Aula 24 - USP€¦ · RL O Amplificador ... Exemplo 5.16: Desejamos analisar o circuito abaixo para determinar o ganho de tensão e as formas de onda nos vários pontos do circuito

1

123

123

Aula 24: O Amplificador Emissor Comum (EC)(p.290-293)

124

PSI 3321– EletrônicaProgramação para a Terceira Prova

19ª 17/05

Estruturas e símbolos dos transistores bipolares de junção, definição dos modos de operação (corte, ativo, saturação) do TBJ, operação do

transistor npn no modo ativo (polarização e distribuição de portadores minoritários).

Sedra, Cap. 5 p. 235-238

20ª 20/05

Equações das correntes no transistor (definição do ganho de corrente em emissor comum - β - e do ganho de corrente em base comum - α),

modelos de circuitos equivalentes para grandes sinais do transistor npn operando no modo ativo, exercícios.

Sedra, Cap. 5 p. 239-243.

21ª 31/05

Análise cc de circuitos com transistores, exercícios selecionados: 5.1, 5.4, 5.10.

Sedra, Cap. 5 p. 246 + 264-269

22ª 03/06

O TBJ como amplificador para pequenos sinais (as condições c.c., a corrente de coletor e a transcondutância)

Sedra, Cap. 5,p. 263-264;p. 275-276.

23ª 07/06

A corrente de base e a resistência de entrada da base, a resistência de entrada do emissor. Ganho de tensão,

Exemplo 5.38, modelos equivalentes (modelos -híbrido e T)

Sedra, Cap. 5,p. 276-279

24ª 14/06

Aplicação dos modelos equivalentes para pequenos sinais, Efeito Early. O amplificador emissor comum (EC) - Exercício 5.43

Sedra, Cap. 5p. 290-293

25ª17/06

Aula de Exercícios

3a. Semana de Provas (20/06 a 24/06/2016)Data: 22/06/2016 (quarta feira) – Horário: 13:10h às 15:10h

1

2

125

24ª Aula: Amplificadores com TBJ

Criando Modelos para Peuenos Sinais para o TBJ

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Explicar a importância e como determinar os principais parâmetros de qualidade de um amplificador (ganhos e impedâncias)

- Analisar circuitos amplificadores na configuração emissor comum determinando parâmetros como ganhos e impedâncias

- Analisar circuitos amplificadores para determinar a forma de onda de tensão de saída, considerando os limites de corte e saturação

126

Uma palavra sobre Circuitos Amplificadores

Carga L

ov

i R

vA

v

(max ) CargaAv

ovo

i

vA

v

Carga L

ov

sig R

vG

v

Carga

ovo

sig

vG

v

Carga L

oi

i R

iA

i

(max ) Carga curtoAi

osis

i

iA

i

Carga L

iin

i R

vR

i

Carga

ii

i

vR

i

0i

xo

x v

vR

i

0sig

xout

x v

vR

i

Amplificador de TensãoAmplificador

de Tensão

Escolhemos estas!!!2

3

127

Uma palavra sobre Circuitos Amplificadores

Carga L

ov

i R

vA

v

(max ) CargaAv

ovo

i

vA

v

Carga L

ov

sig R

vG

v

Carga

ovo

sig

vG

v

Carga L

oi

i R

iA

i


osis

i

iA

i

Carga L

iin

i R

vR

i

Carga

ii

i

vR

i

0i

xo

x v

vR

i

0sig

xout

x v

vR

i

Amplificador de Tensão

Escolhemos estas!!!

128

Uma palavra sobre Circuitos AmplificadoresAmplificador de Tensão

1. Ganho de Tensão: Determinar diretamente a relação vo por vi (ou Vsig), com ou sem carga – como for pedido.2. Impedância de Entrada: Determinar diretamente a relação vi por ii, com ou sem carga – como for pedido.3. Impedância de Saída: Curto-circuitar a fonte de tensão de entrada (vsig) e determinar a relação vx por ix

injetado na saída4. Ganho de Corrente (em curto circuito): Curto-circuitar a saída (RL) e determinar a corrente io

Estratégia de cálculo:

Lv vo

L o

RA A

R R

vo m oA G R

i in

sig in sig

v Rv R R

in Lv vo

in sig L o

R RG A

R R R R

ivo vo

i sig

RG A

R R

Lv vo

L out

RG G

R R

Relações

Carga L

ov

i R

vA

v


osis

i

iA

i

Carga L

iin

i R

vR

i

0sig

xout

x v

vR

i

Carga L

ov

sig R

vG

v

3

4

131

Exemplo 5.14: Desejamos analisar o circuito abaixo para determinar seu ganho de tensão. Suponha = 1005. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas de interesse (por exemplo, ganho de tensão,

resistência de entrada).

O m be Cv g v R be iBB

rv v

R r

CargaCarga

Ov m C

i BB

v rA g R

v R r

Bipolar

O m be Cv g v R be iv v

CargaCarga

Ov m C

i

vA g R

v

Bipolarsem r

1 0992 3 2 98

100 1 09Carga

,k = ,

,v

VA m

V

92 3 276

Cargak =v

VA m

V

4

5

133

O Amplificador TBJ Emissor Comum (EC)

Amplificador EC “conceitual” Amplificador EC

1980 Amplificador EC em chip

134

VO

O Amplificador TBJ Emissor Comum (EC)Polarização

5

6

135

O Amplificador TBJ Emissor Comum sem Re (EC)Análise Pequenos Sinais

/m C Tg I V/ mr g

2. parâmetros

4. modelos

/o A Cr V I

136

/ mr g /m C Tg I V

Agora basta determinar as grandezas de interesse (ganhos, impedâncias, etc.)

/o A Cr V I

O Amplificador TBJ Emissor Comum sem Re (EC) e sem capacitor CEAnálise Pequenos Sinais

6

7

137

/ mr g /m C Tg I V

Agora basta determinar as grandezas de interesse (ganhos, impedâncias, etc.)

/o A Cr V I


138

Carga L

ov

i R

vA

v


osis

i

iA

i

Carga L

iin

i R

vR

i

0sig

xout

x v

vR

i

1. Ganho de Tensão: Determinar diretamente a relação vo por vi (ou vsig).2. Impedância de Entrada: Determinar diretamente a relação vi por ii3. Impedância de Saída: Curto-circuitar a fonte de tensão de entrada (vsig) e determinar a relação vx por ix4. Ganho de Corrente (em curto circuito): Curto-circuitar a saída (RL) e determinar a corrente io

Estratégia de cálculo:

Carga

voGv vsig RL


7

8

139

Carga L

ov

i R

vA

v

1. Ganho de Tensão: Determinar diretamente a relação vo por vi (ou vsig).

( )O L C O mv R R r g v

( )( )B

sigsig B

R rv v

R R r

( )( )

( )B

O L C O m sigsig B

R rv R R r g v

R R r

( )

( )( )

O Bv m O C L

sig sig B

v R rG g r R R

v R R r

( )Ov m O C L

i

vA g r R R

v iSe v v

Carga L

ov

sig R

vG

v

?vG

2. Impedância de Entrada: Determinar diretamente a relação vi por ii

Carga L

iin

i R

vR

i

( )i B iin

i i

v R r iR

i i

iSe v v

in BR R r


140

0 0 0sig iv i v

( )x o C xv r R i

0 ( )mg v aberto 0Se v ( )

C oos R r mi i i g v

iB

vi

r R

3. Impedância de Saída: Curto-circuitar a fonte de tensão de entrada (vsig) e determinar a relação vx por ix

4. Ganho de Corrente (em curto circuito): Curto-circuitar a saída (RL) e determinar a corrente io

0sig

xout

x v

vR

i

xv

xi

( )xout o C

x

vR r R

i


osis

i

iA

i

0 0os mi g v

( )os m B ii g r R i

( )osis m B

i

iA g r R

i

/m C Tg I V/ mr g

2. parâmetros

is m mm

A g r gg

/o A Cr V I


8

9

141

( )v m o C LA g r R R

in BR R r

( )out o CR r R

is m mm

A g r gg

/ mr g /m C Tg I V/o A Cr V I


142

Exemplo 5.16: Desejamos analisar o circuito abaixo para determinar o ganho de tensão e as formas de onda nos vários pontos do circuito. O capacitor C é um capacitor de acoplamento cuja função é acoplar o sinal vi ao emissor e ao mesmo tempo bloquear grandezas cc. Desse modo a polarização ccestabelecida juntamente por V+, V–, RE e RC não será alterada quando o sinal vi for conectado. Para o objetivo deste exemplo, suporemos C como sendo de valor infinito — isto é, agirá como um perfeito curto-circuito nas freqüências de interesse e = 100. De forma similar, um outro capacitor de valor muito alto será usado para acoplar o sinal de saída vo para outras partes do sistema. Use o modelo T.

1. Determine o ponto de operação cc do TBJ e em particular o valor da corrente cc de coletor, IC

2. Calcule os valores dos parâmetros do modelo para pequenos sinais: gm = IC/VT , r = /gm e/ou outros parâmetros (ro), re = VT /IE

3. Elimine as fontes cc substituindo cada fonte cc de tensão por um curto-circuito e cada fonte cc de corrente por um circuito aberto. Substitua os capacitores externos por curtos (freq medias).

4. Substitua a TBJ por um dos seus modelos equivalentes. Embora qualquer um dos modelos possa ser utilizado, um deles deve ser mais conveniente dependendo do circuito a ser analisado.

5. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas de interesse (por exemplo, ganho de tensão, resistência de entrada).

Estratégia de análise:

9

10

143

Os Modelos para Pequenos Sinais para o TBJ

Modelo Tradicional(-Híbrido) Modelo T

1

11

( )

( )

be e e b e

b b e e

v i r i r

ri r i r r

be bv i r

Cm

T

Ig

V

m

rg

AO

C

Vr

I

144


Modelo Tradicional(-Híbrido) Modelo T

1

1 1em m

rr

g g

/T T

em C E

V Vr

g I I

10

11

145


Modelo Tradicional(-Híbrido)

Modelo T

146

Exemplo 5.16:1. Determine o ponto de operação cc do TBJ e em particular o valor da corrente cc de coletor, IC

Supondo Reg Ativa

11

12

147

Exemplo 5.16:2. Calcule os valores dos parâmetros do modelo para pequenos sinais: gm = IC/VT ; r = /gm e/ou re = VT/IE

3. Elimine as fontes cc substituindo cada fonte cc de tensão/corrente por curto-circuitos/circuitos abertos e os caps por curtos (sinal passa integralmente)

4. Crie o circuito para peq sinais e substitua a TBJ por um dos seus modelos equivalentes

0 92 25 37/ , mA / mA/Vm C Tg I V mV 100 37 2 7/ / mA/V , kmr g

2. parâmetros

25 0 93 27/ / , mA/V e T Er V I mV

3. eliminação de fontes cc

4. circuito/modelos para peq sinais

148

Exemplo 5.16:5. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas de interesse (por exemplo, ganho de tensão,


37

2 7

27

mA/V;

, k ;

m

e

g

r

r

12

13

149

Exemplo 5.16:5. Analise o circuito resultante para determinar as grandezas de interesse (por exemplo, ganho de tensão,


37

2 7

27

mA/V;

, k ;

m

e

g

r

r

O e Cv i R

ie

e

vi

r

1

Carga

Carga

Ov C

i e

vA R

v r

0 995 183

27Carga

,k =v

VA

V

5k

10k

150

DESAFIO: Exemplo 5.16: Máxima excursão para pequenos sinais?

10MAX

mVebv

MAX MAX MAX MAXo i v c eb vv v A v v A

0 01 183 1 83MAX

, ,cv V

C C cv V v

5 4 1 83, ,Cv V

13

14

151

MEGADESAFIO: Exemplo 5.16: Máxima excursão para grandes sinais?

10MAX

mVebv MAX MAX MAX MAXo i v c eb vv v A v v A

0 01 183 1 83MAX

, ,cv V

C C cv V v

5 4 1 83, ,Cv V

E E ev V v 0 7 0 2 0 5

SAT, , ,C BE ECv v v V

Saturação:

0,5V

Limite negativo: V– = – 10V

-10V

Região Ativa

Região Saturação

Região Corte (Limitado por V–)

152

Na região de saturação

TBE VSC eIi /v

BC ii BCE iii VVBE 7,0

Região Ativa

B

CsatFORÇADO i

i

VVsatCE 2,0

Região Saturação

●

E o corte? 0 5 0, , , !BE B C E CEV V i i i e V aberto 14

15

153

0 7 0 2 0 5SAT

, , ,C BE ECv v v V

C C cv V v

5 4 1 83, ,Cv V

6. Máxima excursão para grandes sinais: analisar corte e saturação

Saturação:

0,2V

0 10C C C Ci v V R i V Corte:

1.8V (peq.sinais)

E E ev V v

MEGADESAFIO: Exemplo 5.16: Máxima excursão para grandes sinais?

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Aula 24 - USP€¦ · RL O Amplificador ... Exemplo 5.16: Desejamos analisar o circuito abaixo para determinar o ganho de tensão e as formas de onda nos vários pontos do circuito