Eletrônica II - UERJ :: Laboratório de Engenharia Elétricagermano/EletronicaII_2015-1/Aula 20.pdf · Resposta em frequência 13 O que acontece com a resposta ... A frequência

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Eletrônica II

Germano Maioli Penello

[email protected]

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html

Aula 20

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Pauta (T3 e T4)

BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211

CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311

CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411

DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611

FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911

GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211

GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911

HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111

HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211

LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111

LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911

NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111

TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211

ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711

BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611

FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411

GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311

HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311

HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011

HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311

IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611

JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011

LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211

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Pauta (T5 e T6)

ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411

BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811

FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511

HELDER NERY FERREIRA 200620350811

ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011

JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111

JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811

LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111

MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611

MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511

NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911

PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011

RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111

VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011

VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611

VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411

ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011

BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011

CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911

DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011

GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211

ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911

LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111

LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311

LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211

MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611

MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511

RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211

RICARDO ALVES BARRETO 200420419111

WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711

Resposta em frequência

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Até o momento estudamos os amplificadores sem entrar em detalhes sobre a resposta em frequência (consideramos que as resistências de entrada e saída e o ganho dos amplificadores não dependem da frequência)

A experiência mostra que isto não é verdade!


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Ganho apresentado em escala logarítmica (dB)

Baixas frequências – f < fL

Altas frequências – f > fH

Frequências intermediárias – fL < f < fH


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Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass.

Por que consideramos os capacitores como curto-circuito?

Xc = 1 / jwCSe f, Xc 0 Em baixas frequências essa

aproximação não é mais válida!

Se f0, Xc


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Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass.

Por que consideramos os capacitores como curto-circuito?

Xc = 1 / jwCSe f, Xc 0 Em baixas frequências essa

aproximação não é mais válida!

Em baixas frequências os capacitores não podem ser considerados como curtos!

Se f0, Xc


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Por que separar a análise em três regiões em vez de calcular o circuito completo de uma vez?

Separando as regiões, simplificamos a análise e obtemos resultados satisfatórios na banda de frequência do amplificador. Isto permite a obtenção de funções de transferência simplificadas, facilitando o desenvolvimento de um projeto.

Esta técnica é válida desde que fL << fH


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Classificação dos amplificadores em função da resposta em frequência

Acoplado capacitivamente

(Amplificador AC)

Acoplado diretamente

(amplificador DC)

Passa-banda(filtro passa-banda)


Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta?


Passa baixa Passa alta


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Qual é a função de transferência do circuito acima?


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O que acontece com a resposta em frequência de um divisor de tensão se adicionarmos um capacitor de acoplamento (capacitor ligando a entrada à saída) ao circuito?


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O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento)

Baixas frequências

Altas frequências

Com este exemplo, percebemos que um capacitor de acoplamento influencia resposta em frequências do circuito! Neste caso analisamos a influência do capacitor num divisor de tensão.


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Ganho em amplificadores

Ganho constante para uma larga faixa de frequências – faixa de passagem ou faixa de médias frequências.

Em baixas frequências, o ganho é reduzido devido aos capacitores de acoplamento.

Em altas frequências, o ganho é reduzido devido à capacitâncias internas aos dispositivos e à capacitância de carga.

• Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso• Capacitores de acoplamento e bypass como curto

• Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso• Não podemos considerar os capacitores como curto, capacitores incluídos no

cálculo

• Modelo de circuito será revisto incluindo capacitâncias internas dos transistores

• Capacitores de acoplamento e bypass como curto

Resposta em frequência intermediária

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Qual é esta configuração?


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Configuração fonte comum

Como determinar o ganho deste circuito para frequências intermediárias?

Seguindo o passo a passo que já fizemos até o momento no curso. O modelo de circuito equivalente já conhecemos e nesta análise, podemos considerar os capacitores de acoplamento e de bypass como curto circuitos.


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Resposta em baixa frequência

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Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências?


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Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências?

Em baixas frequências, as capacitâncias não podem mais ser consideradas como curto circuitos. Teremos que incluir as reatâncias capacitivas nos cálculos.

Xc = 1 / jwC


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Isolar vs e utilizar a equação de corrente


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Ganho da banda central(slide 18 – considerando C1, C2 e Cs como curto)

Três passa alta acoplados!

Se w >> w01, w02 e w03 recaímos na situação de freq. intermediárias


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Ganho da banda central(slide 18 – considerando C1, C2 e Cs como curto)

Como determinar a frequência de corte?

Três passa alta acoplados!

Determinando fL

fL = w01, w02 ou w03?

Determinando fLA frequência fL é definida quando o ganho cai um fator

Relembrando:

Um decibel (dB) representa a razão entre duas quantidades de potência.

Ganho(bel) = log10(P1/P2)Ganho(decibel) = 10 log10(P1/P2)

Quando aplicado à tensões e correntes

Ganho(decibel) = 20 log10(V1/V2)Ganho(decibel) = 20 log10(I1/I2)

Ganho(dB) = 20 log10(2-1/2) = -10*log(2) = -3dB

Por isso definimos w0 como a frequência de corte

Quando w = w0 , o ganho (função de transferência) cai um fator

fL = w01, w02 ou w03?

Determinando fL

Matematicamente, podemos resolver essa equação para todo w e descobrir qual é o w responsável por fazer o ganho cair por um fator

Assim, determinamos fL

(lembrando que w = 2pf)

Não é uma tarefa fácil ficar resolvendo a equação para cada w…

Um computador ajudaria bastante neste cálculo!

Se não tivéssemos computadores, qual outra maneira de determinar fL?

Determinando fL

Que tal tentarmos resolver esse problema graficamente?

Vamos voltar para um circuito simples:

Determinando fLVoltando ao nosso problema:

Se considerarmos que w01, w02 e w03 são frequências suficientemente separadas, podemos estimar um gráfico que representa esta equação.

Se as frequências estão separadas por pelo menos um fator 4 (duas oitavas), os efeitos de cada uma delas é bem distinto.

Nessas condições, fL é aproximadamente igual à maior frequência das três.

Determinando fL

Normalmente, a maior frequência é a causada por Cs. Isto porque Cs está conectada com 1/gm que é relativamente baixo.

Determinando fL

Até agora, vimos duas maneiras diferentes de determinar fL, analiticamente ou graficamente.

Uma terceira maneira de determinar fL é por inspeção direta do circuito

Sabendo que um circuito RC tem uma frequência (ou um tempo) característico, podemos analisar o circuito e ver quais resistências se acoplam com quais capacitâncias. Assim, determinamos a a frequência de corte (ou constante de tempo) associada a cada capacitor.

Determinando fLInspeção direta do circuito

• Curto circuitar Vsig

• Analisar cada capacitor separadamente (considerar os outros capacitores como curto)

• Determinar a resistência vista pelos terminais de cada capacitor

• Calcular a frequência de corte (ou constante de tempo) associada ao capacitor em análise.


Analisando CC1

Qual a resistência que CC1 vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?


Analisando CC1

CC1 está em série com Rsig e RG

Frequência angular associada a este circuito:

Constante de tempo associada a este circuito:

Frequência associada a este circuito:


Analisando CC1

CC1 está em série com Rsig e RG




Mesmo resultado do slide 32

Faz sentido! w01 aparece por causa da inclusão de CC1 no circuito!


Analisando CC2

Qual a resistência que CC2 vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?


Analisando CC2

CC2 está em série com RL e RD





Analisando CS

Qual a resistência que CS vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?


Analisando CS

Qual a resistência que CS vê ao olhar o circuito a sua esquerda e direita?

Como determinar esta resistência?

Aplicando V e medindo I

Corrente no sentido contrário do desenhado


Analisando CS

CS está em série com 1/gm




Exemplo

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Comentamos que a capacitância que mais influencia na frequência fL é CS por causa da baixa resistência 1/gm associada em série com o CS

Exemplo

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A próxima frequência de corte deve estar ao menos uma década menor

Exemplo

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A próxima frequência de corte deve estar ao menos uma década menor

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