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Eletrônica II

Germano Maioli Penellogpenello@gmail.com

Aula 13

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

r é proporcional a 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 r

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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

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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

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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.

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 -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 -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

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

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