Cap 07 Aula 1 - Modelagem do Transistor TBJ

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Cap 07 
 
Modelagem do Transistor TBJ 
 
Para modelar o TBJ devemos examinar a resposta ac do amplificador 
TBJ para pequenos sinais, revendo o modelo mais usado para representar o 
transistor no domínio ac senoidal. 
Uma das primeiras abordagens na análise ac senoidal dos circuitos a 
transistor é a amplitude do sinal de entrada. Isto determinará se a técnica de 
pequenos sinais ou a de grandes sinais (amplificadores de potência) será 
aplicada. 
 
AMPLIFICAÇÃO NO DOMÍNIO AC 
 
O TBJ como um dispositivo amplificador é utilizado quando se deseja 
um sinal de saída senoidal maior que o sinal de entrada, ou seja, a potência ac 
de saída é maior que a potência ac de entrada. 
 
Pela lei da conservação de energia: 
 
1
)(
)(

entradaPi
saídaPo
 
 
 
O que permite uma potência ac de saída ser maior que a potência ac de 
entrada em um amplificador TBJ é a potência dc. Em outras palavras, há uma 
"troca" de potência dc para o domínio ac que permite estabelecer uma 
potência ac de saída maior. 
 
1
)(
)(1
)(
)(

acPi
acPo
dcPi
acPo
 
 
onde: 
Po(ac)-Potência ac na carga 
 
Pi(dc)-Potência dc Fornecida 
 
 
 2
O mecanismo de controle, inserido no circuito dc simples, atua de 
forma que a aplicação de um sinal relativamente pequeno nesse mecanismo 
pode resultar oscilação muito grande no circuito de saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
Fig.1-Corrente estacionária 
estabelecida por uma fonte dc. 
 
 
 
 
Fig.2-Efeito de um elemento de 
controle no Fluxo em estado 
estacionário do sistema elétrico. 
 
 
MODELAGEM DO TRANSISTOR TBJ 
 
A base para a análise do transistor em pequenos sinais é o uso de 
circuitos equivalentes (modelos). Há dois modelos mais usados na análise ac 
para pequenos sinais: 
 
-Modelo re 
 
-Modelo híbrido 
 
 
 
 
 3
Análise dc 
 
As análises dos níveis dc são importantes somente para determinar o 
ponto-Q de operação apropriada (região ativa). Uma vez determinado, os 
níveis dc podem ser ignorados na análise ac do circuito. 
 
 
Análise ac 
 
Amplificadores TBJ para pequenos sinais devem ser considerados 
lineares para muitas aplicações, permitindo o uso do teorema da 
superposição para isolar a análise DC da análise ac. 
 
Em resumo, o equivalente ac de um circuito é obtido por: 
 
1. Fixando todas as fontes de tensão dc em zero e substituindo-as por um 
curto-circuito equivalente. 
 
2. Substituindo todos os capacitores por um curto-circuito equivalente. 
 
3. Removendo todos os elementos em paralelo com os curtos-circuitos 
equivalentes introduzidos nos passos 1 e 2. 
 
4. Redesenhando o circuito numa forma mais conveniente e lógica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4
 
 
 
 
Fig.3-Circuito com transistor sob exame nesta discussão introdutória. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.4- O circuito após a remoção da fonte dc e a inserção do curto-circuito 
equivalente para os capacitares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.5- Redesenhado para análise ac de pequenos sinais. 
 
 5
 
PARÂMETROS IMPORTANTES: Zi, Zo, Av, Ai 
 
 
Considerando o circuito equivalente (modelo) ac do TBJ como um 
sistema de duas portas para análise e projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Impedância de Entrada, Zi 
 
Para a seção de entrada, a impedância de entrada Zi é definida pela lei 
de Ohm como se segue: 
 
Ii
ViZi 
 
 
Determinação de Zi: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6
Obs: os valores de Vi e Vs são RMS ou de pico a pico. 
EX: Para o circuito, determine o valor da impedância de entrada. 
 
 
 
Impedância de Saída, Zo 
 
A impedância de saída é determinada nos terminais de saída olhando-se 
para dentro do sistema e com o sinal aplicado fixado em zero. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Io
VoZo
Rsensor
VoVIo



 
 
 
 
 
 
 
EX: Para o circuito, determine o valor da impedância de saída. 
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Ganho de Tensão, Av 
 
Uma das mais importantes características de um amplificador é o ganho 
de tensão ac para pequenos sinais, determinado por: 
 
 
Vi
VoAv 
 
 
Para um sistema sem carga conectada aos terminais de saída, o nível do 
ganho de tensão é determinado por: 
 
 8
NLss AvRsZi
ZiAv
Vi
Vo
Vs
Vi
Vi
Vi
Vs
Vo
Vs
VoAv 


)( abertocircuitoRLAv Vi
Vo
NL  
 
AvNL = refere-se a um ganho de tensão sem carga. 
 
 
Para o sistema abaixo: 
 
 
 
 
\\\ 
 
 
 
 
 
 
RsZi
Zi
Vs
Vi
RsZi
VsZiVi




 
 
O ganho do sistema é definido por: 
 
 
 
 
 
 
EX: Para o TBJ da figura abaixo determine: 
A) Vi 
B) Ii 
C) Zi 
D) Avs 
 
 
 
 
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Ganho de Corrente, Ai 
 
O último parâmetro a ser discutido é o ganho de corrente definido 
Por: 
 
Ii
IoAi 
 
 
Para o sistema abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LR
VoIoe
Zi
ViIi 
 
 
LL
L
R
Zi
Vi
Vo
RVi
ZiVo
ZiVi
RVo
Ii
IoAi 
 
 
L
NL R
ZiAvAi 
 
 
 
 
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Para o amplificador TBJ da Fig. 7.54, determine: 
(A) Ii 
(B) Zi. 
(C) Vo. 
(D) Io 
(E) Ai, usando os resultados das letras (a) e (d). 
(F) Ai, usando 
LR
ZiAvAi  . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relações de Fase 
 
As relações de fase entre os sinais de entrada e saída senoidais são 
importantes para um amplificador a transistor típico em freqüências que 
permitem ignorar os efeitos dos elementos reativos. 
 
Os sinais de entrada e saída podem estar em fase ou defasados de 
180°. 
 
EX: No caso do ganho de corrente a equação abaixo mostra que a saída é 
defasada de 180º da entrada: 
 
LR
ZiAvAi 