BJT como amplificador
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BJT tem que estar na região ativa (fonte de corrente controlada por tensão)
Corrente ic em função de vBE
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!
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BJT como amplificador linearSuperpondo AC e DC:
O amplificador só será linear se o sinal de entrada tiver uma pequena amplitude.
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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno
Inclinação da reta no ponto Q
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BJT como amplificador linearGanho de sinal pequeno
Ganho negativo!
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BJT como amplificador linearGanho 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?
Aproximação de sinal pequeno
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Análise DC: Incluindo fonte de tensão AC:
Aproximação de sinal pequeno:
Se vbe << Vt, podemos simplificar a exponencial por uma série de potência
(série de taylor)
Aproximação de sinal pequeno
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A aproximação só é válida quando vbe << Vt.
Para fins práticos, à temperatura ambiente (Vt ~ 25mV) vbe < 10mV.
Dentro desta aproximação:
A corrente é composta de uma componente DC e uma componente AC
Analisando a componente AC:
Chamamos gm de transcondutância
Onde:
Transcondutância
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A transcondutância do BJT é proporcional à corrente IC
Para que a transcondutância seja previsível, precisamos de IC estável (ponto quiescente estável)! E também temperatura estável.
IC ~ 1mA gm ~ 40 mA/V (transcondutância maior que do MOSFET)
Segmento linear na curva exponencial
iB e resistência de entrada na
base
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Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ib, determinamos a resistência de entrada na base
Só estamos interessados na corrente de sinal
portanto
iB e resistência de entrada na
base
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Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
rp é proporcional a b e inversamente proporcional à corrente de base IB (consequentemente à corrente de polarização IC)
iE e resistência de entrada no
emissor
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Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Calculando a corrente ie, determinamos a resistência de entrada no emissor
Novamente, estamos interessados apenas na corrente de sinal
Portanto,
iE e resistência de entrada no
emissor
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Resistência vista pela fonte de sinal AC:
A resistência é a razão entre o sinal aplicado e a corrente
Relação entre re e rp
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Ganho de tensão
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Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática
Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho.
Ganho de tensão
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Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática
Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho.
Ganho de tensão
17
Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática
Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho.
Ganho de tensão
18
Já calculamos o ganho de tensão a partir de uma relação matemática
Agora, mostraremos como a aproximação de sinal pequeno obtém o mesmo ganho.
Ganho de tensão
19
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
Separando análises DC e AC
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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.
vBE = VBE + vbe iC = IC + icvCE = VCE + vce, , , etc.
Com isto, podemos fazer as análises DC e AC separadamente.
Análise DC Análise AC
Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos
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Modelo p-híbrido simples
Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pela base.
Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos
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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.
Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos
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Modelo T
Fonte de corrente controlada por tensão com a resistência de entrada olhando pelo emissor.
Modelo de circuito equivalente para sinais pequenos
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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.
Passo a passo para análise de circuitos
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1. Eliminar a fonte de sinal AC e determinar o ponto de operação DC2. 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 equivalente5. Analisar o circuito resultante para calcular o ganho, resistência de entrada e
resistência de saída.
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Exercício
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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 equivalente5. Analisar o circuito resultante para calcular o
ganho, resistência de entrada e resistência de saída.
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Exercício
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Exercício
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Exercício
Exercício
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Exercício
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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 equivalente5. Analisar o circuito resultante para calcular o
ganho, resistência de entrada e resistência de saída.
Exercício
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Exercício
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Exercício
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Exercício
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Se fizermos vbe max = 10 mV, o transistor se
mantém na região ativa?
Lembre-se que vbe max = 10 mV era a condição
para podermos fazer a aproximação de sinais pequenos (vbe << Vt).
Qual a amplitude do sinal vi nesta condição?
Exercício
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Qual a amplitude do sinal vi?
Qual o vo correspondente?
Exercício
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Qual a amplitude do sinal vi?
Qual o vo correspondente?
O transistor ainda está na região ativa em todo instante?
Exercício
39E
B
Sat
Ativa
~0,4V
~0,3V
Exercício
40E
B
Sat
Ativa
~0,4V
~0,3V