1 a a Parte Parte

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IFBA

TBJ TBJ -- Análise CA Análise CA para pequenos sinaispara pequenos sinais

Vitória da Conquista, 2010

CELETCELET – Coordenação do Curso Técnico em EletrônicaProfessor:Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE

11aa ParteParte

IFBA

Amplificador ECAmplificador EC

Introdução

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Capacitor de AcoplamentoCapacitor de Acoplamento

Quando a frequência for suficientemente alta, a reatância capacitiva será muito menor que a resistência;

Lembrando que Z = R + jX

Quase toda a tensão CA alcança o resistor;

E em CC, como a frequência é zero, XC tende ao infinito, pois.

XC = 1 .2πfC

Para projeto

X < 0 1 RXC < 0,1 R

Exemplo 9-1

Capacitor de Desvio (Capacitor de Desvio (bypassbypass))

É similar ao capacitor de Acoplamento;

Ambos para funcionar adequadamente, sua reatância deve ser muito menor que a resistência na frequência mais baixa da fonte CA;

Capacitor de Desvio é utilizado para criar um Terra CA.

XC < 0,1 R

Exemplo 9-2

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Circuito AmplificadorCircuito Amplificador

Ganho de tensãoGanho de tensão

É definido como a tensão de saída dividida pela tensão de entrada.

AV = vout .vin

Operação em Pequeno SinalOperação em Pequeno Sinal

Distorção

A corrente CA do emissor não é uma réplica perfeita da tensão CA na base e quando maior o sinal maior a distorção.q ç

Redução da Distorção - Regra dos 10 %

IE = IEQ + ie

Definido para pequeno sinal, como:

iepp < 0,1 IEQ

•IE = corrente total do emissor;

•IEQ = corrente CC quiescente;

•ie = corrente CA no emissor.

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Beta CABeta CAβ = ic .

ib

Sendo que βCC = hFE e β = hfe para folha de dados, e βCC ≈ β.

Tensão base emissor pode ser expressa por

VBE = VBEQ + vbe

Portanto a resistência CA do emissor é

Resistência CA do Diodo EmissorResistência CA do Diodo Emissor

r’e = vbe .ie

vbe é essencialmente constante

r’e = 50 m . e vamos adotar r’e = 25 m .IE IE

ModelosModelos Para pequeno sinal, onde

• o diodo emissor age como resistência CA r’e;• e o diodo coletor age como uma fonte de corrente ic.

Modelo Ebers-Moll / Modelo “T”

• Impedância de entrada zin(base)

zin(base) = vbe .ib

• Em baixas frequências essa impedância é puramente resistiva

vbe = ier’ebe e e

• Substituindo

zin(base) = vbe . = ie r’e .ib ib

• como ie ≈ ic, temos

zin(base) = βr’e

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ModelosModelos

Modelo “T Modelo “π”

Comparando os dois

• Modelo π é mais fácil de ser usado – a impedância de entrada é evidente;

• Modelo T para alguns circuitos como os amplificador Diferencial fornece mais detalhes de funcionamento.

Análise de um AmplificadorAnálise de um Amplificador

A análise de um amplificador é complexa porque as duas fontes CC e CA estão no mesmo circuito;

Por isso que utilizamos o Teorema de Superposição;q p p ç ;

Dividimos o circuito em dois:

Circuito Equivalente CC; Circuito Equivalente CA.

Análise CA1. Substituir o capacitores por um curto;2. Substituir as Fontes CC por um curto;3 Substituir o transistor pelo modelo;3. Substituir o transistor pelo modelo;4. Desenhar o circuito equivalente CA.

Amplificador com Polarização da Base (pag. 306) Amplificador PDT; Amplificador com Polarização do Emissor por Fonte Dupla.

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Parâmetros HParâmetros H São os valores CA das folhas de dados

É uma aproximação usada desde a invenção do transistor;

Modela o transistor a partir de seus terminais (considerando ele comoum quadripolo) sem considerar o processo físico que ocorre dentro dele;

Têm sido mantido porque são mais fácies de serem medidos que osparâmetros R, que usamos;

É mais prático.

Relações entre os Parâmetros R e H

• Ganho;• Ganho;

β = hfe

• Impedância de entrada

r’e = hie .hfe

• Os dois últimos parâmetros H; hre e hoe , não são necessários para o técnicoem manutenção e para projetos básicos.

22aa ParteParte

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Amplificador ECAmplificador EC

Polarização por Divisor de Tensão

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Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensão

Modelo T

Modelo π

Modelo π X Modelo T

Modelo π


Modelo T ic = βib

vin = ibβr’e

vout = – ic(RC || RL) = – βib(RC || RL)

A βi (R || R ) AV = vout .= – βib(RC || RL)vin ibβr’e

AV = – (RC || RL)r’e

AV = – rc .r’e

vin = ier’e

vout = – icrc

AV = vout .= – icrc . AV = – rc .vin ier’e r’e

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com resistência da fonte


zin(estágio) = R1 || R2 || βr’e

Modelo π vin = vg . zin(estágio)

RG + zin(estágio)

Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensãocom Estágios em Cascata

M d l Modelo π

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Modelo π

Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensãocom Estágios em Cascata

Ganho de Tensão do Primeiro Estágio / rc = RC || zin(estágio)

AV1 = – (RC || zin(estágio)).r’e

Ganho de Tensão do Segundo Estágio / rc = RC || RL

AV2 = – (RC || RL).r’e

Ganho de Tensão Total

AV = (AV1).(AV2)

Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensãocom Realimentação Parcial

Modelo Tode o

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Modelo T

Ganho de Tensão


Ganho de Tensão

vin = ie(re + r’e) = vb

vout = – icrc

Sendo que rc = RC || RL

AV = vout .= – icrc .= – vc .vin ie(re + r’e) vb

Como ic ≈ ie

AV = – rc .re + r’e

Quando re >> r’e

AV = – rc .re

O ganho de tensão varia com

• a corrente quiescente,• temperatura• e com a substituição do transistor,

pois estes valores mudam r’e e β.

Impedância de Entrada da base

zin(base) = vin .


Modelo T

ib

vin = ie(re + r’e)

zin(base) = vin .= ie(re + r’e) .ib ib

Como ic ≈ ie

zin(base) = β(re + r’e)

Para re >> r’e

zin(base) = βre

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Vantagens


AV = – rc . AV = – rc .re + r’e re

Como r’e varia e ele não esta mais presente, a distorção em grandessinais é eliminada.

Maior estabilidade no ganho de tensão;

Aumento na impedância de entrada da base;

β( )zin(base) = β(re + r’e)

Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensãocom Dois Estágios com Realimentação

O 2º estágio é um EC, com o emissor aterrado para CA para produzir oganho máximo;

Com a realimentação um aumento na tensão de saída provoca umaumento em ve no 1º estágio,

o que provoca um aumento na corrente ic, aumentando vRc, diminuindovc que por conseqüência faz a tensão de saída diminuir em um segundomomento.

O efeito total é que a tensão de saída irá variar em uma quantidade muitomenor.

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Polarização por Divisor de TensãoPolarização por Divisor de Tensãocom Dois Estágios com Realimentação

Tensão de Realimentação

ve = re . vout

rf + re

Ganho de Tensão

Av = rf . + 1re

Aproximação

Av = rf .re

aa P tP t

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Amplificador CC e BCAmplificador CC e BC

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Amplificador CC (SeguidorAmplificador CC (Seguidor--dede--Emissor)Emissor)

E lifi d li t ã ti Esse amplificador usa uma realimentação negativatotal. O que torna o ganho de tensão muito estável;

A distorção nele é praticamente inexistente;

A impedância de entrada da base é muito alta;

E o ganho de tensão é aproximadamente 1;

O seguidor de emissor é um amplificador de corrente.


Resistência CA do EmissorResistência CA do Emissor

re = RE || RL

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Ganho de Tensão

vin = ie (re + r’e)

vout = iere

AV = vout .= iere . AV = re .vin ie (re + r’e) re + r’e

Quando re >> r’e

AV = re . AV = 1re


Impedância de Entrada da Base

zin(base) = β(re + r’e)

Impedância de Entrada do Estágio

zin(estágio) = R1 || R2 || β(re + r’e)

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Impedância de Saída

A impedância de saída de um amplificador seguidor de emissor é baixa;

Para conseguir a máxima transferência de potência alguns projetos casam (mesmo valor) a impedância de saída do amplificador com a carga baixa.

zout = RE || (r’e + (RG || R1 || R2)/β)

Para alguns projetos pode-se aproximar para:

zout = RG/β

Exemplo de casamento de impedância de saída com a carga.

Amplificador EC em Cascata com CCAmplificador EC em Cascata com CC

A impedância da carga referenciada para a base do segundo transistor é

Rin = βRL

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Conexões DarlingtonConexões Darlington

β = β1β2

Impedância de entrada muito alto;

Valores de correntes de saídas altos.

Utilização:

Reguladores de tensão;

Amplificadores de potência;

Aplicações de chaveamento com valores de correntes altos.

Conexões DarlingtonConexões Darlington

Análise

A análise de um circuito com Darlington é idêntica à análise do seguidor de emissor;seguidor de emissor;

Sendo que, como existe dois transistores, existem duas quedas VBE;

A corrente da base de Q2 é a mesma corrente no coletor de Q1;

A impedância de entrada na base de Q1 é:

zin(base) ≈ βre

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Seguidor Zener

É a combinação de um regulador zener com seguidor de emissor;

O circuito produz tensões de saída regulada com corrente de maior valor.

Regulador de TensãoRegulador de Tensão

Funcionamento

Se a tensão da fonte variar a tensão zener permanece aproximadamente constante;

A tensão de saída é

Vout = Vz – VBE

Vantagem

IB = Iout .βcc


βcc

Por essa corrente ser menor, pode-se usar zener de menor potência;

Baixa impedância de saída.

zout = r’e + Rz .βcc

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Regulador com Dois Transistores

A tensão de entrada Vin vem de uma ponte retificadora com filtro capacitivo, com 10% da tensão CC de ondulação;

A tensão de saída Vout é quase constante, embora a tensão na entrada e a corrente de carga possam variar muito


entrada e a corrente de carga possam variar muito.

Funcionamento

Q1 - Um aumento na tensão de saída, aumenta VB que por sua vezaumenta IB, o que faz aumentar IC, o que provoca uma diminuição emVC pelo aumento da queda de tensão em R2.

Q2 – Com isso diminui VB. Como Q2 é um seguidor de emissor atensão de saída diminui. Caso contrário é o inverso.

Regulador com Dois Transistores

A tensão em R4 é


V4 = Vz + VBE

A corrente em R4 é

I4 = Vz + VBE

R4

Com isso

Vout = I4(R3 + R4)

P t t t ã d íd Portanto, a tensão de saída

Vout = Vz + VBE (R3 + R4)

R4

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Amplificador em Base ComumAmplificador em Base Comum

Descrição

Nos dois amplificadores a base é aterrada para CA; O sinal de entrada aciona o emissor;; O sinal de saída é retirado pelo coletor;

Pela análise CC

IE = VEE – VBE

RE

Análise CA

Tensão de saídavout ≈ icrc

Tensão de entrada


vin = ier’e

O ganho de tensão é

AV = vout = icrc

vin ier’eComo ic ≈ ie, a equação simplifica para

AV = rc

r’er e

O sinal de saída está em fase com o sinal de entrada;

Idealmente, a fonte de corrente do coletor tem uma impedância interna infinita;

zout ≈ RC

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Tensão do emissorve = vin = ier’e

Uma das principais diferenças do amplificador BC é sua baixa impedância de entrada;

zin(emissor) = ve = ier’e = r’eie ie

A impedância de entrada do circ ito é A impedância de entrada do circuito é:

zin = RE || r’e

Como RE >> r’e normalmente

zin ≈ r’eO circuito BC pode ser usado para acoplar uma fonte de baixa impedância a uma carga de alta impedância, geralmente em alta frequência.

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