a presença de um resistor neste ramo para o sinal AC. Segundo, o resistor RB também será dividido em dois, pois a análise da forma como está representada necessita do conceito de

Realimentação Negativa que será abordado em uma próxima disciplina.

10

Amplificador ECLin: Exemplo

Os valores comerciais adotados são (±5%).Uma estimativa para o resistor que ficará

“restando” no emissor é:

+15V

4K310K

560K 68K

390

390

BC179B

Ci

Ce

Co

Cb

+

+

+

+

417,5R10R12,5

4300

10Rr

R(ECLin)A

EE

Ee

CVOC

A divisão do resistor de base, na forma com está mostrada, será explicada

quando da análise da impedância de entrada.

Observar que: 560K+68K=628K e 390+390=780 .W

Para a análise dos resultados AC e circuito equivalente do estágio, o fato do transistor ser PNP não implica em nenhuma mudança na formulação já deduzida.

11

Amplificador ECLin: Exemplo

Ponto Q simulado:ICQ ≈ 2mA e VCEQ ≈ 4,85V

Pelas potências observadas todos os resistores podem ser de 1/8W.

O BC179B tem uma especificação de potência máxima de 300mW.

RE1390

1.558mW

RE2390

1.558mW

12.86V RB2

68K

3.141uW

8.594V

B

C

Q1BC179B

9.658mW-6.797uA

RC4.3K

17.18mW

1.999mA

RB1

560K

25.87uW

13.44VEVcc

15V

0

Para o equivalente AC considerar que a fonte DC está em repouso e que os

capacitores são curto-circuitos.

4K310K

560K 68K

390

390

BC179B

vin vout

Observar que os potenciais (em relação à referência) nos terminais do emissor, coletor e base são o complemento em relação a 10V

quando comparados com os potencias do projeto com transistor NPN.

Circuito Equivalente AC

12

Amplificador ECLin: Exemplo

20dB9,9320log)(ECLin)(dBA

9,9339012,5

4K

Rr

R(ECLin)A

4K538K//4K/R(coletor)/Z(ECLin)Z

538K16,67K3900,081390(coletor)Z

16,7KS60

1

h

1r

rRgR(coletor)Z

107K560K//133K(base)//ZR(ECLin)Z

133K39012,5330Rrβ(base)Z

390ΩR

4K4K3//68K//68KRR

560KR

VOC

Eeqe

CeqVOC

CEqoutout

out

oeo

oEeqmEeqout

inBEqin

Eeqein

Eeq

CCEq

Beq

x

1

vin

+

_

iin

vout

+

_

iout

390560K

4K3 68K

Divisão do resistor da Base

Para não comprometer o alto valor da impedância de entrada vista da base, o

resistor RB foi dividido de forma a apresentar a sua maior contribuição

justamente deste lado. A contribuição do lado da saída, embora menor, também não compromete em muito o valor do resistor

equivalente no coletor (68K é, pelo menos, 10 vezes maior que 4K3).

13

Amplificador ECLin: Exemplo

11,5V390(4K//10K)2mA5Vv

)//R(RIVv

3,5mA2mA1,67mAi

2mA390(4K//10K)

5Vi

IR)//R(R

Vi

ACcargadeReta

15VV

2,97mAI

2,97mA5050Ω

VI

7504K3

15V

7504K3

VI

RR

V

RR

VI

DCcargadeReta

ce(CORTE)

LCeqCQCEQce(CORTE)

c(SAT)

c(SAT)

CQEeqLCeq

CEQc(SAT)

0mAICE(CORTE)

0VVC(SAT)

CEC

CEC

EC

CC

EC

CEC

C

CE

Q

IC [mA]

VCE [V]

3,5

1

2

3

5 10 1511,55V 6V

10VPP

1Vpp9,93

10VppS

Compliance e Sensibilidade

14

Amplificador EC: Exemplo

vin

+

_

iin

4K

vout

+

_

iout

107K-9,93vin

+

_

10KvS

50

17dB)(carga)(dBA

7,1(carga)A

7,1v10K4K

10K9,93vv

R(ECLin)Z

RvAv(coletor)v

vv50107K

107Kv

R(ECLin)Z

(ECLin)Zvv(base)v

V

V

inin

out

Lout

LinV(OC)out

SSin

Sin

inSin

A avaliação da tensão AC no emissor será deduzida para o

próximo estágio a ser estudado que é o seguidor de emissor.

0.5ms 1.5ms 2.5ms 3.5ms 4.5ms

12.0V

12.4V

12.8V

13.2V

13.6V

6V

7V

8V

9V

10V

11V

Sinais totais na saída na base (≈0,5VPP) e coletor (≈3,5VPP)Ganho com carga ≈ -7