transistor-3

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Exemplo 4.10 – continuação (4)
 vBE: onda triangular com 8,6 mV de pico.
 Corrente de coletor:
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Exemplo 4.10 – continuação (5)
 vC: onda triangular com 2,43 V de pico.
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Análise para pequenos sinais – considerações
 Análise de primeira ordem diretamente no circuito (o modelo equivalente é utilizado implicitamente) – Vide exemplo 4.11, figura 4.30 (d).
 Expandindo o modelo p-híbrido para considerar o efeito Early  a corrente de coletor depende não apenas de vBE , mas também de vCE .
 Dependência com vCE  pode ser modelada atribuindo-se uma resistência finita ro na saída da fonte de corrente controlada do modelo p-híbrido.
 ro  VA / IC (VA : tensão Early; IC : corrente cc de polarização do coletor).
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Modelo p-híbrido e o efeito Early
Figura 4.33 O modelo p-híbrido para pequenos sinais, em suas duas versões, com a resistência ro incluída. 
 O ganho será parcialmente reduzido.
 ro >> RC : a redução no ganho será desprezível.
 Ambos os modelos-T podem ser expandidos para levar em conta o efeito Early, incluíndo-se ro entre C e E.
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Modelos p-híbrido e T e o efeito Early
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O efeito Early – revisão
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Parâmetros dos modelos – resumo 
 Parâmetros do modelo em termos das corentes de polarização cc:
 Em termos de gm:
 Em termos de re:
 Relações entre a e b :
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Análise gráfica
 Figura 4.34 – exemplo 4.9 : Análise gráfica 
(1) Determinar o ponto cc de polarização (vi = 0)  iB  vBE : determinar a corrente de polarização da base IB (como fizemos para diodos); (2) iC  vCE (iB constante) e iC  vCE (vBE constante) (Figura 4.15)  determinar o ponto de operação Q.
Figura 4.34 Circuito cuja operação será analisada graficamente.
Restrições impostas
pelo circuito.
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Análise gráfica (2)
Figura 4.35 Construção gráfica para a determinação da corrente cc da base.
Figura 4.36 Construção gráfica para a determinação da corrente cc do coletor IC e da tensão coletor-emissor VCE.
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Análise gráfica (3)
 RC: carga do amplificador  reta com inclinação – 1 / RC : reta de carga.
Q (IC , VCE ): ponto de polarização cc, ou ponto quiescente.
Para a operação do amplificador, Q deve estar na região ativa.
Além disso, Q deve estar no meio da região ativa, para permitir que um sinal (ac) excursione razoavelmente quando o sinal de entrada vi for aplicada.
Exemplo: vi – onda triangular ; vBE = VBB + vi .
Reta com inclinação – 1 / RB : “reta de carga instantânea” 
 Intercepta a curva iB – vBE no ponto cujas coordenadas fornecem os valores instantâneos de iB e de vBE correspondentes ao valor particular de VBB + vi (t).
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Análise gráfica (4)
Figura 4.37 Determinação gráfica das componentes de sinal vbe , ib , ic e vce quando um sinal vi é sobreposto à tensão cc VBB , na figura 4.34.
Aproximação para pequenos sinais
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Efeitos da localização do ponto de polarização na excursão máxima do sinal
 Q iC – vCE : afeta significativamente a excursão máxima permitida no coletor (vCE MAX  VCC  região de corte; vCE MIN  região de saturação).
Figura 4.38 Efeito da localização do ponto de polarização na excursão máxima do sinal: a reta de carga A resulta em um ponto de polarização QA com um VCE correspondente que está muito próximo de VCC e, portanto, limita a excursão positiva de vCE. No outro extremo, a reta de carga B resulta em um ponto de operação muito próximo da região de saturação, limitando portanto a excursão negativa de vCE.
 Valor baixo de RC .
 Valor alto de RC .
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Polarização do TBJ para projetos de circuitos com componentes discretos
 O problema da polarização  estabelecer uma corrente cc constante no emissor do TJB.
 Deve ser calculável, previsível e insensível às variações da temperatura e às grandes variações no valor de b encontradas em transistores de um mesmo tipo.
 Outra consideração importante  localizar o ponto de polarização no plano iC  vCE de forma a permitir a máxima excursão do sinal de saída.
Diferentes abordagens empregadas para resolver o problema da polarização de circuitos projetados com componentes discretos (circuitos integrados – Capítulo 6).
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Arranjos de polarização usando uma fonte de alimentação simples
 Alimentar a base do transistor com uma fração da tensão de alimentação VCC através de um divisor resistivo de tensão R1 e R2. Além disso, um resistor RE é conectado ao emissor.
Figura 4.39 Polarização clássica para TJBs usando uma fonte de alimentação simples: (a) circuito; (b) circuito com o divisor de tensão de alimentação da base substituído pelo seu equivalente de Thévenin.
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Arranjos de polarização usando uma fonte de alimentação simples (2)
 Para que IE fique insensível às variações na temperatura e na variação de b  o projeto do circuito deve satisfazer as condições:
 Por que?
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Arranjos de polarização usando uma fonte de alimentação simples (3)
 VBB >> VBE  pequenas variações em VBE (próximo de 0,7V) serão desprezadas pelo vaor muito maior de VBB.
 Limite superior para VBB : para um dado valor da tensão de alimentação VCC , quanto maior o valor de VBB , menor será a soma das tensões em RC e na junção coletor-base (VCB).
 Por outro lado, deseja-se que a tensão em RC seja a maior possível a fim de obter-se um alto ganho de tensão e uma grande excursão do sinal (antes do transistor entrar em corte).
 Deseja-se, também, que VCB (ou VCE) seja de alto valor para proporcionar uma grande excursão do sinal (antes de o transistor entrar na saturação).
 Requisitos conflitantes: solução  um compromisso.
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Arranjos de polarização usando uma fonte de alimentação simples (4)
 VBB >> VBE .
 Regra prática: VBB  1/3 VCC ; VCB (ou VCE)  1/3 VCC ; ICRC  1/3 VCC .
 RE >> RB / (b+1)  IE insensível às variações de b.
 Pode ser satisfeita escolhendo-se um valor pequeno para RB , o que pode ser obtido usando-se valores baixos para R1 e R2.
 Valores baixos de R1 e R2 , no entanto, implicarão uma maior corrente drenada da fonte de alimentação e normalmente resultarão em redução na resistência de entrada do amplificador (se o sinal for acoplado na base), que é a solução de compromisso envolvida na solução desta parte do projeto.
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Arranjos de polarização usando uma fonte de alimentação simples (5)
 RE >> RB / (b+1)  VB independente das variações do valor de b; VB determinada somente pelo divisor de tensão.  Será satisfeito de a corrente no divisor tiver valor muito maior que a corrente da base.
 Tipicamente, R1 e R2 são escolhidos de tal modo que suas correntes estejam na faixa de IE a 0,1 IE .
 A realimentação proporcionada por RE também contribuem na estabilização da corrente IE (e, portanto, IC).
 Se IE   a tensão IE RE   VE   VBE  (se VB for determinada prioritariamente pelo divisor de tensão R1, R2, que é o caso se RB for pequeno)  IC (e IE)  , gerando uma variação oposta àquela original (maior detalhamento de realimentação negativa – capítulo 8).
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Exemplo 4.12
 Deseja-se projetar a rede de polarização do amplificador na figura 4.39 para estabelecer uma corrente IE = 1 mA usando uma fonte de alimentação VCC = + 12 V.
Solução:
 Regra prática: VBB  1/3 VCC ; VCB (ou VCE)  1/3 VCC ; ICRC  1/3 VCC .
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Exemplo 4.12 (2)
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Exemplo 4.12 (3)
 Suponha que deseja-se, agora, drenar uma corrente mais alta da fonte de alimentação.  Lembre-se que isto resulta em uma menor resistência de entrada para o amplificador.
 Neste caso, podemos usar:
 O efeito desta maior corrente do divisor de tensão sobre a resistência de entrada do amplificador é analisado na seção 4.11 do livro texto.
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Exemplo 4.12 (4)
 No primeiro caso, em que 			:
 No segundo caso (			):
Por simplicidade, o livro texto escolhe RC = 4 kW paraos dois projetos.
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Polarização usando duas fontes de alimentação
 Estrutura mais simples:
Figura 4.40 Polarização para TJB usando duas fontes de alimentação. O resistor RB é necessário apenas se o sinal de entrada for acoplado na base. Em outros casos, a base pode ser conectada diretamente ao terra, resultando em uma independência quase total da corrente de polarização em relação ao valor de b.
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Um arranjo alternativo de polarização
 Arranjo de polarização alternativo simples, porém eficaz, apropriado para os amplificadores na configuração emissor comum:
Figura 4.41 (a) Um arranjo alternativo de polarização simples apropriado para os amplificadores na configuração emissor comum. (b) Análise do circuito em (a).
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Um arranjo alternativo de polarização (2)
 Observe, contudo, que o valor de RB determina a excursão máxima permitida para o sinal no coletor, uma vez que:
 A estabilidade da polarização nesse circuito é obtida pela ação da realimentação negativa introduzida pelo resistor RB.
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Polarização usando uma fonte de corrente
 Vantagem: a corrente do emissor é independente das variações dos valores de b e de RB.
 RB pode ter um valor elevado, permitindo um aumento na resistência de entrada na base sem afetar adversamente a estabilidade da polarização. 
Figura 4.42 (a) Um TJB polarizado usando uma fonte de corrente constante I. (b) Circuito para implementação da fonte de corrente I.
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Polarização usando uma fonte 
de corrente (2)
 Além disso, a polarização usando uma fonte de corrente permite uma simplificação considerável de projeto.
 Q1 e Q2 : um par de transistores casados.
 Q1 : base e coletor em curto  comporta-se, portanto, como um diodo. 
 Q1 e Q2 : valores elevados de b  suas correntes de base podem ser desprezadas (por que?)
 A corrente através de Q1 será aproximadamente igual a IREF :
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Polarização usando uma fonte 
de corrente (3)
 Desprezando-se o efeito Early em Q2 , I permanecerá constante no valor acima enquanto Q2 permanecer na região ativa.
 Isto pode ser garantido mantendo-se a tensão de coletor V maior que a tensão de base ( – VEE + VBE ).
Q1 e Q2 : ligação conhecida como espelho de corrente.
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Configurações básicas de amplificadores de estágio simples com TJB
 Emissor comum (EC); Base comum (BC); Coletor comum (CC).
 Capacitores: acoplamento de sinais (e outros propósitos).
 O amplificador em emissor comum:
 O TJB é polarizado com uma fonte de corrente constante I que possui uma resistência de saída elevada.
 Um capacitor CE conecta o emissor ao terra (CE    XCE 0: um curto para sinais ac): capacitor de passagem (bypass capacitor).
 Fonte do sinal de entrada vS com resistência RS: conectada à base do transistor.
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O amplificador em emissor comum
vo: componente de sinal da tensão de coletor
(RL: conectado ao coletor através de um capacitor de acoplamento de valor elevado).
Entrada do amplificador EC: entre a base e o emissor  amplificador de emissor comum ou amplificador com emissor aterrado.
Ro
Ri
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O amplificador em emissor comum (2)
 Análise  determinação da resistência de entrada Ri , ganho de tensão vo / vs , ganho de corrente io / ib , resistência de saída Ro.
 Transistor  modelo p-híbrido (análise de pequenos sinais eliminar as fontes cc).
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O amplificador em emissor comum (3)
 Se Rs >> rp  o ganho será muito dependente de b (por que?).
 Se Rs << rp  o ganho é independente de b (por que?) 
Para circuitos com componentes discretos, RC << ro (usualmente), e ro pode ser eliminado das expressões anteriores.
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O amplificador em emissor comum (4)
 Substituindo-se
 Avmáx é independente da corrente de polarização IC ! (Exemplo: para uma tecnologia de CI com VA = 100 V  Avmáx = 4000 V/V.)
 No caso de amplificadores CI, esse não é o caso.
 Nestes (capítulo 6), estaremos interessados no máximo ganho que se pode obter em um circuito EC: RC    Avmáx = – gm ro.
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O amplificador em emissor comum (5)
 Para RC << ro  Ai  – b (b é o ganho de corrente de curto-circuito, isto é, com RC = 0, para emissor comum.)
 A resistência de saída Ro : vs = 0  vp = 0  Ro = RC // ro .
 Em resumo, o amplificador EC pode ser projetado para proporcionar:
 Elevados ganhos de tensão e corrente;
 Resistências de entrada de valor moderado;
 Resistências de saída de valor elevado (uma desvantagem – por que?).
 O ganho de corrente do amplificador EC:
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O amplificador em emissor comum (6)
 Em amplificadores multiestágio de ganho elevado, a maior parte do ganho de tensão é usualmente obtida utilizando-se um ou mais estágios emissor comum.
 O amplificador EC, no entanto, possui uma resposta em freqüência relativamente pobre (capítulo 7).
E
C
B
vs
Rs
Ro
Ri
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O amplificador em emissor comum com uma resistência no emissor
 Incluir uma resistência no caminho do sinal entre o emissor e o terra  pode levar a mudanças significativas nas características do amplificador.
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O amplificador em emissor comum com uma resistência no emissor (2)
 Transistor  substituir pelos modelos T (o modelo p resultaria na obtenção dos mesmos resultados, mas de maneira mais trabalhosa. Faça esta análise com o modelo p para treino.)
 Modelo T: a resistência Re no emissor aparecerá em série com a resistência de emissor re do modelo T (podendo, portanto, ser adicionada a ela, simplificando a análise).
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O amplificador em emissor comum com uma resistência no emissor (3)
 A resistência de saída de coletor ro conecta a saída do amplificador a sua entrada, destruindo assim a natureza unilateral do amplificador e complicando a análise consideravelmente.
 No entanto, uma vez que ro é elevado, sua inclusão na análise tem pouco efeito sobre o desempenho do amplificador.  Eliminaremos ro.