Eletrônica Analógica A3 TASK123502

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ELETRÔNICA ANALÓGICA
UNIDADE 3 - TRANSISTORES DE EFEITO DE 
CAMPO E AMPLIFICADORES DE SINAL CA
Autoria: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues - Revisão técnica: Anderson 
Marcolino Pereira de Oliveira
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Introdução
Como você já pôde perceber, nem só de diodos e transistores
bipolares de junção são feitos os circuitos eletrônicos. Assim, o
entendimento a respeito da amplificação em corrente alternada,
transistorizada a partir do uso desses mesmos transistores, é
fundamental. Porém, você sabe o que são os transistores de
efeito de campo? Conhece aqueles com função de junção? E
quanto aos bipolares? Aliás, compreende como se dá o
desenvolvimento de amplificadores transistorizados?
Para responder a esses questionamentos, ao longo desta unidade, estudaremos sobre os transistores de efeito de
campo, também conhecidos como ou FETs. Nesse mesmo ponto, conheceremos os JFETs,Field Effect Transistors
um primeiro exemplo desses tipos de transistores, que são os transistores de junção por efeito de campo. Eles
podem ser divididos pelo tipo de canal, que define os portadores majoritários, sendo que a principal diferença é
que, ao contrário dos transistores bipolares de junção (TBJs), são dispositivos controlados por tensão. Em um
segundo momento, focaremos nos MOSFETs, importantes tipos de transistores de efeito de campo, os quais
recebem tal nome devido ao uso de óxido de metal.
Por fim, veremos os principais detalhes sobre a análise em corrente alternada para que possamos compreender
como desenvolver amplificadores transistorizados a partir do uso de TBJs em suas diversas configurações, a
depender de características importantes, como eficiência, distorção e fase de condução, conforme demandado
para cada possibilidade de aplicação.
Bons estudos!
3.1 JFET: transistor de junção por efeito de campo
Neste primeiro tópico, você reconhecerá as principais características dos transistores de efeito de campo em
geral, com ênfase maior nos transistores de junção por efeito de campo, mais conhecidos como JFETs, devido à
abreviação em inglês de . Além disso, entenderemos o porquê de utilizarmosJunction Field Effect Transistors
esses dispositivos, como eles funcionam e quais são as principais premissas necessárias para sua polarização.
Acompanhe o conteúdo!
3.1.1 Transistores de efeito de campo (visão geral)
Os transistores em geral são divididos, basicamente, em dispositivos unipolares e bipolares: os sãounipolares
os transistores de efeito de campo, enquanto que os são os transistores TBJs.bipolares
No caso dos transistores unipolares, haverá um único tipo de portador para a corrente elétrica, de modo que,
caso esses portadores sejam elétrons, tem-se os JFETs do tipo , por exemplo, devido ao uso do canal ; já caso os
portadores majoritários sejam as lacunas, tem-se os JFETs do tipo , com o uso do canal .
Você o conhece?
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Além disso, os JFETs são dispositivos controlados por tensão, sendo possível listar as seguintes vantagens,
conforme Boylestad e Nashelsky (2013), que também poderão se portar como desvantagens dependendo do tipo
de aplicação:
• possuem alta impedância de entrada (geralmente da ordem de alguns ou vários mega );ohms
• o ganho de tensão em corrente alternada para esses dispositivos normalmente será menor pelo fato de 
que a variação da corrente de saída nos TBJs é maior;
• em geral, são dispositivos de menores dimensões;
• são menos suscetíveis à variação de temperatura.
Sobretudo considerando a , é possível já entendermos o porquê de os JFETs serem maisdimensionalidade
utilizados em circuitos integrados (CI).
Desse modo, utilizaremos os JFETs para aplicações nas quais seja demandada alta impedância de entrada. Assim,
tem-se o uso desses dispositivos para amplificadores transistorizados de múltiplos estágios, por exemplo, sendo
o estágio com o JFET o primeiro no circuito, por conta da alta impedância de entrada fornecida pelo dispositivo.
3.1.2 Visão geral de transistores JFETs
A ideia geral para o desenvolvimento do JFET — bem como um exemplo do dispositivo, de sua polarização e de
sua representação nos circuitos elétricos — pode ser analisada no painel apresentado a seguir.
Os transistores do tipo JFET já foram previstos há anos, mais especificamente em
1925, por Julius Lilienfeld, um físico austro-húngaro judeu que, inclusive, deu origem
a notórias condecorações, como é o caso do Prêmio Lilienfeld da Sociedade Americana
de Física para reconhecimento de contribuições de destaque na área. Outro detalhe
importante é que, em meados de 1930, reconheceu-se a patente do dispositivo
(ABREU; FREITAS, 2017).
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Figura 1 - Ideia geral para desenvolvimento do JFET
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 416-417.
#PraCegoVer: na figura, temos, na parte superior do lado esquerdo, uma pastilha do material do tipo ,
enquanto que, acima há o dreno e, abaixo, a fonte, ligados pela fonte CC , com terminal positivo no dreno e
negativo na fonte. Do lado direito da parte superior, tem-se um JFET com porta simples, mostrando uma
"pastilha" do material tipo com duas regiões no meio, pequenas, dos lados esquerdo e direito, do tipo , sendo
que, na do lado esquerdo, há a porta. Na parte do meio da figura, há a polarização normal do JFET com a fonte de
tensão CC conectada ao negativo na porta e ao positivo na fonte, bem como a fonte de tensão CC com o
positivo conectado ao dreno e o negativo conectado à fonte. Na parte interior, encontramos o símbolo
esquemático do transistor JFET. Do lado esquerdo, com a corrente entrando pela porta e esta representada como
uma seta entrando em um "pi" deitado, com a parte fechada virada para o lado esquerdo. Da perna direita do “pi”
sai o fio do terminal superior, que é o dreno do transistor. Na perna esquerda, tem-se o terminal inferior, da
fonte. No meio, temos o mesmo símbolo, mas com a porta deslocada, representada mais para baixo, na parte
fechada do pi. No lado direito, tem-se o símbolo do JFET canal , igual ao primeiro símbolo, mas a corrente "sai"
da porta.
Note que o diodo formado pelos materiais da porta e da fonte sempre estará polarizado reversamente e, assim
como estabelecemos para os TBJs, pelos símbolos dos circuitos é possível perceber os sentidos de circulação das
correntes.
A tensão na entrada ( ) nesses tipos de dispositivos controla a corrente de saída, a qual circula entre a fonte e
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A tensão na entrada ( ) nesses tipos de dispositivos controla a corrente de saída, a qual circula entre a fonte e
o dreno ( ). Esta, como mencionado, é uma das diferenças básicas dos JFETs com relação aos TBJs
(BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013).
Agora, vamos analisar mais especificamente o funcionamento do . Por meio da configuração de dreno
, é possível obter a relação da corrente máxima nesse terminal, considerando o curto napolarização normal
porta, como mostra a região ativa apresentada na próxima figura, que é definida pela região entre a tensão
mínima ( ) — também conhecida como — e a tensão máxima (tensão de constrição ou estrangulamento
), que corresponde ao valor de ruptura. No caso, representa a corrente do dreno para a fonte, quando a
porta está em curto, estabelecido como o limite superior da corrente no JFET.
Figura 2 - Relações para entendimento da corrente máxima no JFET
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 418.
#PraCegoVer: na figura, na parte superior, tem-se a polarização normal do JFET tipo com a fonte de tensão CC 
 conectada ao terminal negativo na porta, com terminal positivo conectado à fonte, gerando a tensão porta
fonte . Há, também, a fonte de tensão CC conectada pelo positivo no dreno e pelo negativo na fonte. Já do
lado direito, na parte superior, encontramos o curto da porta com um fio formando um caminho fechado entre
ela e a fonte, e a mesma fonte conectada, como no circuito anterior. Na parte inferior da figura, temos o
gráfico da tensão em função da corrente , mostrando que de 0 até há crescimento quase linear da tensão
e corrente, mas com forte inclinação, pois a tensão ainda é muito baixa eme atinge o valor . Este, na região
ativa, representando o curto da porta, mantém-se quase constante, enquanto a tensão aumenta muito, até atingir
o valor de ruptura ( ), no qual a corrente passa a crescer infinitamente.
Essa região de ruptura é denominada . Para esta, define-se a resistência ôhmica do JFET como ,região ôhmica
tal que . Além disso, para diversas tensões de corte da porta ( ) existem outras curvas do dreno,
similares à anterior, mas deslocadas verticalmente, como ocorria na variação da corrente de base do TBJ.
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Normalmente, tem-se que a tensão de corte é igual a menos a tensão . Com isso, denota-se a necessidade de
entender a correlação entre essa tensão e a corrente do dreno, o que é feito a partir da curva de
transcondutância, dada pela relação matemática .
A relação entre tais tensão e corrente não é necessariamente uma reta, mas, conforme diminui em módulo, a
corrente aumenta em direção ao seu valor máximo de . Ademais, em decorrência da polarização da porta, tem-
se uma relação matemática em função da reta de carga e do ponto de operação (ponto Q) — embora já seja
necessário ressaltar que a polarização da porta é a pior forma de polarizar o JFET, devido à grande instabilidade
do ponto Q nesse tipo de configuração —, considerando-se a necessidade de polarização para a região ativa.
Estamos nos referindo à .
Por outro lado, sendo necessário o comportamento de saturação do dispositivo para a implementação de
algumas aplicações práticas de chaveamento, a seguinte corrente de saturação poderá guiar o projeto nesse
caso: , sendo que . Dessa maneira, tem-se a seguinte relação: .
Antes de seguirmos com o conteúdo, vamos realizar uma atividade para fixar os conhecimentos adquiridos até o
momento? Acompanhe na sequência!
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
No próximo item, conheceremos importantes questões acerca da polarização, considerando a polarização na
região ativa e diferentes configurações possíveis, como é o caso do uso da configuração da fonte do JFET com
fonte dupla. Confira!
3.1.3 Polarização do JFET na região ativa
Uma possibilidade de polarização do JFET na região ativa é utilizar o circuito de , que prevê oautopolarização
uso de uma resistência em série para cada terminal, bem como a fonte de tensão aplicada diretamente ao
terminal do dreno, em série com este, sendo que a seguinte aproximação nesses casos é válida: .
O cálculo da tensão na fonte pode ser feito como . Sendo a tensão na porta igual a zero, tem-se que 
.
De acordo com Malvino e Bates (2016), para encontrar o ponto Q de operação nesse tipo de configuração, alguns
passos básicos podem ser tomados, conforme podemos observar a seguir.
Passo 1
Multiplicar o valor de (IDSS) por (RS) para obter o valor de (VGS) para o segundo ponto.
Passo 2
Plotar o segundo ponto, que corresponde à (IDSS) e (VGS).
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Passo 3
Desenhar a reta pela origem e o segundo ponto.
Passo 4
Fazer a leitura das coordenadas no ponto de intersecção.
Além disso, é fundamental analisar que, como o ponto Q não é muito estável, geralmente utilizamos essa
configuração em amplificadores de baixo sinal, como os que existem no estágio inicial dos receptores de
telecomunicação (MALVINO; BATES, 2016). Vejamos a figura a seguir para entendermos melhor!
Figura 3 - Relação entre a escolha do ponto de operação, o funcionamento do circuito e a reta de carga
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 425.
#PraCegoVer: na figura, temos um gráfico da curva característica tensão em função da corrente no dreno (
), que vai de de corte até que a tensão seja nula. O ponto de operação Q está na metade do valor de de
corte. Além disso tem-se as retas correspondentes à de valores em três possíveis faixas: valor alto, reta de
pouca inclinação; valor médio, passando em Q; e valor baixo, com alta inclinação, acima do ponto Q e mais
próxima do eixo .
Já a configuração por é obtida a partir da inserção de outra fonte CC, complementarmente àfonte dupla
configuração vista de autopolarização, tendo-se a fonte no dreno e na fonte. Nesse caso, a corrente no
dreno é dada por .
É possível, ainda, utilizar configurações como a de divisor de tensão ou uma fonte de corrente, que é
implementada a partir do uso de um transistor bipolar de junção, associado à fonte do transistor JFET polarizado.
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No próximo tópico, estudaremos mais detalhes acerca dos transistores MOSFETs — tipos de transistores com
óxido de metal semicondutor —, os quais possuem funcionamento semelhante aos JFETs, porém com algumas
ressalvas. No entanto, antes de seguirmos, realize a atividade prática proposta na sequência!
3.2 MOSFET: transistor de efeito de campo de óxido de 
metal semicondutor
A partir de agora, focaremos em outro importante transistor de efeito de campo: os , que recebem esteMOSFETs
nome devido à abreviação em inglês de .Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
A principal diferença de um MOSFET é, sem dúvidas, o fato de possuir um terminal adicional com relação ao
JFET. Na figura adiante, é possível ter uma visão do MOSFET no modo de depleção. A novidade é a região do tipo 
, denominada , com a porta associada ao uso do dióxido de silício (SiO2).substrato
Você quer ler?
O texto , deAfinador Digital para Violão e Guitarra Elétrica Implementado em FPGA
Telos Galante Mancera, traz uma possibilidade de mostrar diretamente a aplicação
dos JFETs, bem como de seus circuitos de polarização, com o uso desse importante
transistor para a obtenção de um amplificador para violão e guitarra elétrica. Leia o
texto na íntegra clicando no botão abaixo!
Acesse
Vamos Praticar!
Como você pôde perceber, com o JFET, é possível utilizar a polarização por fonte de
corrente, que possui como principal característica o uso de um transistor bipolar de
junção, além de duas fontes CC. Nesse sentido, considerando essa configuração,
pesquise mais detalhes e estabeleça o equacionamento para o cálculo da corrente no
dreno e da tensão nesse mesmo terminal. Depois, compartilhe seus resultados com os
colegas!
http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/18/180450/tce-08112013-164002/?&lang=br
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Figura 4 - MOSFET no modo de depleção
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 472.
#PraCegoVer: na figura, temos uma representação ilustrativa do MOSFET. Similarmente ao JFET, o MOSFET
possui a confecção a partir de uma região com a adição de uma região no meio, deixando um espaço do lado
esquerdo. Essa região é o substrato, da mesma forma que, no JFET, tem-se acima o dreno e, abaixo, a fonte. A
porta, do lado esquerdo, está no dióxido de silício.
De forma similar ao que estabelecíamos para os transistores de efeito de campo do tipo JFET, a polarização do
 pode ser dada de acordo com a seguinte equação para cálculo da corrente no dreno (definida por ): dreno
.
O painel a seguir mostra como é feita, considerando a polarização com portas negativa e positiva, o que ocorre
quando há o modo de no canal , observando as curvas do dreno para variados valores da tensão , adepleção
partir da relação de transcondutância, em que temos duas regiões básicas distintas: o modo de crescimento e o
modo de depleção.
Você quer ver?
Para entender como utilizar os MOSFETs na prática, bem como identificar as
principais características desses importantes dispositivos, sugerimos assistir ao vídeo 
, em que o tema é abordado deO Que é Um MOSFET? Aplicações e Características!!
forma mais detalhada. Clique no botão abaixo e assista!
Acesse
https://www.youtube.com/watch?v=VgfFCt9lHug
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Figura 5 - Observação da polarização com portas negativa e positiva, curvas do dreno e relação de 
transcondutância
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 472-473.
#PraCegoVer: na figura, na parte superior do lado esquerdo, tem-se a configuração com porta negativa. Há uma
fonte conectada pelo negativo com a porta e pelo positivo com a fonte. Também há a fonte conectada
pelo positivo com o dreno e o negativo com a fonte, sendo as fontes de tensão CC. O substrato está ligado ao
terminal negativo de. No lado direito da parte superior, encontramos o mesmo arranjo anterior, porém com
as polaridades trocadas de . No meio, tem-se o gráfico de em função de , no qual há menos variação na
tensão e mais variação na corrente, passando por valores como até e superando-o, no caso do maior
valor de , visto que as distintas curvas variam de de corte até 2. Nas regiões lineares das curvas, há
diversos valores de tensão, mantendo-se a corrente constante e passando de . Por fim, na parte de baixo da
figura, temos a curva em função de . Do lado esquerdo, na parte negativa de , há o modo de depleção, de 
 de corte até . Na parte positiva de , a partir da corrente , tem-se o modo de crescimento.
Por outro lado, por meio da — configuração na qual é possível polarizar o dreno —, é possívelpolarização zero
implementar amplificadores, os quais estão sujeitos à uma tensão dreno fonte dada por . Note,
assim, que essa configuração é muito semelhante à de autopolarização, também pelo equacionamento
desenvolvido.
Analogamente, pode-se estabelecer a , mas, nesse caso, normalmente se utilizapolarização com porta dupla
capacitores, tanto na entrada quanto na saída desses tipos de amplificadores.
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Podemos citar, ainda, aspectos importantes tanto da testagem dos MOSFETs, na prática, quanto do seu uso com
segurança. Sabemos, de fato, que se tratam de dispositivos que demandam cuidados especiais. Boa parte desse
melindre se dá devido ao dióxido de silício utilizado. Os danos nesse material, mais especificamente, podem
ocorrer caso a tensão estabelecida entre a porta e a fonte exceda o valor máximo da porta ( ).
Além disso, é importante considerarmos que, como a porta está isolada, juntamente com a construção do canal
no dispositivo, testar os MOSFETs com instrumentos como ohmímetro e multímetro é ineficiente. Normalmente,
orienta-se à utilização do traçador de curvas de semicondutor (MALVINO; BATES, 2016).
Ademais, especificamente com relação à segurança, uma possibilidade que deve ser considerada é a verificação
do aterramento, já que os materiais possibilitam descargas elétricas.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Por fim, vamos compreender como funciona o , um tipo de MOSFET no qual se prevê a operação noMOSFET-E
modo de crescimento. Para tanto, observe no próximo painel o dispositivo não polarizado, o polarizado e os
gráficos referentes, com as curvas do dreno e de transcondutância.
Figura 6 - MOSFET no modo de crescimento MOSFET-E
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 476-477.
#PraCegoVer: na figura, do lado esquerdo, na parte superior, há um dispositivo formado pela associação NPN,
com a porta do lado esquerdo no dióxido de silício, o dreno no material na parte superior, a fonte no material 
na parte inferior e o substrato no material no meio. Do lado direito, na parte superior, o mesmo dispositivo está
polarizado, conectado ao terminal positivo na porta e o negativo na fonte . Utiliza-se o resistor diretamente
ligado ao dreno, em série com a fonte CC , com o positivo ligado ao resistor e o negativo ligado à fonte. O
substrato está ligado ao negativo de . Na parte de baixo, temos os gráficos, sendo do lado esquerdo o das
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substrato está ligado ao negativo de . Na parte de baixo, temos os gráficos, sendo do lado esquerdo o das
curvas do dreno, com em função de , com enorme aumento da corrente para um pequeno aumento da
tensão no início, até que a corrente permanece constante e a tensão continua crescendo. A curva mais abaixo
corresponde à e, acima, há a curva para igual a 5, 10 e 15 . Do lado direito, encontramos o gráficovolts
da tensão em função da corrente , mostrando que, até , a corrente é nula. A partir desta, aumenta,
entrando na região ativa. Também há um aumento da tensão. Quando atinge o valor de saturação ( ), chega-se
à região ôhmica, na qual a tensão ainda cresce até .
Nesse tipo de circuito, a tensão é tratada como um valor de limiar, considerando seu valor mínimo. Dessa
forma, estabelece-se o valor de . Além disso, temos o valor máximo dessa tensão, que deve ser estabelecido
em função da própria capacidade do dispositivo, semelhantemente ao estabelecido para tensão de Zener, por
exemplo, embora esta seja menor.
3.3 Amplificadores de sinal CA
Ao longo deste tópico, entenderemos como proceder a análise em corrente alternada (CA) para compreender
como pode ser desenvolvido um amplificador a partir do uso de transistores bipolares de junção (TBJs).
Dessa maneira, veremos o modelo equivalente em CA e outros pontos necessários para determinar os principais
parâmetros nesse tipo de avaliação. Acompanhe o conteúdo com atenção!
3.3.1 Modelos de corrente alternada
A partir deste ponto, avaliaremos como calcular tanto o ganho de tensão quanto os valores de tensão em
corrente alternada, a fim de aprendermos importantes tipos de circuitos: os amplificadores de sinal CA
.transistorizados
De forma sucinta, vale mencionar que, após um transistor ser polarizado com o ponto Q (de operação) próximo
ao centro da reta de carga, é possível acoplar um dado valor baixo de tensão CA na base desse dispositivo.
Conforme nos explicam Malvino e Bates (2016), isso é capaz de produzir uma tensão CA no coletor que possui a
mesma forma de onda, porém de amplitude maior. Portanto, tem-se a amplificação da tensão CA aplicada à base.
Para entendimento de circuitos mais complexos, consideraremos o . Umamplificador com polarização da base
exemplo de configuração básica, já estabelecendo os parâmetros e as formas de onda correspondentes, é visto na
próxima figura.
Vamos Praticar!
Considere que, para o uso de um MOSFET no modo de crescimento para um circuito
de dado computador, seja necessário determinar o valor da resistência entre o dreno
e a fonte, quando o dispositivo estiver ligado. Como você poderia estimar tal
parâmetro?
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Figura 7 - Exemplo prático de amplificador com polarização da base
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 286.
#PraCegoVer: na figura, temos a fonte de tensão alternada em série com um capacitor e um transistor TBJ do
tipo NPN, que está conectado ao capacitor pela base, tendo o resistor de 1 mega ohm. Demonstra-se a tensão
de entrada dessa fonte, uma forma de onda típica senoidal e a tensão de entrada no mesmo formato na base do
TBJ, mas com amplitude de 0,7 . O resistor , conectado ao coletor (5 quilos ohms) também está conectadovolts
à , com ambos ligados à fonte CC ( ) de 30 . A tensão no ponto do coletor é senoidal, amplificada, evolts
possui 15 , apresentada pela forma de onda. Do coletor, tem-se a ligação com a série capacitor e resistor devolts
carga ( ), que possui 100 quilos ohms. A tensão nesse resistor pode ser vista com uma forma de onda senoidal e
amplificada em comparação à entrada.
O ganho de tensão, nesse caso, é dado pela relação . Para esse circuito de exemplo, observe que o ganho
seria de 500. A partir do ganho, é possível tomar a amplitude da tensão de saída ou a própria tensão
de entrada . Esta, principalmente, poderá ser estimada na prática para o projeto do circuito,
considerando o uso de dada aplicação que demande determinado valor para a tensão de saída a ser obtido, por
exemplo.
Para superar a instabilidade operacional da configuração anterior, tem-se o amplificador com polarização do
, o qual permite a estabilidade do ponto de operação (ponto Q). Para tanto, é possível utilizar oemissor
amplificador PDT (polarização por divisor de tensão) — como mostra o circuito de exemplo a seguir — ou o
amplificador PEFD (polarização do emissor com fonte dupla).
Figura 8 - Exemplo prático de amplificador PFD
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 288.
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Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 288.
#PraCegoVer: na figura, encontramos a fonte de tensão alternada com 100 micro de amplitude, cujavolts
forma de onda pode ser vista senoidal, como esperado. Essa fonte está em série com um capacitor, e o resistor 
de 2,2 quilos ohms. está conectado à , de 10 quilos ohms, sendo que este se conecta ao resistor do coletor, na
parte superior,enquanto que o ponto comum entre e é conectado à base do TBJ do tipo NPN. A forma de
onda vista, na base, é senoidal, com 1,8 de amplitude. O resistor está ligado à fonte de 10 , comvolts volts
3,6 quilos ohms. Da saída desse resistor, mede-se 6,04 de amplitude de um sinal senoidal e há a conexão emvolts
série entre um capacitor e a carga ( ), que possui 100 quilos ohms, mostrando a mesma tensão de saída
amplificada anteriormente. O terminal emissor está conectado a um resistor de 1 quilo ohm ( ) em paralelo
com um capacitor.
Note, nesse circuito de exemplo, que a tensão da base é de 1,8 V, no emissor é de 1,1 V e no coletor é de 6,04 V, ao
passo que a corrente elétrica medida é de 1,1 mA.
Agora, considerando a configuração PEFD, um exemplo prático pode ser visto a partir do circuito adiante:
Figura 9 - Exemplo prático de amplificador PEFD
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 289.
#PraCegoVer: na figura, temos a fonte de tensão de entrada alternada de 100 micro de amplitude, com suavolts
forma de onda senoidal típica. Essa fonte está em série com um capacitor, e o resistor da base ( ), de 2,7 quilos
ohms, é conectado à base do TBJ do tipo NPN. A forma de onda da tensão de entrada é apresentada senoidal e
possui amplitude aproximadamente nula. Uma fonte de tensão CC (de 10 ) está conectada ao coletor, emvolts
série com o resistor , que possui 3,6 quilos ohms. A forma de onda da tensão nesse ponto é revelada senoidal,
com amplitude de 5,32 . Nesse mesmo ponto, está conectada a série capacitor e resistor de carga ( ), novolts
qual se tem a mesma tensão, como apresentado pela forma de onda senoidal do lado de ( ). O terminal emissor
possui um resistor de 1 quilo ohm ( ). No mesmo ponto de entrada desse resistor, encontramos um capacitor,
no qual a tensão no ponto comum é de -0,7 . O outro terminal de ( ) está ligado à fonte CC de -2 .volts volts
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Nesse caso, devido à excitação dupla, existe outra fonte CC conectada ao emissor. A tensão na base é
aproximadamente nula, a tensão no emissor é de -0,7 V e a do coletor é de 5,32 V, enquanto que a corrente
estabelecida no coletor é igual a 1,3 mA.
Quando consideramos, adicionalmente, a , queremos, na verdade, traduzir aoperação em pequenos sinais
operação denotada pela região menor do que 1 mA de pico à pico — considerando a característica de tensão
base-emissor em função de e corrente no emissor. Além disso, deve-se ter em mente conceitos, como o ponto
de operação instantâneo, que ocorre devido a alterações do ponto Q; a possível distorção do sinal de saída do
amplificador, que, em certos casos, poderá ser mais ou menos; e a ideia de que uma forma geral válida em muitos
casos para reduzir a distorção é manter a tensão em corrente alternada na base do TBJ em um valor baixo.
Matematicamente, define-se como operação em pequeno sinal a seguinte relação: , sendo a corrente
CA no emissor de pico a pico, em comparação com a corrente CC desse mesmo terminal. O ganho de corrente CA,
diferentemente do ganho em CC, é definido, por sua vez, em função das correntes no coletor e na base em CA,
dadas por .
É também em função da característica de e que é possível avaliar a doresistência em corrente alternada
emissor, como a seguinte equação: . Inclusive, Malvino e Bates (2016) mencionam que um ponto
importante conhecido do funcionamento do dispositivo, nesse caso, é que a resistência sempre diminui quando a
corrente CC no terminal emissor aumenta, visto que o valor de é, essencialmente, constante. Dessa forma,
derivamos a seguinte relação, considerando a tensão constante, a partir do valor da corrente CC no emissor: 
.
Temos, ainda, os modelos para a análise do transistor bipolar de junção em corrente alternada: e modelo T 
. Estes, cada um com suas especificações, propõem um modo de analisar o funcionamento de circuitosmodelo 
amplificadores transistorizados com TBJs, a partir de um circuito equivalente para os dispositivos, por meio dos
quais se pode simular o funcionamento ou comportamento do dispositivo, bem como do amplificador como um
todo, quando há um sinal em corrente alternada.
Um dos primeiros modelos CA do TBJ foi o , que recebe o nome de por parecer amodelo Ebers-Moll modelo T
letra virada de lado. Ele tem seu funcionamento resumido da seguinte forma: quando um pequeno sinal CA é
aplicado, o diodo emissor do transistor funciona como uma resistência CA ( ) e o diodo coletor funciona como
uma fonte de corrente ( ) (MALVINO; BATES, 2016).
Na prática, isso implica na substituição de cada TBJ presente pelo circuito equivalente. Assim, realizamos o
cálculo do valor da resistência do emissor e dos demais valores em corrente alternada, como o ganho de tensão.
Figura 10 - Modelo T para cálculo
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 297.
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#PraCegoVer: na figura, do lado esquerdo, temos um transistor TBJ do tipo NPN, representado pelas regiões
semicondutoras e disposições dos terminais, com a corrente no coletor “entrando” na região do terminal e a
corrente na base “entrando” na região . Da região do emissor sai a corrente do terminal. Isso equivale ao
circuito da direita, com uma fonte de corrente apontando para baixo no terminal coletor. Há, ainda, o ponto em
comum com a resistência do emissor ( ), que corresponde ao terminal emissor. O ponto comum é da base do
dispositivo.
A impedância de entrada, nesse caso, pode ser calculada como a impedância considerando a base do TBJ, a qual é
vista pela fonte CA , equivalente à seguinte relação em função do ganho, dadas as aproximações : 
.
Já o pode ser analisado com a figura na sequência, por meio do qual as mesmas relações anterioresmodelo 
ainda são válidas.
Figura 11 - Modelo para cálculo
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 298.
#PraCegoVer: na figura, do lado esquerdo, temos o circuito com a resistência em série com a fonte de
corrente . A corrente da base é estabelecida da esquerda para direita, e a corrente no coletor é o contrário. No
ponto central, as duas correntes é a soma, resultando no terminal do emissor, com a corrente do emissor. Do
lado direito, tem-se o seguinte circuito: uma fonte de corrente ( ) em série com o resistor , sendo que o sentido
da corrente é de cima para baixo. Do ponto entre a fonte e o resistor há o terminal da base. A corrente da base
“entra” nesse ponto e se soma à , resultando em .
Note que os modelos são circuitos equivalentes e poderemos utilizar, na prática, tanto um quanto o outro
durante a análise CA. Contudo, é importante ressaltar que o modelo T normalmente oferece mais detalhes sobre
o funcionamento do circuito, mas ambos são utilizados largamente na indústria (MALVINO; BATES, 2016). Por
sua vez, o modelo é, de fato, mais fácil de ser aplicado por não possuir a impedância de entrada evidente,
embora possua a impedância de entrada como carga da fonte.
Como você já pôde perceber, embora neste ponto nosso foco seja a análise CA, há fontes CC e CA no mesmo
circuito amplificador. Nesse contexto, torna-se necessário utilizar ferramentas como o Teorema da
Superposição, a fim de obter as relações do efeito de cada fonte agindo sozinha. Assim, é possível compreender o
funcionamento do circuito como um todo.amplificador
Para realizar a análise CC — já que é mais conveniente dividir a análise do amplificador nesta e na análise CA —,
devemos, logicamente, calcular as tensões CC e as correntes CC. Para isso, é utilizado o circuito equivalente CC,
no qual consideramos os capacitores como circuitos abertos.
Complementarmente, é preciso entender quais são os efeitos CA em uma fonte de tensão contínua. Uma forma de
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Complementarmente, é preciso entender quais são os efeitos CA em uma fonte de tensão contínua. Uma forma de
realizar a avaliação é utilizar o , tendo como base um curto nas fontes CC de tensãoTeorema da Superposição
durante a análise da operação em corrente alternada do amplificador, considerando preceitos como a não
existência de uma tensão CA nesse caso, a partir das próprias características de funcionamento da fonte. O
circuitoequivalente CA pode ser obtido após todas essas considerações.
O amplificador PDT, por exemplo, estudado anteriormente, pode ser aproximado como mostra o painel a seguir.
Figura 12 - Relação entre amplificador PDT e seu equivalente CA
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 300.
#PraCegoVer: na figura, na parte superior, tem-se o circuito PDT com a fonte de tensão de entrada CA ( ) em
série com um capacitor e o resistor , que no ponto capacitor/ traz a ligação com o resistor . A fonte de
tensão está ligada ao coletor pelo resistor e por no mesmo ponto, sendo que está diretamente
conectado ao coletor e ponto da série capacitor/resistência de carga ( ). Esta última resistência está aterrada. À
base do TBJ NPN usado, encontramos a ligação com o ponto comum entre e . No emissor, há a ligação do
paralelo entre o resistor emissor e outro capacitor. Na parte de baixo do painel, temos o equivalente CA, que
resulta em dois circuitos distintos. No primeiro, do lado esquerdo, a fonte CA está em paralelo com , e .
No segundo circuito, há a fonte de corrente (que aponta para baixo devido ao sentido da corrente) em paralelo
com e .
Note que o equivalente CA pode ser descrito pelos resistores um e dois e pelo resistor emissor junto ao ganho,
considerando-se o modelo e o outro circuito do coletor, complementarmente, modelando efeitos desse
terminal e analisando as relações com a carga do amplificador.
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O ganho de tensão, tomando como exemplo a configuração PDT, pode ser estimado a partir de parâmetros dos
terminais emissor e coletor, bem como considerando a relação com a carga, visto que o ganho é dado em função
da tensão de saída sobre a tensão de entrada: . Por outro lado, a partir da equivalência com o modelo T,
é possível obter a seguinte relação: .
A última relação é aplicável a todo tipo de , visto que, quandoamplificador de configuração emissor comum
configurado dessa maneira, possui uma resistência CA do coletor — dada por — e outra resistência CA devido
ao emissor ( ), lembrando que é resultado do paralelo entre e (MALVINO; BATES, 2016).
3.3.2 Circuitos amplificadores transistorizados
Visto sobre os modelos de corrente alternada, conheceremos, a partir de agora, alguns circuitos amplificadores
transistorizados largamente utilizados na prática. Para tanto, usaremos as diferentes classes comuns de
operação e, ao final, faremos uma breve revisão acerca das principais premissas para amplificadores de potência.
Vamos começar?
O circuito da figura a seguir apresenta uma das principais formas de um amplificador transistorizado de baixa
potência, que pertence à classe de . Nesse tipo de circuito, parâmetros como a eficiência possui operação A
menor importância, sendo que as possíveis vantagens, por outro lado, estarão relacionadas à baixa distorção
obtida, por ser estabelecida de forma não linear.
Você sabia?
A folha de dados ( ) dos TBJs utilizados, nesse caso, será fundamental, poisdata sheet
fornece valores importantes para a avaliação em corrente alternada, como pode ser
visto para dispositivos como o 2N3903. Para saber mais a respeito desse dispositivo,
clique no link abaixo!
https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/50012/FAIRCHILD/2N3903.html
https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/50012/FAIRCHILD/2N3903.html
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Figura 13 - Exemplo de amplificador de operação classe A
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 402.
#PraCegoVer: na figura, temos uma fonte de tensão alternada ( ) em série com um capacitor e resistor . A
fonte de tensão contínua está ligada em paralelo com os resistores e , sendo que está conectado ao
terminal comum capacitor e ao . É utilizado um transistor TBJ do tipo NPN, sendo que o coletor deste está
ligado ao resistor e a outro capacitor, que está em série com o resistor de carga aterrado. A base do TBJ está
ligada ao ponto comum entre e . No emissor, tem-se o paralelo de e outro capacitor, ambos aterrados.
Nesses casos, sabe-se, ainda, que a condução ocorre com 360°, sendo que a eficiência máxima é de
aproximadamente 25%. No entanto, é possível utilizar um transformador no acoplamento e, com isso, a
eficiência poderá ser elevada até cerca de 50%. O valor de MPP é menor do que o de .
A classe de , por sua vez, define circuitos amplificadores de potência na saída. Para obtê-los,operação B
geralmente se utiliza configurações do tipo Darlington — que são tipos de transistores com dois bipolares de
junção em um mesmo encapsulamento ou um tipo de combinação com dois TBJs independentes — ou diodos de
polarização. O circuito adiante traz um exemplo prático de como implementar esse tipo de amplificador.
Figura 14 - Exemplo de amplificador de operação classe B
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 402.
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#PraCegoVer: na figura, temos uma fonte de tensão alternada ( ) ligada a um ponto comum da ligação de dois
capacitores de entrada. O superior está ligado ao ponto comum entre os resistores e , sendo que a fonte de
tensão contínua está conectada a e ao coletor de um dos dois TBJs utilizados do tipo NPN. está em série
com , que, por sua vez, está em série com , sendo que um dos capacitores de entrada (o da parte de baixo)
está ligado ao ponto entre os resistores 3 e 4. Esse mesmo ponto está conectado ao outro TBJ, pela base deste,
também do tipo NPN. Os dois TBJs estão ligados pelo coletor de um com o emissor de outro. Tal ponto possui a
série capacitor de saída e resistor da carga . Tanto quanto o TBJ ligado aos resistores 3 e 4 estão aterrados,
sendo o TBJ por meio do coletor.
São circuitos que operam com condução de 180° e eficiência máxima próxima de 80%, mas apresentam como
desvantagem, para certos casos, distorção moderada, que pode ocorrer devido à distorção de cruzamento.
O valor de MPP é igual ao da fonte CC. Além disso, note que, para a implementação, nos baseamos no efeito
simétrico — também denominado pelo tipo de configuração, a — ou com o uso de outros transistorespush-pull
na saída.
Ademais, como todo tipo de circuito eletrônico, bem como configuração possível, existem vantagens e
desvantagens que podem ser verificadas, como a melhoria na eficiência a partir do uso de dado sinal de entrada,
o que justifica a aplicação desse tipo de circuito como um estágio de saída. Por outro lado, a própria utilização do
transformador é dispendiosa, especialmente considerando o uso de transformadores de áudio.
Outro tipo importante de amplificador transistorizado são os circuitos de classe de , que são tipos deoperação C
amplificadores destinados à radiofrequência, sintonizados, amplamente utilizados como amplificadores de
estágio final para circuitos, como aplicações de comunicação. A figura a seguir apresenta um exemplo prático
desses amplificadores.
Caso
Um exemplo prático de amplificador transistorizado de operação classe B são os amplificadores
simétricos, que recebem tal nome devido à configuração estabelecida dos dois transistores utilizados,
nas quais é possível observar que, ora há condução em um, ora em outro.
Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada, observa-se que o enrolamento secundário do
transformador de entrada utilizado irá fornecer duas tensões — v1 e v2, por exemplo —, e um dos
dois transistores estará em condução, enquanto o outro em corte. A corrente estabelecida é a do
coletor, que circula pelo transistor em condução e até a metade do enrolamento primário do segundo
transformador utilizado. A tensão produzida pode ser entregue a um alto-falante, por exemplo,
amplificada, mas também invertida.
No próximo semiciclo, como se pode imaginar, a polarização estabelecida é invertida. Logo, todas as
relações são contrárias. Assim, entrega-se um ciclo completo do sinal que foi amplificado para o
funcionamento do alto-falante.
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Figura 15 - Exemplo de amplificador de operação classe C
Fonte: MALVINO; BATES, 2016, p. 402.
#PraCegoVer: na figura, temos uma fonte de tensão alternada ( ) em série com um capacitor e o resistor de
base do TBJ do tipo NPN. O resistor está ligado em paralelo com a base e ocoletor, sendo que o ponto com o
coletor está aterrado. Junto ao emissor, temos, na parte superior, a fonte em série com o paralelo de um
capacitor (C) e um indutor (L). Do final desse paralelo, conecta-se ao emissor e a série capacitor/resistência da
carga ( ), com o resistor aterrado.
Esses amplificadores costumam conduzir a menos de 180° e possuem eficiência máxima de 100% em diversos
casos. Entretanto, a desvantagem nesse tipo de circuito amplificador é a alta distorção, algo que deve ser
considerado sempre quando se decidir por qual tipo de amplificador transistorizado será utilizado.
Além disso, esse tipo de circuito amplificador é baseado no circuito do tipo tanque sintonizado, sendo que o
valor de MPP previsto é de o dobro da amplitude da fonte CC. Diferentemente dos demais, nesse caso também é
utilizado um indutor.
3.3.3 Premissas gerais de amplificadores de potência
De forma resumida, tem-se tipicamente que, para calcular o ( ) é possível utilizar aganho de potência
seguinte relação, em função da potência de saída ( ) e de entrada ( ): .out in
A , por sua vez, é tomada em função da carga, tal que , com a máxima valendo potência na saída
. A é de . A partir disso, a eficiência ( ) é tomada como potência CC na entrada
.
Agora, a fim de fixarmos nossos conhecimentos e colocarmos em prática o que estudamos aqui, analise
atentamente a atividade a seguir e tente resolver o problema da melhor forma possível!
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Conclusão
Chegamos ao final de mais uma unidade de estudos. Aqui, foi possível compreender o papel de dois importantes
tipos de transistores: os JFETs e os MOSFETs. Além disso, pudemos analisar mais detalhes acerca da amplificação
de um sinal CA a partir do uso dos TBJs.
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• aprender sobre o funcionamento dos JFETs;
• entender como funcionam os transistores MOSFETs;
• identificar as etapas principais da análise em corrente alternada de um circuito transistorizado;
• entender como desenvolver um amplificador transistorizado.
Referências
2N3903 datasheet (PDF) - Fairchild semiconductor. All Datasheet.
, [ .], [ .]. com s. l s. d Disponível em: https://www.alldatasheet.com
/datasheet-pdf/pdf/50012/FAIRCHILD/2N3903.html. Acesso em: 23
dez. 2020.
ABREU, A. S.; FREITAS, P. A. R. de. Levantamento histórico da
eletrônica: principais inventores e suas contribuições. Anais do
, Uberaba, v.Seminário de Pesquisa e Inovação Tecnológica-SEPIT
1, n. 1, jun. 2017. Disponível em: http://periodicos.iftm.edu.br/index.
php/sepit/article/view/288. Acesso em: 23 dez. 2020.
BOYLESTAD, R. L. ; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e
Vamos Praticar!
Para finalizarmos o conteúdo, considere uma configuração de amplificador
transistorizado largamente utilizada para várias aplicações, a partir de um circuito
classe B. Nesse sentido, qual seria outro exemplo de circuito prático que poderia ser
utilizado aqui, a partir de configurações simétricas?
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https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/50012/FAIRCHILD/2N3903.html
https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/50012/FAIRCHILD/2N3903.html
http://periodicos.iftm.edu.br/index.php/sepit/article/view/288
http://periodicos.iftm.edu.br/index.php/sepit/article/view/288
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BOYLESTAD, R. L. ; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e
. São Paulo: Prentice-Hall, 2013.Teoria de Circuitos
MALVINO, A. P.; BATES, D. J. . Porto Alegre: AMGH, 2016. v. 1.Eletrônica
MANCERA, T. G. . 2013. Trabalho deAfinador digital para violão e guitarra elétrica implementado em FPGA
Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica) - Universidade de São Paulo,
São Carlos, 2013. Disponível em: http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/18/180450/tce-08112013-
164002/?&lang=br. Acesso em: 23 nov. 2020.
O QUE É um MOSFET? Aplicações e características!! [ .], [ .]. 1 vídeo (20 min). Publicado pelo canalS. l s. d
Electrolab. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=VgfFCt9lHug. Acesso em: 23 nov. 2020.
http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/18/180450/tce-08112013-164002/?&lang=br
http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/18/180450/tce-08112013-164002/?&lang=br
https://www.youtube.com/watch?v=VgfFCt9lHug
	Introdução
	3.1 JFET: transistor de junção por efeito de campo
	3.1.1 Transistores de efeito de campo (visão geral)
	Você o conhece?
	3.1.2 Visão geral de transistores JFETs
	Teste seus conhecimentos
	3.1.3 Polarização do JFET na região ativa
	Você quer ler?
	Vamos Praticar!
	3.2 MOSFET: transistor de efeito de campo de óxido de metal semicondutor
	Você quer ver?
	Teste seus conhecimentos
	Vamos Praticar!
	3.3 Amplificadores de sinal CA
	3.3.1 Modelos de corrente alternada
	Você sabia?
	3.3.2 Circuitos amplificadores transistorizados
	Caso
	3.3.3 Premissas gerais de amplificadores de potência
	Vamos Praticar!
	Conclusão
	Referências