Análise CA do Transistor TBJ

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UNIFEI - IESTI
Aulas 10 e 11
Análise CA do Transistor 
TBJ
ECAE03
Eletrônica Analógica I
Professor Luciano Bertini
Sala I.1.2.37
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Introdução
● Ja vimos até agora: a construção, o aspecto e as características 
básicas do transistor e a polarização CC;
● Vamos avaliar agora a resposta CA;
● Empregamos modelos CA para cada configuração;
● Existem três modelos comumente usados na análise CA: o modelo re, o 
modelo π híbrido e o modelo híbrido equivalente.
● O transistor pode ser empregado como um dispositivo amplificador. Isto 
é, o sinal de saída senoidal é maior do que o sinal de entrada senoidal, 
ou, em outras palavras, a potência CA de saída é maior do que a 
potência CA de entrada.
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Introdução
● Surge, então, a seguinte questão: como a potência CA de saída pode 
ser maior do que a potência CA de entrada? 
Resposta: graças à potência CC aplicada
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Introdução
● Em outras palavras, podemos fazer uma análise CC completa de um 
sistema antes de examinar a resposta CA. 
● Uma vez concluída a análise CC, a resposta CA pode ser determinada 
por meio de uma análise completamente CA. 
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Modelagem do transistor TBJ
● A base para a análise do transistor para pequenos sinais é a utilização 
de circuitos equivalentes (modelos).
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Modelagem do transistor TBJ
● Os fabricantes fornecem uma idéia do comportamento do transistor 
através dos chamados parâmetros híbridos
● Um circuito híbrido equivalente é uma representação de um transistor 
usando parâmetros híbridos, facilitando a análise de pequenos sinais. 
Essa abordagem considera o transistor como um modelo com 
componentes passivos, permitindo calcular seu comportamento em 
circuitos amplificadores.
● A desvantagem de usar esse circuito equivalente, no entanto, é que ele 
é definido para um conjunto de condições operacionais que podem não 
coincidir com as condições reais de funcionamento. 
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Modelagem do transistor TBJ
Os parâmetros híbridos são:
● hfe (β): Ganho de corrente em configuração de emissor comum. 
Relação entre a corrente de coletor (Ic) e a corrente de base (Ib).
● hie: Impedância de entrada em configuração de emissor comum. Indica 
a resistência vista na entrada do transistor.
● hoe: Transcondutância inversa. Refere-se à variação da corrente de 
coletor em relação à variação da tensão de coletor-emissor, quando a 
base é mantida em um nível fixo.
● hde: Impedância de saída em configuração de emissor comum, 
representando a resistência de saída do transistor.
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Modelagem do transistor TBJ
● O Resistência de entrada (re) é a resistência vista na entrada do 
transistor em configuração de emissor comum. Ela é inversamente 
proporcional à transcondutância (gm)​
● O modelo re é o que usa esse valor de resistência na modelagem.
● Já o modelo π híbrido é utilizado quase exclusivamente para análise de 
alta frequência. 
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Modelagem CA
● Visto que estamos interessados apenas na resposta CA do circuito, 
todas as fontes CC podem ser substituídas por um potencial nulo 
equivalente (curto-circuito), porque elas determinam somente a 
componente CC (nível quiescente) da tensão de saída, e não a 
amplitude da oscilação CA da saída.
● Os valores CC foram importantes simplesmente para determinar o 
ponto Q de operação apropriado. 
● Uma vez que ele tenha sido determinado, os valores CC poderão ser 
ignorados na análise CA do circuito. 
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Modelagem CA
● Exemplo:
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Modelagem CA
● Removendo-se a parte CC:
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Modelagem CA
● Parâmetros de interesse:
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Modelagem CA
● Reorganizando os elementos:
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Modelo re do transistor
Configuração emissor comum
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Modelo re do transistor
Configuração emissor comum
● Para o circuito equivalente o terminal de entrada é simplesmente um 
único diodo com uma corrente Ie.
● Ainda precisamos acrescentar um elemento que crie a corrente Ie
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Modelo re do transistor
Configuração emissor comum
● Uma aproximação é redesenharmos as curvas características do coletor 
para que ele tenha um β constante
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Modelo re do transistor
Configuração emissor comum
● Duas melhorias ainda possíveis são a substituição do diodo por um 
elemento resistivo e a isolação entre entrada e saída
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Modelo re do transistor
Configuração emissor comum
● Por último, o circuito equivalente pode ser redesenhado com os 
circuitos de entrada e de saída estão isolados e conectados apenas 
pela fonte controlada — uma forma muito mais fácil de trabalhar ao 
analisar circuitos. 
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Tensão Early
● Método descoberto por James M. Early em 1952.
Para a mesma variação de 
tensão, a variação resultante na 
corrente ΔIC é significativamente 
menor para ro2 do que para ro1. 
Assim: ro2 >> ro1
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Tensão Early 
● A impedância de saída é dada pela inclinação da curva IC x VCE
● Pode ser calculada por:
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Modelo re do transistor
● Nos casos em que as folhas de dados de um transistor não incluem a 
tensão Early ou as curvas características de saída, a impedância de 
saída pode ser determinada pelo parâmetro híbrido hoe, que costuma 
ser traçado em toda folha de dados. 
● De qualquer maneira, agora pode ser definida uma impedância de saída 
que aparecerá como um resistor em paralelo com a saída:
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Configuração Base-Comum
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Configuração Base-Comum
● Diodo substituído por re =26mv/IE
● ro será elevada e a impedância de entrada baiza, basicamente re, 
podendo ir até 50Ω
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Configuração Coletor-Comum
● Utiliza o mesmo modelo da configuração emissor-comum
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Análise CA de circuitos com TBJ
● Agora vamos fazer a análise de alguns circuitos usando os modelos 
definidos
● Os circuitos analisados representam a maioria dos circuitos usados na 
prática;
● Modificações nas configurações padrão serão relativamente fáceis de 
examinar.
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Configuração emissor-comum 
com polarização fixa
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Configuração emissor-comum 
com polarização fixa
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Impedância de entrada
● O circuito modelo revela claramente :
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Impedância de saída
● A impedância de saída é definida como a impedância Zo determinada 
quando Vi = 0. Resultado:
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Ganho Av
● Os resistores ro e RC estão em paralelo. Então:
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Relação de fase
● O sinal negativo na equação resultante para Av revela que um 
deslocamento de fase de 180° ocorre entre os sinais de entrada e saída
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Exemplo
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Solução
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Polarização por divisor de tensão
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Polarização por divisor de tensão
● Equivalente CA:
○ Ausência de RE;
○ R1 e RC conectados ao terra;
○ R1 e R2 fazem parte do circuito de entrada;
○ RC é parte do circuito de saída;
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Polarização por divisor de tensão
● Impedância de entrada:
● Impedância de saída (com Vi ajustado para 0 V, resulta em IB = 0 μA e 
βIB = 0 mA):
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Polarização por divisor de tensão
● Ganho AV:
Visto que RC e ro estão em paralelo:
Relação de fase de 
180o entre Vi e Vo
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Exemplo
Determine:
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Solução
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Configuração EC com polarização do emissor
● Os circuitos EC com polarização do emissor incluem um resistor no 
emissor que pode ou não ser curto-circuitado no domínio CA. 
● Primeiro vamos examinar a situação na qual o resistor é incluído (sem 
capacitor de bypass no emissor);
● Em seguida vamos modificar as equações resultantes para a 
configuração sem o resistor (com o capacitor de bypass).
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EC com polarização do emissor sem bypass
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Da lei das tensões de Kirchhoff na malha da entrada:
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Impedância de entrada Zi
● Impedânciade saída Zo
Com Vi ajustado para zero, IB = 0, e βIB pode ser substituído por um circuito 
aberto equivalente. O resultado é:
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Ganho AV:
Relação de fase de 
180o entre Vi e Vo
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Efeito de ro: a consideração de ro traz uma complexidade muito grande 
que na maioria dos casos pode ser desprezada.
● Zi:
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Zo:
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EC com polarização do emissor sem bypass
● Zo:
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EC com polarização do emissor COM bypass
● Se um capacitor estiver conectado em paralelo com RE, o circuito em 
AC se comporta como na configuração emissor-comum com 
polarização fixa.
● Poranto, as mesmas equações serão válidas
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Exemplo 1
● Para o circuito dado, sem o 
capacitor CE, determine:
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Solução
Comparável −3,93 usando AV = −RC/RE
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Exemplo 2
● Repita o problema para o mesmo circuito, mas agora com CE conectado 
no local indicado.
● Solução:
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Exemplo 3
● Para o circuito dado (com CE não 
conectado), determine (usando 
as aproximações adequadas):
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Solução:
● O circuito CA equivalente:
● A configuração resultante difere da polarização do emissor apenas pelo 
fato de que agora:
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Solução
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Exemplo 4
● Repita o Exemplo 3 mas agora com CE no lugar indicado.
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Bypass parcial
● Uma configuração comum com polarização do emissor é a do circuito 
abaixo:
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Configuração Seguidor de Emissor
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Configuração Seguidor de Emissor
● Possui ganho próximo de 1;
● Baixa impedância de saída