eletronica geral ii - parte 1 - amplificadores - 2014

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Amplificadores: ConceitosDisciplina: Eletrônica Geral II

Prof. Roberto Soldi2014 - I

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Conceitos

Amplificador: recebe um sinal de entrada, aumenta sua amplitude (o amplifica) e fornece um sinal de saída para um outro estágio ou um transdutor.

Importante: o sinal de saída deve ser uma réplica exata do sinal de entrada no que diz respeito àforma de onda do sinal (a diferença entre a entrada e a saída deveria ser apenas a amplitude).

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Conceitos

Tipos:Amplificador de tensãoAmplificador de potênciaAmplificador de corrente

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Conceitos

Classes:Classe AClasse BClasse ABClasse CClasse DOutras

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Conceitos

Tipo de Sinal:ÁudioRFVídeo

Implementação:Componentes discretos *Integrados

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Conceitos

Transistores Bipolares de Junção

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Conceitos

Identificação dos terminais

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Conceitos

Princípio de funcionamento

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Conceitos

Alfa e Beta

O alfa de um transistor é a relação entre a corrente de coletor ( IC ) e a corrente de emissor ( IE ), com a tensão entre a base e o coletor ( VCB ) constante.

O beta de um transistor é a relação entre a corrente de coletor ( IC ) e a corrente de base ( IB ) com a tensão entre o coletor e o emissor ( VCE ) constante.

Aula Pratica

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ConceitosLinearidade de um amplificador: Faz com que o sinal de saída do amplificador seja uma réplica exata do sinal de entrada, embora com maior amplitude.

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Conceitos

Símbolos utilizados:

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Conceitos

Ganho de tensão:

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Conceitos

Ganho de Potência:

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Conceitos

Rendimento:

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Conceitos

Amplificador Classe A

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Conceitos

Amplificador Classe B

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ConceitosSaturação do amplificador:

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Conceitos

Polarização:

Para obter amplificação linear: Polarização do circuito, que consiste na aplicação de uma corrente contínua de modo que o circuito funcione no centro da reta de carga.

Ponto Q: ponto de funcionamento estático (ou de quiescência).

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Polarização

CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM

A principal desvantagem deste circuito é a sua susceptibilidade à variação do βCC.

Em circuitos digitais, com o uso de βCC(sat), isto não éproblema.

Mas em circuitos que trabalham na região ativa, o ponto de operação varia sensivelmente com o βCC.

Exemplo:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 100

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

Exemplo 1:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 1001: Ib = (5 – 0,7) / 33K = 0,13 mA2: Ic = β x 0,13 mA = 13 mA3: Vrc = 390 x 13mA = 5,1 V4: Vce = 12 – 5,1 = 6,9 V

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

IcIb

Ib = 0,13 mAIc = 13 mAVce = 6,9 V +12V+5V

390Ω33K

Polarização

IcIb

Ic sat = 30 mA

Exemplo 2:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 200

1: Ib = (5 – 0,7) / 33K = 0,13 mA2: Ic = β x 0,13 mA = 26 mA3: Vrc = 390 x 26mA = 10,1 V4: Vce = 12 – 10,1 = 1,9 V

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

IcIb

Ib = 0,13 mAIc = 26 mAVce = 1,9 V +12V+5V

390Ω33K

Polarização

IcIb

Ic sat = 30 mA

Exercício:No circuito ao lado encontre o valor de R2 para Vce ≈ 6Volts.β = 100

Polarização

Solução:1: Se Vce = 6V, então VRC = 6V. 2: Ic = 6 / 560 = 10,7 mA3: Ib = 10,7 / 100 = 0,107mA4: VR2 = 12 – 0,7 = 11,3V5: R2 = 11,3 / 0,107mA ≈ 105K

Polarização

Solução:Vce = 6V Ic = 10,7 mAIb = 0,107mA

Polarização

Ib

Ic

Icsat = 21,4 mA

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Polarização

POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO

A principal evolução do circuito em relação ao polarização por base é de fixar uma tensão na base, via os resistores R1 e R2.

O valor de Ic deve ser bem maior que IB para a corrente IB não influenciar na tensão sob R2.

Como regra prática, considerar a corrente Ic 20 vezes maior que IB.

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Polarização


REGRAS PARA ANALISE DE CIRCUITO:

1) Supor Ic>> IB

R22) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2* a tensão VR2 não depende de βCC

VR2 - VBE 3) IE = ---------------

RE

30

Polarização


4) VCC = IC (RC + RE) + VCE

VCC - VCE 5) IC = -----------------------

(RC + RE) * βCC não aparece na equação

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Polarização

Exemplo: Encontre o VB, VE, VCE e IE para o circuito ao lado.

Aplicando a regra 2:

R22) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

1KVR2 = ----------- * 30 = 3,85V

6K8 + 1K

VR2 = VB = 3,85

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Polarização


VR2 - VBE 3) IE = ---------------

RE

3,85 - 0,7IE = ------------ => IE = IC = 4,2 mA

750

VE = IE RE = 4,2m*750 => VE= 3,15V

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Polarização



30 = 4,2m * (3K + 750) + VCE

-VCE = 4,2mA (3,75K) -30 *(-1)

VCE = 30 – 15,75

VCE = 14,25V 3,15

14,3

12,55

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Polarização

EXERCÍCIO Encontre o VB, VE, VCE e IE para o circuito ao lado. Considere:

R1= 4KΩR2= 600ΩRc= 1,8KΩRe= 450ΩVcc = 10V

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PolarizaçãoREGRAS DE PROJETO1) VE = 0,1 VCC

2) VCE = 0,5 VCC

3) Para minimizar o efeito do βcc, considerar: R2 ≤ 0,1*βcc*RE (polarização por divisor de tensão firme). βcc: usar pior caso.


R25) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

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Polarização

Exemplo: Polarizar um transistor por divisão de tensão firme. Dados: VCC= 10V, IC= 10mA e βcc= 100.

Regra 1: VE = 0,1 VCC

VE= 0,1*10=> VE=1VComo IE = ICRE= VE/IE = 1/10mARE = 100Ω

Regra 2: VCE = 0,5 VCCVCE= 0,5 * 10VCE = 5 V

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Polarização

Regra 3: R2 ≤ 0,1*βcc*REUsar Bcc no pior caso: 100

R2 ≤ 0,1*100 *100 = 1000Ω

Regra 4: VCC = IC (RC + RE) + VCE10 = 10mA*(RC + 100) + 510 – 5 = 10mA*RC + 14 = 10mA*RC

4RC = ------------ => RC = 400Ω

10mA

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Polarização

Regra 5:R2

VR2 = ---------------- VccR1 + R2

10001,7 = -------------- * 10

1000 + R1

1700 + 1,7*R1 = 100001,7*R1 = 10000 – 1700 = 8300R1 = 8300 / 1,7 => R1 = 4882Ω

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Polarização

Exercício em sala:Projete um circuito de polarização por divisor de tensão com as seguintes especificações: VCC = 20V, IC = 5mA, 80< βcc < 400

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VCC = 20V, IC = 5mA, 80< βcc < 400VE= 0,1*20=2VIE= ICRE= VE/IE => RE=400Ω

VCE= 0,5 VCC VCE = 10 V

R2 ≤ 0,1 * βCC * RER2 ≤ 0,1 * 80 * 400 => R2=3.200Ω

VCC = IC (RC + RE) + VCE20 = 5mA(RC + 400) + 1020 – 10 = 5mA*RC + 220 – 10 – 2 = 5mA*RCRC = 8/5mARC = 1600Ω

Polarização

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Se VE = 2,0 -> VR2 = 2,0 + 0,7 = 2,7V

R2VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

32002,7 = ------------- * 20

3200 + R1

8640 + 2,7*R1 = 64.000

R1 = 20.500 = 20KΩ

Polarização

42

Polarização

Aproxime os valores calculados para valores de mercado e recalcule o VCE:

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PolarizaçãoExemplo: No circuito da figura abaixo, encontre as tensões VE e VCE de cada estágio:

44

Polarização

Exemplo: No circuito da figura abaixo, encontre as tensões VE e VCE de cada estágio:

R2VR2 = ---------------- VCC

R1 + R21K

VR2 = ----------- * 15 => VR2=2,27V5K6 + 1K

IE = (VR2 – 0,7)/RE2,27 - 0,7

IE = ------------ => IE=13,1 mA120

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Polarização

VE = IE*RE = 13,1m*120VE= 1,57V

VCC = IC (RC + RE) + VCEVCE = VCC – IC*(RC+RE)VCE = 15-13,1m*(470+120)VCE=7,3V

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Polarização

• Exercícios: 3.3, 3.4, 3.5 e 3.6 da apostila (paginas 25 e 26).

• Individual.• Entrega até o dia 18/03• Para cada dia de atraso haverá um desconto de 2 pontos.

• Cópia, ambos recebem nota zero.

Modelo de Ebers-Moll

4848

Curva do Transistor

4949

Reta de Carga

Reta de carga na curva do transistor

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Reta de Carga

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Amplificadores de SinalAo injetarmos um pequeno sinal ca à base do transistor, ele se somara às tensões cc de polarização e induzirá flutuações na corrente de coletor de mesma forma e freqüência.O circuito será chamado de amplificador linear (ou de Alta-Fidelidade - Hi-Fi) se a forma do sinal na saída for idêntica ao sinal de entrada.

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Amplificadores de Sinal

Desde que a amplitude do sinal de entrada seja pequena, o transistor usará somente uma pequena parte da reta de carga e a operação serálinear.

Por outro lado se o sinal de entrada for muito grande, as flutuações ao longo da reta de carga levarão o transistor à saturação e ao corte.

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Na figura ao lado a polarização épor divisor de tensão. A entrada do sinal é acoplada à base do transistor via o capacitor C1 e a saída do sinal é acoplada à carga RL através do capacitor C2. O capacitor funciona como uma chave aberta para corrente contínua

e como chave fechada para a corrente alternada. Esta ação permite transferir um sinal ca de um estágio para outro sem perturbar a polarização cc em cada estágio.

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CAPACITOR DE ACOPLAMENTOO capacitor de acoplamento faz a passagem de um sinal ca de um ponto a outro, sem perda significativa do sinal. Na figura ao lado a tensão ca no ponto A é transmitida ao ponto B.

Para não haver atenuação apreciável do sinal, a capacitância reativa XC, comparada com a resistência em série (RTH + RL), precisa ser bem menor.RTH é a impedância do circuito anterior (ou gerador de funções).

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Quanto menor a reatância capacitiva, melhor será o acoplamento, naturalmente não é possível uma reatância nula. Se a reatância for no máximo 10% da resistência total temos um acoplamento estabilizado. A fórmula da reatância capacitiva é:

1XC = --------

2πfCDuas incógnitas: a freqüência e a capacitância. Todo amplificador tem uma faixa de freqüências de operação. A escolha deve recair para o pior caso, ou seja, a menor freqüência do sinal.

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A resistência total (R) é a soma de RL e RTH. Para um acoplamento estabilizado: XC ≤ 0,1R.

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Exemplo: Suponha o projeto de um estágio com transistor na faixa de áudio, 20 Hz a 20kHz. O sinal de entrada entra no estágio via capacitor de acoplamento. Qual o valor mínimo para o capacitor se tivermos uma resistência total de 1 kΩ?

Solução: Cálculo do XC => Xc ≤ 0,1R => 0,1*1.000 =>100ΩA escolha da freqüência recai sobre a de menor valor f=20Hz.

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Como:XC = 1 / 2πfC

Isolando C, temos: C = 1 / 2πfXC

Como Xc ≤ 100Ω, então1

C≥----------------------- = 79,6 uF2*π*20*100

A capacitância deve ser igual ou maior que 79,6 uF

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Aula Pratica

Soma de sinais: CC + CA

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Amplificadores de SinalCAPACITOR DE DESVIOUm capacitor de desvio é semelhante a um capacitor de acoplamento, exceto que ele acopla um ponto qualquer a um ponto aterrado, como mostra a figura ao lado. O capacitor funciona idealmente como um curto-circuito para um sinal ca.

Assim o ponto A está em curto com o terra no que se refere ao sinal ca. O ponto A pode ser designado de terra ca.

O capacitor de desvio não perturba a tensão cc no ponto A porque funciona como um circuito aberto para corrente cc.

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O capacitor C3 da figura ao lado é um exemplo de capacitor de desvio. A sua função no circuito é a de aterrar o emissor para sinais ca e não interferir na polarização cc.

Normalmente todos os capacitores de acoplamento e desvio seguem a regra:XC <= 0,1R.

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TEOREMA DA SUPERPOSIÇÃO PARA AMPLIFICADORES

Num amplificador transistorizado, a fonte cc estabelece correntes e tensões em repouso. A fonte ca produz então, flutuações nessas correntes e tensões.

A maneira mais simples de análise do circuito é dividindo a análise em duas partes: uma análise cc e uma análise ca.

(teorema da superposição).

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Amplificadores de SinalCIRCUITO EQUIVALENTE CC

Significa a análise do circuito considerando a fonte VCC e desprezando a fonte VS. Somente correntes cc atuam neste caso e, portanto, os capacitores são desprezados. Procedimento:1- Reduzir a fonte ca a zero (considerar a fonte VS em curto).2- Abrir todos os capacitores.

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Amplificadores de SinalCIRCUITO EQUIVALENTE CA

Significa a análise do circuito considerando a fonte VS e desprezando a fonte VCC. Somente correntes ca atuam. Os capacitores são considerados em curto.Procedimento:1- Reduzir a fonte cc a zero (considerar a fonte VCC em curto).2- Todos os capacitores em curto.

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Obs.: 1- A corrente total em qualquer ramo é a soma das correntes cc e ca.

2- Igualmente a tensão total em qualquer ponto é soma das tensões cc e ca.

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Amplificadores de SinalβCA - GANHO DE CORRENTE

ALTERNADAA figura mostra a curva IC x IB. βcc é a razão entre a corrente de coletor e a corrente de base. Como o gráfico não é linear, βcc depende do valor do ponto Q. O ganho de corrente ca (chamado de βcaou simplesmente β) é a relação entre a variação da corrente de coletor e a variação da corrente de base para pequenos sinais em torno do ponto Q.

icβ = --------

ib

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AMPLIFICADOR COM EMISSOR ATERRADO

Um aumento da tensão Vs, provoca uma aumento na corrente Ic, e uma diminuição na tensão VCE.A forma de onda na saída é invertida em relação à entrada.

O ganho de tensão é dado por:rc

Av = - -----r’e

Quando temos capacitor no emissor: r’e = 25mV / IE

rC = RL // RCRL pode ser a carga.Caso existe um estágio posterior, considerar RL a Zent do estágio seguinte.


Exercício: Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para o ganho de tensão (Vo/Vi)?


Resposta: rc

Av = - ----- e r’e = 25mV / IE r’e

IE depende da tensão no emissor e depende do divisor de tensão R1 e R2Tensão em R2 = 16 . 3k / (16K+3K) -> VR2 = 2,53 VoltsVe = VR2 – 0,7 = 1,83IE = Ve / 1K = 1,83 / 1K = 1,83 mAr’e = 25mV / 1,83 mAr’e = 13,66

rC = RL // RC neste caso rC = RC pois não há carga.Av = 3,5 K / 13,66Av = 256


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REALIMENTAÇÃOQuando uma parte do sinal de saída de um circuito éaplicado de volta á entrada do mesmo, dizemos que houve uma realimentação no circuito.

Quando o sinal aplicado novamente à entrada do circuito possui a mesma fase que o sinal existente na entrada, este processo é designado como realimentação positiva.

Por outro lado, se o sinal reaplicado na entrada tiver fase oposta ao sinal já existente na entrada, o nome dado é realimentação negativa.

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A realimentação negativa é mais aplicada nos amplificadores e, a realimentação positiva, na maioria dos circuitos osciladores.

A realimentação negativa em amplificadores tem como desvantagem a diminuição do ganho. A sua grande vantagem éestabilização do circuito.

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AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIALNo amplificador de emissor comum a tensão de saída éinversamente proporcional a r’e. E o valor de r’e depende do ponto de operação.

Isto é um problema para a tensão de saída, pois, ela se torna susceptível as variações de temperatura e troca de transistor.

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Amplificadores de SinalUma opção para estabilizar o ganho de tensão é deixar uma certa resistência de emissor sem ser desviada. Esse resistor não desviado recebe o nome de resistor de realimentação porque ele produz uma realimentação negativa.

rcAv = -----------

r'e + RE1

r’e = resistência do emissorEm geral RE1 >> r’e

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IMPEDÂNCIA DE ENTRADA

Na maioria das aplicações a fonte vs tem uma resistência em série como mostrado na figura ao lado:

No circuito equivalente, pode-se ver um divisor de tensão do lado da entrada do transistor. Isso significa que a tensão cana base será menor que a tensão vs.O divisor de tensão é formado pelo resistor RS e os resistores R1 //R2.

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A impedância de entrada do estágio (Zent) é a resultante do paralelo de R1, R2 e Zbase:Zent = R1 // R2 // ZbaseZent = R1 // R2 // β*r’e

No amplificador com realimentação parcial, aplica-se a mesma regra, a única diferença é a impedância de entrada da base. Ela será:Zbase = β(r’e + RE1)

Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para a impedância de entrada da estrutura?A) 250 Ω.B) 2,5 kΩ.C) 700 Ω.D) 500 Ω.E) 1 kΩ.


Zent = R1 // R2 // β*r’er’e = 25mV / IEr’e = 13,66 (exercício anterior)

Zent = 16K // 3K // 125 . 13,66Zent = 16K // 3K // 1707Zent ~ 1K


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IMPEDÂNCIA DE SAÍDAA impedância de saída (sem contemplar a resistência de carga RL) é dada por: Zo = rc

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ESTÁGIOS EM CASCATA

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A polarização cc é analisada individualmente, os capacitores de acoplamento isolam os dois estágios entre si e também da entrada VS e saída RL (o resistor de carga pode, por exemplo, estar representando um terceiro estágio).

Os dois estágios são idênticos para polarização cc.VB= 1,8V VE= 1,1V IE= 1,1mA VC= 6,04V

Com o valor de IE, tem-se r’e : r’e = 25mV / IE r’e = 22,7Ω

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ANÁLISE DO PRIMEIRO ESTÁGIO

O segundo estágio age como uma resistência de carga sobre o primeiro. O valor desta carga é a impedância de entrada do segundo estágio Zentb.

Supondo β = 100:Zentb = R1A // R2A // β*r’e = 10K // 2K2 // 100*22,7 = 1KΩ

Na Figura, RC está em paralelo com Zentb:rc=RC//Zentb =3,6k//1k =783Ω

O ganho de saída do primeiro estágio é:AV= -783/22,7 = -34,5

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Amplificadores de SinalO primeiro e segundo estágios tem a mesma impedância de entrada

1KVb = ------------- * 1m = 0,625 Vpp

1K + 600

Logo a tensão ca de saída do primeiro estágio é:

VC=-34,5*0,625=-21,6mVpp

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ANÁLISE DO SEGUNDO ESTÁGIODevido ao capacitor de acoplamento entre os dois estágios, a tensão ca na base do segundo é igual a -21,6mVpp. rc=RC//RL =3,6k//10k =2647Ω

O segundo estágio tem um ganho de tensão de: AV= -2,65k/22,7= -117

Por fim, a tensão de saída éVsaída= -117*-21,6 mV= 2,53Vpp.

O ganho de tensão total é a razão entre a tensão de saída do segundo estágio pela tensão de entrada:

AVT = Vsaída 2°est. / Ventrada 1°est.= 2,53/0,625m= 4048ou seja, o ganho de tensão total é: AVT= AV1*AV2

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TRANSISTOR DARLINGTONA corrente da base do segundo transistor vem do emissor do primeiro transistor. Portanto, o ganho de corrente entre a primeira base e o segundo emissor é: β =β1*β2

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A principal vantagem da conexão Darlington é a alta impedância de entrada olhando para a base do primeiro transistor: Zent(base)= β * RE

Opera com como um único transistor com um βCC

entre 1.000 e 20.000. Ele pode ser tratado como um transistor comum exceto pelo valor de β e também pelo valor de VBE que passa a ser a soma dos dois VBE’s (1,4V).

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Exercícios do capítulo 4 Para dia 22/04 (dia da prova)Valendo notaEm caso de cópia será dado nota zero para ambos

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• Amplificador de Coletor Comum(seguidor de emissor):


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• Ao se conectar a carga em um amplificador EC, o ganho de tensão diminuí. Quanto menor a resistência de carga, menor será o ganho. Esse problema é chamado de sobrecarga.

• Uma forma de evitar a sobrecarga é usar um amplificador cc (coletor comum), também conhecido como seguidor de emissor.

• O seguidor de emissor é colocado entre a saída do amplificador EC e a resistência de carga.

• Como o coletor está no terra para ca, ele é um amplificador coletor comum (CC). O gerador de sinal está acoplado à base do transistor por meio de um capacitor de acoplamento.

• Ganho de tensão (Av) =1• Impedância de entrada muito alta: Zent = R1 // R2


Exercício: Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para o ganho de tensão (Vo/Vi)?


A) 95.B) 125.C) 35.D) 25.E) 75.

Solução: Considerar os dois estágios em separado. No primeiro o ganho de tensão é dado pela fórmula:

rcAv = -----------

r'eO segundo estágio é um seguidor de sinal, com ganho =1 (tem ganho apenas de potência):


Primeiro estágio (ex anterior) -> r’e = 13,66 ΩZenta = R1A // R2A // β*r’e = 16K // 3K // 125*13,67 = 1KΩ

rC = RL // RC Neste caso: RL = Zent do segundo estágio


Segundo estágio:Zent = R1 // R2 (Emissor comum)R1 = R2 = 22K R1 // R2 = 11KZent = 11K

Amplificadores de SinalGanho no Primeiro estágio:AV = rC / r’erC = Zent (2o estágio) // RCrC = 11K // 3,5K rC = 2,6KAV = 2,6K / 13,66 ~ 191

A pergunta era: Vo / ViComo Zent (1º estágio) = 1KΩTemos um divisor de tensão:Pelo divisor de tensão teremos na base do TR1:Vent = 1K / 2K = 0,5Então Vo/Vi = AV x 0,5 = 191 x0,5 Vo/Vi = 95

95

Amplificador de Base Comum:


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Amplificador de Base Comum:

O ganho de tensão é o mesmo que do amplificador emissor comum sem realimentação parcial, apenas a fase é diferente.Uma das razões para o pouco uso do amplificador BC é sua baixa impedância de entrada. A fonte ca

que aciona o amplificador BC vê como impedância de entrada:

Ze = R’e


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Amplificadores de Potência

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Principais Classes• A• B• AB• C• D, G, H, I, T• Integrados

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Classe A:Ângulo de condução θ=360°O ponto de operação do transistor de saída estálocalizado no centro da região ativa e neste caso a polarização do transistor de saída é semelhante àpolarização de transistores de baixo sinal.

100

Amplificadores de PotênciaA potência de saída, é uma referência apenas à potência útil entregue à carga. A potencia em RC/RE/Transistor é perdida.

VL2

PL = ------- (VL = tensão eficaz na carga)RL

(Vpp)2

PL = -------------8 RL

Vpp é o valor máximo de pico a pico da tensão ca (sem ceifamento). No denominador tem o número 8 resultante da conversão de RMS para pico a pico.

101


Eficiência:

PL η = ------- 100% (PF = Potencia CC dissipada)

PF

Quanto maior a eficiência do amplificador, melhor. Amplificadores classe A tem baixa eficiência: no máximo 25% (teoricamente). Isso ocorre por causa de perdas de potência nos resistores de polarização, de coletor, de emissor e transistor.

102

Amplificadores de PotênciaCLASSE BGeralmente os amplificadores de potência classe B e AB utilizam dois transistores de potência num montagem denominada push-pull.

No amplificador classe B, cada um dos transistores de saída é polarizado num ponto de operação situado na região de corte do transistor, isto é, VBEQ =0.

Desta maneira, a corrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução θ=180°, ou seja, a cada semiciclo do sinal de entrada VBE.

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VccVCEQ = -------

2

RLAv = -----------

RL + r’e

A impedância de entrada na base com carga é:Zent(base) = β(RL + r’e) -> sendo r’e = 25mV / IE

Eficiência η máxima teórica: 78,5%

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CLASSE ABA diferença para a classe B, é que cada um dos transistores de saída é polarizado num ponto de operação situado um pouco acima da região de corte do transistor, (VBEQ>0).

Cada um dos transistores conduz uma pequena corrente de base e, conseqüentemente, uma corrente de coletor proporcional a ela.

A corrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução de θ >180°, porém, menor que 360°.

CLASSE ABA eficiência teórica fica entre 50% e 78,5%.

A grande vantagem é a eliminação da distorção por crossover.


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CLASSE CNo amplificador classe C a polarização estáabaixo da tensão de corte: apenas uma parte de um semicicloestá presente na saída.

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O trabalho com uma parte de um semiciclo aumenta a eficiência energética em comparação com a classe B.

No entanto, não pode ser empregado como amplificador de áudio porque o sinal não pode ser restaurado.

Amplificadores classe C podem ser usados em etapas de potência de transmissores de radiofreqüência, onde filtros e circuitos ressonantes posteriores restauram o sinal e eliminam harmônicos.

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CLASSE DNos amplificadores classe D, os transistores operam como chaves, isto é, estão cortados ou saturados.

Se fossem ideais, a eficiência energética seria 100%. Como isso não existe, os valores práticos são menores, mas chegam perto de 90%.

110


Operação: Os Transistores são comandados por um sinal Vcproveniente de um comparador que, por sua vez, compara um sinal triangular com o sinal da entrada que queremos amplificar.Vc será negativo se Ve > Vt e positivo se Ve < Vt. Se Vc é negativo, Q1 está conduzindo e Q2 cortado (Vm ≈ +Vcc)Se Vc é positivo, Q1 está cortado e Q2 conduzindo (Vm ≈ -Vcc).

111

Amplificadores de PotênciaO filtro passa-baixas formado por L e C deixa passar o valor médio da onda quadrada que chega ao alto-falante, recompondo o sinal senoidal. R1 e C1 compensam a reatância indutiva do alto-falante de forma que ele seja visto como uma carga resistiva.Para uma boa aproximação, a freqüência do sinal triangular deve ser muito superior à do sinal de entrada. Valores típicos estão na faixa de 100 kHz a 1 MHz, dependendo da fidelidade desejada.

112


Classe G: Trabalha como um classe A em pequenas potências e como um classe AB em grandes potências possuindo rendimento em torno de 70%;

Classe H: É um classe AB que trabalha com dois níveis de tensão de alimentação. Um nível mais baixo para baixa potência e outro nível de tensão de alimentação maior para potências maiores, com isso os componentes dissipam menos energia conseguindo um rendimento maior. A desvantagem é a distorção causada pela comutação das fontes para um determinado nível de sinal. Possui rendimento em torno de 70%;

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Classe I: Similar ao classe A mas a alimentação desse estágio é feita por um controlador do tipo classe D (modulação por pulso), com isso o amplificador classe A recebe somente energia o suficiente para alimentar a si próprio e a carga (alto-falante). Desta forma, variando a fonte de alimentação o classe I possui rendimento em torno de 75%;

Classe T: Seu funcionamento é parecido com um classe D mas possui bem menos distorção e pode trabalhar em toda a faixa audível (20Hz a 20KHz). O sinal de áudio entra no amplificador, é transformado digitalmente através de algoritmos em um sinal digital de frequência variável até 1.5MHz que depois é amplificado. Seu rendimento está em torno de 90% e possui menos distorção que um classe D.

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Amplificador Integrado:

115


Exemplo

Projeto (15% da nota final):


117


Bibliografia:Apostila Eletrônica - Prof. Roberto Angelo Bertoli. V3 setembro, 00. DEPARTAMENTO DE ELETRO-ELETRÔNICA, COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP

118

Transistores de Potência

119

Transistor Bipolar de Potencia (BPT)

Referência Características

Aplicações Caixa Pinagem

BUT102 400/300V, 50A, 300W

ChaveamentoPotencia

1-Emissor2-Base3-Coletor

BUT98 850/450V, 30A, 200W

ChaveamentoPotencia

1-Base2-Coletor3-Emissor4-Coletor

BUT11 850/400V, 5A, 100W

ChaveamentoPotencia

1-Base2-Coletor3-Emissor4-Coletor

120

Transistor Operando como Chave

Saturação:

IB é maior que IBSAT (garante a saturação)

Junção CB: diretamente polarizada, VCB varia de 0,4V a 0,5V.

121


Corte:

IB e IC: aproximadamente zero

Junção CB: diretamente polarizada, VCB= Vcc

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Tensão e Corrente no Transistor

A potência dissipada pelas duas junções é dada por:

VBE = 0,7 voltsIB = pequena

123

Regiões de Operação

1 – Corte:Ib = 0 e Ic = 0 ->

P = VBE . Ib + VCE . Ic -> P = 0

2 – Saturação:Ib ≠ 0 (mA) VBE = 0,7V VCE ≈ 0 ->

P = VBE . Ib + VCE . Ic -> P ≈ 0

3 – Ativa ou Transição:Ib ≠ 0 (mA) VBE = 0,7V

Ic ≠ 0 e VCE ≠ 0 -> P ≈ VCE . Ic

124


125


Passam para o estado ligado em menos de 1µs e para

desligado em menos de 2µs. São usados em aplicações

cuja freqüência chega à 100 kHz

DISPOSITIVOCAPACIDADE DE

POTÊNCIAVELOCIDADE DE CHAVEAMENTO

Transistor Bipolar Média Média

MOSFET Baixa Rápida

GTO Alta Lenta

IGBT Média Média

MCT Média Média

Tipos de Chave

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Características Físicas

Materiais utilizados na fabricação do transistor:

– Silício (Si);

– Germânio (Ge);

– Gálio (Ga);

– Alguns óxidos;

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Modelos de Transistores

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Aplicações no Campo da Eletrônica

Controle das deflexões verticais e horizontais de

dispositivos CRT (tubo de raios catódicos) que operam

em alta tensão;

Conversores de tensão, Fontes chaveadas

Ignição automotiva, reatores eletrônicos para lâmpadas;

Amplificação de sinais de áudio em aparelhos de som

(substituto das válvulas);

129

Aplicações no Campo da Potência

Circuito de potencia para interfaceamento entre carga e o respectivo sistema de controle (CLP´s e FPGA´s), atua como chave no acionamento do relé:

eletronica geral ii - parte 1 - amplificadores - 2014

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