Amplificador de Pequenos Sinais

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Eletrônica analógica - Teoria 
 
 
 
Amplificadores de 
pequenos sinais 
 
 
 
 
Uma das aplicações mais utilizadas e comuns do transistor bipolar é a de amplificador 
de pequenos sinais. Esse tipo de circuito possibilitou o surgimento do rádio e do 
gravador portáteis que se popularizaram nos anos 60 e 70. 
 
Neste capítulo, você aprenderá a projetar um pré-amplificador, conhecerá as três 
configurações básicas do amplificador a transistor e suas características, bem como a 
maneira de interligar vários estágios amplificadores, inclusive o de potência, a fim de 
obter um circuito amplificador de alto ganho. 
 
 
Configurações básicas 
 
São três as configurações básicas segundo as quais um transistor pode ser utilizado 
como um amplificador, dependendo do terminal que for ligado ao “terra” do circuito 
para os sinais alternados: 
● Emissor comum (EC); 
● Coletor comum (CC); 
● Base comum (BC). 
 
 
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Como cada uma delas apresenta características próprias, seu uso é voltado para 
aplicações específicas. A idéia básica dessas configurações é apresentada a seguir. 
 
 
 
Configuração emissor comum 
O circuito apresentado a seguir é um amplificador na configuração ​emissor comum 
cujo circuito de polarização é o de corrente de emissor constante com divisor de tensão 
na base. 
 
 
 
Os componentes ​C1​​ e ​C2​​ são os ​capacitores de acoplamento​​. O primeiro impede 
que o nível CC da polarização interfira no sinal CA da entrada (V​ent​). Da mesma forma, 
C2 bloqueia o nível CC na saída, permitindo que apenas o sinal CA amplificado chegue 
à saída (V​S​). ​C3​​ é o capacitor de desacoplamento cuja função é desacoplar 
(curto-circuitar) o resistor de emissor do circuito para os sinais alternados, com o 
objetivo de proporcionar um ganho de tensão maior. 
 
Análise do circuito amplificador 
A análise de qualquer amplificador é feita em duas etapas: 
● Análise CC ou análise de polarização; 
● Análise CA ou análise das variações. 
 
Análise CC de amplificadores 
A análise CC consiste em determinarmos o ponto quiescente (Q) do circuito. Para isto, 
todos os capacitores são retirados do circuito, pois para CC a reatância capacitiva é 
elevadíssima. Determinar o ponto Q do circuito significa calcular os valores de Ib, Ic e 
Vce do transistor. 
 
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Deste modo, o circuito equivalente para CC do amplificador apresentado anteriormente 
passa a ser o mostrado a seguir. 
 
 
 
Análise CA de amplificadores 
A análise CA consiste em determinarmos as impedâncias e os ganhos do amplificador. 
Para isto todos os capacitores e fontes de alimentação CC são curto-circuitados pois, 
para CA, a reatância capacitiva e a impedância da fonte CC são baixíssimas. 
 
 
 
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Redesenhando o circuito, o modelo equivalente para CA do amplificador mostrado 
anteriormente passa a ser o mostrado a seguir. 
 
 
 
Na análise CA, devemos calcular os valores dos ganhos, de tensão (A​V​ ou G​V​), de 
corrente (A​I​ ou G​I​) e de potência (A​P​ ou G​P​) e das impedâncias de entrada (Z​ent​) e de 
saída (Z​S​). 
 
Por definição temos: 
 
 
 
 
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Quando se faz a análise CA, é conveniente substituir o transistor pelo ​modelo CA de 
Ebers-Moll​​ visto a seguir: 
 
 
 
Observação 
Para transistor PNP, devemos inverter a seta da fonte de corrente I​C​. 
 
A resistência ​R’​​E​​ que aparece neste modelo equivalente é a ​resistência dinâmica​​ ​da 
junção base-emissor. 
 
Para amplificadores de pequenos sinais, a resistência dinâmica é definida por: 
 
 
 
Nessa igualdade, ​I​​E​​ é a corrente de polarização do transistor, obtida na análise CC. 
 
Substituindo o transistor do circuito equivalente CA pelo modelo de Ebers-Moll 
teremos: 
 
 
 
 
1. Ganho em tensão​​ (G​V​) 
O ganho em tensão indica o quanto o sinal de entrada foi amplificado na saída. 
 
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Nessa igualdade, V​S​ = - R​C ​⋅ I​C 
V​ent​ = (β+1) ⋅ R’​E ​⋅ I​b 
I​C​ = β.I​b 
 
Assim, 
 
 
Considerando β = β+1 e cancelando os termos iguais teremos: 
 
 
Observação 
O sinal negativo indica apenas inversão de fase entre a entrada e a saída do 
circuito pois se V​ent​ ↑, I​C​ ↑, V​Rc​ ↑, V​S​ ↓ , uma vez que V​S​ = V​CC​ – V​Rc 
 
O ganho em tensão também pode ser expresso em uma ​unidade de volume 
chamada de ​decibel​​ (dB), através da relação: 
G​​V​​(dB) = 20 log�G​​V​​ � 
 
Observação 
A função do resistor de emissor R​E​ é aumentar a estabilidade térmica do circuito de 
polarização porém, para os sinais alternados ele é curto-circuitado (desacoplado) 
por C3 com o objetivo de elevar o ganho em tensão. ​Sem​​ o capacitor de 
desacoplamento (​C3​​), o ganho seria: 
 
 
 
2. Ganho em corrente​​ (G​I​) 
O ganho em corrente indica o quanto a corrente CA de entrada foi amplificada na 
saída. 
 
G​​I​​ = A​​I​​ = β 
 
3. Ganho em potência​​ (G​P​) 
O ganho em potência indica o quanto a potência do sinal de entrada foi amplificada 
na saída. 
G​p​ = A​p​ = �G​V​ �. G​i​ = 
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G​p​ = A​p​ =​ 
 
O ganho em potência também pode ser expresso em decibéis: 
G​​p​​(dB) = 10 log G​​p 
 
4. Impedância de entrada (Z​​ent​​) 
Podemos dizer que Z​ent​ é a impedância vista pelo gerador de sinal, na entrada do 
amplificador. 
 
 
 
Observe que Z​ent​ = R​b​ // (β+1) ⋅ R’​E ​⇒​ Z​​ent​​ = Rb ⋅⋅ (β+1) ⋅⋅ R’​​E​​/R​​b​​ + (β+1) ⋅⋅ R’​​E 
 
Observação 
Se o valor de β for elevado, podemos considerar β+1 = β. 
 
 
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Na prática, o valor de Z​ent​ é determinado através de um potenciômetro colocado em 
série com o capacitor de acoplamento de entrada. 
 
 
 
Varia-se P​1​ até se obter ​Vb = V​​ent​​/2​​. Quando isso acontecer, teremos ​P​​1​​ = Z​​ent​​, pois 
formou-se um divisor de tensão com V​ent​, P​1​ e Z​ent​. Em seguida, mede-se P​1​ com o 
ohmímetro e está determinado Z​ent​. 
 
5. Impedância de saída ​​(Z​S​) 
Podemos dizer que Z​S​ é a impedância vista pela carga, na saída do amplificador. 
 
 
 
Neste caso, ​Z​​S​​ = R​​C 
 
 
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Na prática, o valor de Z​S​ é determinado com o auxílio de um potenciômetro conectado 
na saída do amplificador. 
 
 
 
Inicialmente mede-se o valor da tensão na saída (Vs) com a chave aberta. Em seguida, 
fecha-se a chave e ajusta-se P2 até se obter a metade do valor de Vs medido 
inicialmente. Retira-se P2 e mede-se sua resistência. O valor encontrado será igual ao 
da impedância de saída do amplificador. 
 
 
Cálculo dos capacitores 
 
As capacitâncias dos ​capacitores de acoplamento​​ (C​1​ e C​2​) e ​desacoplamento​​ (C​3​) 
dependem da menor freqüência (f​min​) do sinal de entrada a ser amplificado e da 
impedância (Z) ou resistência (R) ligada a eles. 
 
A reatância desses capacitores deve ser, no mínimo, dez vezes menor que a 
impedância prevista para eles. 
 
10​Xc​ ≤ Z ⇒ C = 
 
 
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Desta forma, teremos: 
 
C1 =​ 
 
C2 = 
 
C3 =​ 
 
Reta de carga CA 
Quando aplicamos um sinal alternado na entrada de um amplificador transistorizado, 
este produzirá variações na corrente de base que, por sua vez, provocará alterações 
no ponto quiescente (Q). 
 
 
 
Estas variações do ponto Q não são as mesmas que ocorrem aolongo da reta de 
carga CC pois as resistências de carga CA são diferentes das resistências de carga 
CC. O amplificador possui, portanto, duas retas de carga: 
● Uma reta de carga CC para o circuito de polarização; 
● Uma reta de carga CA para o circuito equivalente CA. 
 
 
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Para traçarmos a reta de carga CA, necessitaremos de, no mínimo, dois pontos: 
1. para V​CE​ = 0 V ⇒ I​C​ = I​CQ​ + V​CEQ​ / Z​S 
2. para I​C​ = 0 A ⇒ V​CE​ = V​CEQ​ + Zs ⋅ I​CQ 
 
 
 
Para que o sinal de entrada seja amplificado sem distorção na saída, é necessário que 
as variações se restrinjam à região ativa. Caso a amplitude do sinal abranja as regiões 
de corte e/ou de saturação, na saída teremos o ceifamento (distorção) do semi ciclo 
positivo e/ou negativo da senóide amplificada. 
 
 
 
 
Compliance CA de saída (C​​CA​​) 
 
A ​compliance CA​​ de saída é o máximo sinal de pico a pico que um amplificador pode 
fornecer, ​sem distorção​​. Ela depende da reta de carga CA e consequentemente do 
ponto quiescente. 
 
Os limites de tensão dos semiciclos positivo e negativo sem distorção são obtidos na 
reta de carga AC: 
● Limite do semiciclo positivo = V​CEQ​; 
● Limite do semiciclo negativo = Z​S​ ⋅ I​CQ​. 
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A compliance CA de saída será igual ao dobro do menor limite do semiciclo. 
 
 
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