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Amplificadores de Tensão – Análise do TBJ para Pequenos Sinais
Partes 3 e 4
Leonardo B. Zoccal
(lbzoccal@unifei.edu.br)
ELT055 – Eletrônica Analógica I - *
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
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Configuração Seguidor de Emissor (Coletor Comum)
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Quando a saída é tirada do terminal emissor do transistor, o circuito é chamado de seguidor de emissor. 
A tensão de saída será menor do que o sinal de entrada, devido à queda de tensão entre base para emissor.
Nesta configuração, a tensão do emissor está em fase com o sinal de entrada (diferentemente da tensão do coletor).
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Devido ao fato do coletor estar aterrado para a análise ca, tem-se, na verdade, uma configuração coletor comum.
A configuração seguidor de emissor é frequentemente usada para fins de casamento de impedância. Possui uma alta impedância na entrada e uma baixa impedância na saída.
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Configuração seguidor de emissor
Circuito com modelo re para análise ca
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Zi
Z0
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Z0
A impedância Z0 é determinada quando Vi = 0
Como geralmente RE >> re
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
AV
Como RE é geralmente muito maior que re então RE + re ≈ RE
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Ai
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Efeito de r0
Zi
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Efeito de r0
Z0
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Efeito de r0
AV
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
As equações anteriores mostradas para a configuração seguidor de emissor são aplicáveis apenas com a substituição de RB por R’, onde R’ é dado por:
Configuração seguidor de emissor com arranjo de polarização por divisão de tensão
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Seguidor de Emissor (CC)
Neste circuito RB novamente é substituído por R’.
Configuração seguidor de emissor com um resistor RC no coletor
As impedâncias de entrada e saída (Zi e Z0) não são afetadas por RC, pois ele não é refletido para os circuitos equivalentes da base ou do emissor. O único efeito de RC será na determinação do ponto Q de operação.
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Parte 4
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Configuração Base Comum
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
A configuração base comum é caracterizada como tendo uma impedância de entrada relativamente baixa, uma impedância de saída alta e um ganho de corrente menor que 1. No entanto, o ganho de tensão pode ser bem elevado
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
A impedância de saída do transistor r0 não é incluída na configuração base comum porque seu valor normalmente está na faixa de MΩ e ela pode ser ignorada quando comparada ao resistor RC em paralelo
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
Zi
Z0
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
AV
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
Ai
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Análise TBJ para Pequenos Sinais
Configuração Base Comum (BC)
Efeito de r0
Para a configuração base comum, r0 = 1/hob está normalmente na faixa de MΩ e é suficientemente maior que a resistência paralela RC para permitir a abordagem em r0 || RC ≈ RC
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Conexão em Cascata do Amplificador TBJ
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Configurações Compostas
Conexão em Cascata
É uma conexão popular de estágios amplificadores.
Basicamente, a conexão em cascata é uma conexão em série em que a saída de um estágio é o sinal de entrada do estágio seguinte.
O ganho global de um amplificador em cascata é o produto dos ganhos individuais dos estágios.
A impedância de entrada do amplificador em cascata é a do estágio 1
A impedância de saída do amplificador em cascata é a do estágio 2
A principal função dos estágios em cascata é atingir um ganho global maior.
A polarização cc e os cálculos ca para um amplificador em cascata seguem as equações deduzidas para os estágios individuais.
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Configurações Compostas
Conexão em Cascata – Amplificador TBJ em cascata
Amplificador em cascata com acoplamento RC construído com TBJs
A vantagem dos estágios em cascata é o grande ganho global de tensão
Ganho de tensão de cada estágio
Impedância de entrada do amplificador é a do estágio 1
Impedância de saída do amplificador é a do estágio 2
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Configurações Compostas
Conexão Cascode
Uma conexão cascode tem um transistor sobre (em série com) outro.
Configuração cascode com um estágio emissor comum (EC) alimentando um seguidor de emissor (CC)
Se uma resistência RL de baixo valor (200 Ω por exemplo) for acoplada diretamente no coletor de Q1 poderá haver sobrecarga no amplificador.
Uma forma de evitar esta sobrecarga é usar um seguidor de emissor entre o amplificador EC e a resistência de carga.
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Configurações Compostas
Conexão Cascode
Uma conexão cascode tem um transistor sobre (em série com) outro.
Configuração cascode com um estágio emissor comum (EC) alimentando um seguidor de emissor (CC)
 Base de Q2 ligada ao coletor de Q1 (tensão cc do coletor de Q1 polariza Q2);
 Se o ganho de corrente cc de Q2 for β a resistência cc olhando para a base de Q2 será β·RL;
 Se β·RL > RC, a tensão cc do coletor de Q1 é ligeiramente alterada;
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Configurações Compostas
Conexão Cascode
Uma conexão cascode tem um transistor sobre (em série com) outro.
Configuração cascode com um estágio emissor comum (EC) alimentando um seguidor de emissor (CC)
 A tensão de saída amplificada do primeiro estágio aciona o seguidor de emissor e aparece na resistência de carga final RL;
 Sem o seguidor de emissor RL sobrecarregaria o primeiro estágio;
 Mas com o seguidor de emissor o efeito da impedância é aumentado por um fator de β.
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Tensão Equivalente de Thevin:
Capacitores de Acoplamento e Desvio
VAB = Vs
Resistência Equivalente de Thevin:
Configurações Compostas
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Tensão Equivalente de Thevin:
Se o circuito operar entre 1KHz e 100KHz utilizar f=1KHz
A idéia é fazer a tensão no capacitor igual a zero, ou seja um curto, assim essa relação deve ser a maior possível
Capacitores de Acoplamento e Desvio
Configurações Compostas
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Os circuitos equivalentes DC e AC, geralmente, não são iguais, principalmente pela presença de um resistor de carga (RL) na saída do amplificador. Isto implica que a reta de carga traçada para as condições de polarização DC não é válida para os sinais variantes no tempo. É necessário definir, e saber desenhar para cada tipo de amplificador, uma reta de carga, denominada de Reta de Carga AC. Como os sinais AC variam entorno do ponto de operação, este pertencerá as duas retas.
Amplificador: Linha de Carga AC
�
�
IC
VCE
ICQ
VCEQ
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A inclinação da linha de carga AC é dada por -1/(RCeq//RL) uma vez que a relação entre ic e vce depende do paralelo entre estes dois resistores. Observar que o ideal seria manter o ponto Q centrado não na reta DC mas sim na reta de carga AC.
Amplificador: Linha de Carga AC
�
�
IC
VCE
ICQ
VCEQ
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A determinação dos pontos de cruzamento com os respectivos eixos (ic(SAT) e vce(CORTE)) é importante para estabelecer a Compliance (máxima excursão do sinal de saída sem distorção) do circuito amplificador.
Parte-se da equação genérica de uma reta e sabe-se que o ponto Q pertence a ambas retas.
Amplificador: Linha de Carga AC, Distorção e Compliance
Se o sinal AC provocar uma excursão muito grande do ponto Q, pode-se ter a distorção por corte, a distorção por saturação ou ambas.
IC
VCE
Reta de carga AC
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Para se obter a maior execução pico a pico do sinal de saída fica evidente a necessidade do ponto Q centrado na reta de carga AC. Não existe solução analítica que leve a este posicionamento.
Amplificador: Linha de Carga AC, Distorção e Compliance
Entretanto, um posicionamento do ponto Q a 1/3 de VCC no circuito de polarização aumenta a probabilidade do ponto Q centrado na reta AC. 
IC
VCE
Reta de carga AC
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Usando o BJT BC548C projetar um estágio amplificador de forma a satisfazer os seguintes valores alvo:
Amplificador: Exemplo
Zin(EC) > 1KΩ,
Zout < 10KΩ,
|AV(OC)| > 100 e
Compliance > 5VPP.
A carga pode ser representada por um resistor equivalente de 10KΩ. A estabilidade do ponto Q é um fator importante neste projeto.
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Dados do BC548C – Ponto de Operação: ICQ= 2mA e VCEQ= 5V
Amplificador: Exemplo
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A opção do circuito de polarização será pelo circuito Universal com projeto firme. Como uma tentativa de posicionar o ponto Q no centro da reta de carga AC, serão atribuídas as proporções de tensões ilustradas a seguir:
Amplificador: Exemplo
33%
57%
10%
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Os valores comerciais adotados(±5%) são: 750, 4K3, 39K e 220K. As potências envolvidas não serão muito superiores a 30mW (2mA∙15V), portanto, resistores de 1/8W são suficientes.
Amplificador: Exemplo
33%
57%
10%
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Tensões totais nos pontos do amplificador. A título de exemplo o gerador de sinais está configurado para uma amplitude de 10mVPP. Todos os sinais são tomados com referência ao terra.
Superposição dos Efeitos: Tensões totais nos pontos do Amplificador (DC+AC)
Amplificador: Exemplo
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Anexos
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
A análise utilizando-se o circuito híbrido equivalente aproximado é bastante similar àquela que foi apresentada no modelo re.
Circuito Híbrido equivalente aproximado para EC
Circuito Híbrido equivalente aproximado para BC
Os parâmetros do modelo híbrido são especificados por uma folha de dados ou análise experimental, logo, a análise cc associada com o uso do modelo re não é parte integrante do uso dos parâmetros híbridos.
Os parâmetros híbridos e os componentes do modelo re estão relacionados: hie = β·re, hfe = β, hoe = 1/r0, hfb = -α e hib = re.
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
As semelhanças sugerem que a análise será muito similar com o modelo re e os resultados de um podem ser relacionados diretamente com o outro
Circuito com Polarização Fixa
Substituição do circuito híbrido equivalente aproximado
Configuração com Polarização Fixa
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Polarização Fixa
Zi
Z0
AV
Supondo 1/hoe ≥ 10·RC, então, I0 = IC = hfe·Ib
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Polarização Fixa
AV
Supondo 1/hoe ≥ 10·RC, então, I0 = IC = hfe·Ib
e RB >> hie, então, Ib ≈ Ii
Ai
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Divisor de Tensão
O circuito equivalente é semelhante ao anterior, onde RB = R1||R2
Zi
Z0
R’ = R1||R2
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Divisor de Tensão
AV
Supondo 1/hoe ≥ 10·RC, então, I0 = IC = hfe·Ib
Ai
R’ = R1||R2
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Polarização de Emissor sem Desvio
Zi
Z0
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração com Polarização de Emissor sem Desvio
AV
Ai
Equação já apresentada anteriormente
Equação já apresentada anteriormente
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Seguidor de Emissor
Zi
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Seguidor de Emissor
Z0
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Seguidor de Emissor
Z0
A impedância Z0 é determinada quando Vi = 0
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Seguidor de Emissor
AV
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Seguidor de Emissor
Ai
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Base Comum
Zi
Z0
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Base Comum
AV
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Circuito Híbrido Equivalente Aproximado
Configuração Base Comum
Ai
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
O uso do circuito equivalente completo mostra o impacto de hr e h0.
Como o modelo híbrido equivalente tem a mesma aparência para as configurações BC, EC e CC, as equações podem ser aplicadas a quaisquer dessas configurações (hfb, hib para BC e hfe, hie para EC).
Sistema de duas portas
Substituição do circuito equivalente completo no sistema de duas portas
O modelo híbrido equivalente completo apresenta parâmetros que não especificam o tipo de configuração (hi, hr, hf e h0).
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Ganho de Corrente Ai
Ai se reduz a hf se o fator h0·RL for pequeno o suficiente quando comparado a 1
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Ganho de Tensão AV
AV = -hf·RL/hi se o fator (hi·h0 - hf·hr)·RL for pequeno o suficiente quando comparado a hi.
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Impedância de entrada Zi
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Impedância de entrada Zi
Zi = hi se o segundo fator for suficientemente menor que o primeiro.
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Impedância de saída Z0
A impedância Z0 é determinada quando Vi = 0
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Modelo Híbrido Equivalente Completo
Impedância de saída Z0
A impedância Z0 é determinada quando Vi = 0
Z0 = 1/h0 para o transistor quando o segundo fator no denominador é suficientemente menor que o primeiro.
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