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FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 1 - CAPÍTULO 01 - MODELAGEM DO TBJ 1.1. Capacitor de acoplamento Quando a freqüência aumenta a oposição da corrente no resistor não muda. Um capacitor é diferente, pois quando a freqüência aumenta, a oposição à passagem de corrente diminui. Quando um amplificador está funcionando, existem dois modos fundamentais em que os capacitores são usados. Primeiro, eles são usados para acoplar ou transmitir os sinais CA de um circuito para o outro. Segundo, eles são usados para desviar ou curto-circuitar os sinais CA para a terra. De qualquer forma, a reatância capacitiva inserida no circuito depende da relação: XC = 1 / 2π f C Quando a frequência é alta suficiente, a reatância capacitiva se aproxima de zero. Isso significa que um capacitor é um curto-circuito para sinais CA em altas freqüências. O oposto também é verdadeiro, ou seja, quando a freqüência diminui, a reatância torna-se infinita. Isso significa que o capacitor é um circuito aberto para sinais CC em baixas freqüências. Um capacitor de acoplamento transmite uma tensão CA de um ponto para outro. A figura abaixo mostra um capacitor de acoplamento Em baixas freqüências, o capacitor age como circuito aberto e a corrente é aproximadamente zero. Em altas freqüências o capacitor age como um curto e a corrente é igual a: IMÀX = VG / R R = Resistência Total (RG+RL) Para que o capacitor funcione corretamente ele deve agir como um curto-circuito na menor freqüência do gerador. Para isso faça da reatância capacitiva pelo menos10 vezes menor que a resistência total do circuito. XC < 0,1 R www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 2 - 1.2. Freqüência Crítica A freqüência crítica de um circuito é definida quando a reatância capacitiva é igual a resistência total do circuito. fc = 1 / 2π R C 1.3. Freqüência Crítica e Alta Freqüência de Quina O capacitor de acoplamento age como um curto em altas freqüências. Afirmamos que a freqüência crítica deve ser 10 vezes menor que a resistência total do circuito. A regra diz que a Alta Freqüência de Quina deve ser 10 vezes maior que a Freqüência Crítica. fh = 10 . fc A freqüência de Quina é a freqüência referência da qual a partir daí a corrente de carga começa a fluir pelo circuito (circuito fechado). Acima dessa freqüência a corrente de carga se limita a 1% do seu valor máximo. 1.4. Capacitor de Desvio (bypass) A figura abaixo mostra um capacitor de Desvio conectado e paralelo com um resistor para desviar a corrente CA do mesmo. Quando a freqüência é suficientemente alta, o capacitor age como um curto circuito, levando o ponto A à terra. Quando a freqüência do gerador for igual ou maior que o valor da freqüência de Quina, o capacitor de Desvio agirá como um curto e o ponto A será aterrado para os sinais CA. 1.5. Teorema da Superposição nos Amplificadores A figura a seguir mostra um amplificador com transistor. A tensão VCC é a tensão CC de polarização do TBJ para estabelecer o ponto Q. A tensão VG é a tensão CA do gerador de sinais. O capacitor C1 acopla o sinal do gerador à base do TBJ. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 3 - O capacitor C2 acopla o sinal amplificado à carga. O capacitor CE desvia o sinal CA do emissor para o referencial terra. 1.6.Circuitos Equivalentes CC e CA O modo mais simples de analisar um circuito amplificador é dividindo a análise em duas partes: análise CC e análise CA. Utilizando o Teorema da Superposição pode-se calcular os efeitos produzidos por cada fonte funcionando separadamente e depois somar os efeitos individuais para obter o efeito total. Para isolar cada fonte e transformar o circuito numa forma mais simples, os capacitores deverão ser abertos para o sinal CC e curto-circuitados para o sinal CA. ANÁLISE CC � Reduza a fonte CA a zero � Abra todos os capacitores � Analise o circuito equivalente CC ANÁLISE CA � No circuito original, reduza todas as fontes CC a zero � Curto-circuitar todos os capacitores � Analisar o circuito equivalente CA ANÁLISE FINAL � Some a corrente CC e a corrente CA para obter a corrente total num ramo www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 4 - � Some a tensão CC e a tensão CA para obter a tensão total em qualquer nó ou em qualquer resistor 1.7. Operação em pequenos sinais A figura ao lado mostra o gráfico da corrente versus tensão para o diodo emissor. O ponto denominado quiescente Q é encontrado conforme a polarização do diodo e quanto maior for a corrente, mais o ponto Q se desloca para cima na curva. Quando aplicamos um sinal CA na base do transistor, forçamos o ponto de operação a se mover para cima e baixo nas proximidades do ponto Q. Esse ponto de operação instantâneo é diferente do ponto do quiescente obtido pela polarização CC. Por exemplo, a figura ao lado aplicamos uma tensão senoidal nos terminais base - emissor. Quando a tensão CA aumenta no seu semi-ciclo positivo o ponto de operação instantâneo move-se para cima. Por outro lado quando o sinal CA está no semi-ciclo negativo o ponto se desloca para baixo. A tensão CA da base produz uma corrente CA na corrente de emissor, que tem a mesma freqüência da tensão Ca na base e aproximadamente a mesma forma e conseqüentemente a corrente no coletor também. Observe que ocorreu alongamento e compressão nos semi-ciclos do sinal CA. Esse fenômeno é chamado de DISTORÇÃO. Ele é indesejável nos amplificadores de alta fidelidade pois muda o som. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 5 - Uma forma de reduzir a distorção é mantendo a tensão CA da base pequena. Quando se reduz o valor de pico da tensão de base, reduz o movimento do ponto de operação instantâneo. Quanto menor for a variação, menor será a curvatura que aparece no gráfico, dando-lhe uma aparência linear. Quanto menor for o sinal de entrada, menor será a distorção. Para tanto devemos considerar um sinal pequeno quando a corrente CA de pico no emissor for menor que 10% da corrente CC no mesmo. 1.8. Resistência CA do diodo emissor Através da Lei de Ohm, sabemos que: R = V / I Onde R é a resistência CC do circuito. A resistência CA é definida como sendo a tensão CA aplicada num componente dividida pela corrente CA que circula por ele. RCA = ∆ VBE / ∆ IE Na derivação da fórmula acima, podemos afirmar que a resistência CA no emissor pode ser calculada como: re = 26mV/ IE Essa relação se aplica à todos os transistores. Ela baseia-se numa junção base- emissor perfeita, de modo que haver desvios nos transistores produzidos comercialmente. Mas quase todos os www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 6 - transistores comerciais tem uma resistência CA (dinâmica) do emissor que está entre26mV/IE e 50mV/IE. 1.9. Ganho de corrente em CA O ganho de corrente CC foi definido como sendo: βCC = IC / IB ou hFE = IC / IB Sabemos ainda que as correntes CC são as correntes no ponto de operação do quiescente do transistor. O ganho de corrente CA é a variação da corrente de coletor dividida pela variação da corrente de base: βCA = ∆IC / ∆IB ou hfe = ic / ib 1.10.Modelagem do TBJ para análise CC e CA de um amplificador EC. Para analisar um amplificador EC, é preciso reduzi-lo a um circuito equivalente CA, na qual a lei de Ohm possa ser aplicada. a) Impedância de entrada Com o circuito da figura acima podemos ver um divisor de tensão do lado da entrada do transistor. Isso significa que a tensão CA na base será menor que a tensão CA no gerador. A tensão na resistência do gerador depende do valor de R1 em paralelo com R2, porém existe outro fator a ser incluído nesse cálculo. A junção da base- emissor introduzir no circuito uma resistência dinâmica re. Portanto a impedância de entrada (input) do transistor pode ser definida como: Zi = Vi / Ii Para analisar o circuito do amplificador temos vários modelos de circuitos equivalentes como se segue: www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 7 - Modelo T A figura acima mostra uma junção T com fonte de corrente na parte superior e uma resistência re em paralelo com R1 e R2. Ie = vb / re e ic = vc / rc Modelo re ou Modelo II A figura mostra um modelo re que, quando aplicado fornece as mesmas respostas que o Modelo T. Zb = Vi / Ib Sendo: Vi = Ie . re Ie é aproximadamente igual Ic β = IC / IB Podemos afirmar que: Zb = β . re Zi = R1 // R2 // β.re www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 8 - Essa impedância será sempre menor que a impedância de entrada da base. Parâmetros híbridos ( parâmetros h) Quando o transistor foi inventado o método conhecido para analisar e projetar circuitos transistorizados ficou conhecido como parâmetros h. Esse método matemático modela o transistor sobre o que acontece em seus terminais sem levar em consideração os processos físicos que têm lugar dentro do transistor. Esse método é mais complexo que o método do Modelo re, porem, as folhas de dados do transistor ainda se referem aos parâmetros h fornecidos pelo fabricante. São eles: hfe = ganho de corrente CA hie = impedância de entrada hre = ganho reverso de tensão hoe = admitância de saída www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 9 - EXERCÍCIOS - CAPÍTULO 01: MODELAGEM DO TBJ 1) Qual é o valor da corrente em um circuito de acoplamento em CC? 2) Qual é a corrente em um circuito de acoplamento de alta freqüência? 3) Como se comporta um capacitor em relação a CC e a CA? 4) Num circuito com capacitor de desvio CE um dos seus terminais está aterrado para CA de altas freqüências? Explique. 5) Quais são as regras para se obter a análise de um circuito amplificador em relação a CC e a CA? 6) A tensão CA na base de um amplificador é menor ou maior que a tensão do gerador? 7) Por que a re (resistência dinâmica do emissor) depende da corrente do emissor? 8) Calcular re para uma corrente de emissor de 100µA. 9) O emissor de um amplificador EC não tem tensão CA devido a existência do capacitor de desvio. Explique essa afirmação. 10) Por que a tensão de saída de um amplificador EC é defasada 180º em relação a entrada? 11) Qual a reatância de um capacitor de 10µF em uma freqüência de 1kHz? E em 100kHz? 12) Em um amplificador EC a tensão no resistor de carga é CC , CA ou as duas? Explique. 13) Num amplificador EC qual é a relação entre a corrente de entrada e a corrente de saída? 14) Por que a impedância de entrada de um amplificador EC é geralmente muito alta? 15) Dada a figura abaixo, determinar: a) A corrente e a tensão máxima na carga. b) A freqüência crítica e a freqüência de quina c) Se a tensão no gerador for dobrada o que ocorre com a freqüência de quina? d) Se todas as resistências forem dobradas o acontece com a tensão máxima, com a corrente máxima, com a freqüência crítica e a freqüência de quina? e) Se a capacitância for reduzida a metade o que ocorre com a freqüência de quina? 16) Utilizando o circuito abaixo, determinar: a) A corrente máxima no gerador e tensão máxima no capacitor. b) Sendo a tensão do gerador dobrada, qual é o valor da freqüência de quina? www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 10 - c) Se todas as resistências forem dobradas, o que acontece com a corrente máxima, com a tensão máxima, com a tensão máxima na carga, com a freqüência crítica e com a freqüência de quina? d) Se a resistência for reduzida a metade o que ocorre com a freqüência de quina? 17) Dado o circuito abaixo, calcular: a) A tensão CC entre o coletor e o terra. b) A resistência re do emissor c) Desenhe o circuito re equivalente 18) Dada a configuração base-comum da figura abaixo, esboce o circuito equivalente para o modelo re. 19) Descreva a diferença entre o modelo re e o modelo híbrido h. 20) Para a configuração da figura abaixo: a) Determine Zi se Vs= 40 mV, Rs= 0,5kΩ e Ii= 20µA. b) Utilizando os resultados do item a, determine Vi, se a tensão da fonte aplicada for alterada para 12mV, com uma resistência interna de 0,4kΩ. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 11 - 21) Para o circuito abaixo, determinar: a) Zo se V= 600mV, Rs=10kΩ e Io= 10µA b) Utilizando Zo obtido em a, determine IL para a configuração abaixo, se RL= 2,2kΩ e I amplificado= 6mA 22) Dada a configuração do TBJ ao lado, determinar: a) Vi b) Zi c) Avnl d) Avs 23) Para o amplificador da figura, calcular: a) Ii b) Zi c) Vo d) Io e) Ai usando os resultados dos itens (a) e (d) f) Ai usando a equação: Ai = - Av Zi / RL www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 12 - 24) Para a configuração base-comum da figura abaixo é aplicado um sinal CA de 10mV, resultando em uma corrente do emissor de 0,5 mA. Se α = 0.98, determine: a) Zi b) Vo se RL = 1,2kΩ c) Av= Vo/Vi d) Zo com ro infinito e) Ai = Io/Ii f) Ib 25) Para a configuração base-comum da figura acima, a corrente do emissor é 3,2mA e α=0,99. Se a tensão aplicada for de 48mV e a carga for de 2,2kΩ, determine: a) re b) Zi c) Ic d) Vo e) Av f) Ib 26) Utilizando o modelo da figura abaixo, determinar os seguintes valores para um amplificador emissor-comum, se β = 80, IE= 2mA e ro= 40kΩ: a) Zi b) Ib c) Ai= Io/Ii se RL=1,2kΩ d) Av se RL=1,2kΩ 27) A impedância de entrada para um amplificador a transistor em emissor-comum é de 1.2kΩ, com β= 140, ro= 50kΩ e RL= 2,7kΩ. Determine: a) re b) Ib se Vi= 30 mV c) Ic www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 13 - d) Ai = Io/Ii = IL/Ib e) Av= Vo/Vi 28)Redesenhe o circuito da figura abaixo para a resposta do modelo re, inserindo entre os terminais apropriados ro.29) Idem ao exercício 28 para o circuito abaixo: 30) Observando o circuito da figura abaixo, sabendo-se que a fonte CA pode ter freqüência entre 100Hz e 200Hz, para se ter um acoplamento ideal ao longo desta faixa, determinar o valor mínimo do capacitor de acoplamento. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 14 - 31) Na figura a seguir, deseja-se um capacitor de acoplamento ideal para todas as freqüências entre 500Hz a 1MHz. Determinar o menor valor do capacitor. 32) Para se aterrar o ponto A na figura abaixo para todas as freqüências superiores a 20 Hz, qual deve ser o valor mínimo do capacitor de derivação? 33) No circuito da figura, o ponto A se comporta como terra CA de 10Hz a 200kHz. Calcule o valor mínimo do capacitor de derivação. 34) Para os circuitos da figura abaixo, considerando β=100 e VCE = 1V, determinar: a) os circuitos equivalentes CC e CA para todos os circuitos, b) os valores de re dos circuitos amplificadores apresentados. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 15 - www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 16 - CAPÍTULO 02 - ANÁLISE DO TBJ PARA PEQUENOS SINAIS O transistor bipolar de junção pode atuar como amplificador de várias formas diferentes em função do tipo de sinal a ser amplificado e do modo de polarização. Quanto ao tipo de sinal, há o amplificador de pequenos sinais que é adequado apenas a receber na entrada sinal CA com amplitude muito pequena, sendo a sua função amplificá-la para que ele possa excitar uma carga ou outro amplificador de potência maior. Neste caso, o amplificador de pequenos sinais é denominado pré-amplificador. Figura 01 O amplificador de potência tem como função amplificar o sinal proveniente de um pré-amplificador de forma conveniente para que ele adquira potência suficiente para excitar uma carga específica. Quanto ao modo de polarização, o amplificador pode ser dividido em classe A, B, C e AB, cujas características serão apresentadas durante o curso. Geralmente, os amplificadores para pequenos sinais são do tipo classe A, ou seja, o transistor é polarizado no centro da reta de carga e conduz durante todo o ciclo do sinal de entrada. a figura 02 mostra que, quando o ponto do quiescente Q do transistor encontra-se no centro da reta de carga, o sinal da base é amplificado integralmente, o que não ocorreria caso o ponto Q estivesse posicionado próximo ao corte (Q’) ou a saturação (Q”). Nesses dois casos, o sinal amplificado seria distorcido. Figura 02 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 17 - A figura 03 mostra o exemplo de um amplificador de pequenos sinais com transistor classe A na configuração emissor comum com divisor de tensão na base. Figura 03 A figura 04 exibe os sinais de no amplificador emissor comum classe A, em que um gerador formado por vg e Zg fornece um sinal CA ao transistor, sendo o acoplamento feito através de um capacitor C1 que, nessa freqüência, comporta-se como um curto-circuito, isto é, sua reatância é muito baixa. Ainda, caso haja algum nível CC no sinal do gerador, ele é bloqueado por C1, evitando que o ponto quiescente do transistor seja alterado. Figura 04 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 18 - Na base do transistor, o sinal AC é acrescido do nível CC de polarização. Na saída, o sinal CA amplificado está presente no coletor onde o capacitor C2 faz o seu acoplamento com a carga ZL. O capacitor C2 comporta-se como um curto-circuito para o sinal CA. No coletor está também presente o nível CC de polarização do transistor que, na carga foi eliminado pelo mesmo capacitor C2. Em paralelo com o resistor do emissor RE, cuja função é garantir a estabilidade do circuito de polarização, usa-se um capacitor C3 para desacoplar o sinal CA do emissor, levando-o ao terra. Isso mantém a tensão VRE sempre constante. Figura 05 Na figura 06, vemos que o sinal na carga está defasado de 180º em relação ao sinal do gerador, pois no transistor, quando a corrente de base está no seu semiciclo positivo, a tensão VCE está no semiciclo negativo e vice-versa, efeito esse, que surge devido à presença dos dois capacitores de acoplamento. Figura 06 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 19 - CONFIGURAÇÕES DE UM TBJ COMO AMPLIFICADOR 2.1. Configuração Emissor Comum com polarização fixa. a) Impedância de entrada ( Zi) Zi = RB // βre ou Zi = βre para RB > 10 . βre b) Impedância de saída ( Zo) ZO = RC // rO ou ZO = RC para rO > 10 . RC c) Ganho de tensão ( Av) Av = - (RC // rO ) / re ou Av = - RC / re para rO > 10 . RC d) Ganho de corrente (Ai) Ai= (β RBrO) / ( rO + RC) ( RB + β re) ou Ai = β para RB > 10 . βre e rO > 10 . RC www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 20 - 2.2.Configuração Emissor Comum com polarização por divisor de Tensão. a) Impedância de entrada ( Zi) R’ = R1 // R2 Zi = R’ // βre b) Impedância de saída ( Zo) ZO = RC // rO ou ZO = RC para rO > 10 . RC c) Ganho de tensão ( Av) Av = - (RC // rO ) / re ou Av = - RC / re para rO > 10 . RC d) Ganho de corrente (Ai) Ai= (β R’) / ( R’ + β re) ou Ai = β para RB > 10 . βre e rO > 10 . RC www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 21 - 2.3. Configuração Emissor Comum com polarização de emissor www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 22 - 2.3.1. Sem Desvio: � Impedância de Entrada (Zi): Zb = β re + ( β + 1 ) RE Como β>>> 1 Zb = β ( re + RE ) Como RE >>> re Zb = β RE Portanto: Zi = RB // Zb � Impedância de Saída (Zo): Zo = RC � Ganho de Tensão (Av): Av = - βRC / Zb = - RC / (re + RE) Adotando Zb = β RE Av = - RC / RE � Ganho de Corrente (Ai): Ai = β RB / (RB + Zb) ou Ai = - Av . Zi/ RC 2.3.2. Com Desvio: O circuito se transforma na configuração EC com polarização fixa � Impedância de entrada ( Zi) Zi = RB // βre ou Zi = βre para RB > 10 . βre � Impedância de saída ( Zo) ZO = RC // rO ou ZO = RC para rO > 10 . RC � Ganho de tensão ( Av) Av = - (RC // rO ) / re ou Av = - RC / re para rO > 10 . RC � Ganho de corrente (Ai) Ai= (β RBrO) / ( rO + RC) ( RB + β re) ou Ai = β para RB > 10 . βre e rO > 10 . RC www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.brFACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 23 - 2.4. Configuração Coletor Comum ou Seguidor de Emissor � Impedância de entrada ( Zi) Zi = RB // Zb ou Zi = βre para β>>> 1 e RE>>> re � Impedância de saída ( Zo) ZO = RE // re ou ZO = re para RE>>> re � Ganho de tensão ( Av) Av = 1 � Ganho de corrente (Ai) Ai= - (β RB) / ( RB + Zb) www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 24 - 2.5. Configuração Base Comum � Impedância de entrada ( Zi) Zi = RE // re � Impedância de saída ( Zo) ZO = RC � Ganho de tensão ( Av) Av = RC/ re � Ganho de corrente (Ai) Ai= - 1 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 25 - 2.6. Configuração com Realimentação do Coletor � Impedância de entrada ( Zi) Zi = re / ( 1/β + RC/RF) � Impedância de saída ( Zo) ZO = RC// RF � Ganho de tensão ( Av) Av = - RC/ re � Ganho de corrente (Ai) Ai= RF / RC www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 26 - 2.7. Configuração com Realimentação CC do Coletor � Impedância de entrada ( Zi) Zi = RF1 // βre � Impedância de saída ( Zo) ZO = RC// RF2 � Ganho de tensão ( Av) Av = - RF2 // RC/ re � Ganho de corrente (Ai) Ai= β/ [ 1 + ( RC/ rO//RF2) ] www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 27 - EXERCÍCIOS - CAPÍTULO 02: ANÁLISE DO TBJ PARA PEQUENOS SINAIS 1) Para o circuito da figura 1, determinar: a) Zi e Zo b) Av e Ai c) Zi e Zo para ro= 20kΩ d) Av e Ai para ro= 20kΩ 2) Para o circuito da figura 2, determinar Vcc para um ganho de tensão Av = -200. 3) Para o circuito da figura 3, calcular: a) IB , IC e re b) Zi e Zo c) Av e Ai d) O efeito de ro sobre Av e Ai www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 28 - 4) Utilizando a figura 4, analisar o mesmo e determinar: a) re b) Zi e Zo c) Av e Ai d) Repita os itens (b) e (c) para ro= 25kΩ 5) Determinar Vcc para o circuito da figura 5, se Av = - 160 e ro = 100kΩ www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 29 - 6) Dado o circuito da figura 6, determinar: a) re b) VB e VC c) Zi d) Av = Vo/Vi 7) Analisar o circuito da figura 7 e determinar: a) re b) Zi e Zo c) Av e Ai d) Repita os itens (b) e (c) para ro = 20kΩ www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 30 - 8) Através do circuito da figura 8, considerando Zb = β . re, determinar: a) RE b) RB se Av = -10 e re = 3,8Ω 9) Repita o exercício 7 com re desviado e compare os resultados. 10) Para o circuito da figura 9, calcular: a) re b) Zi e Zo c) Av e Ai www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 31 - 11) Utilizando o circuito da figura 10, encontrar os valores de: a) re e β.re b) Zi e Zo c) Av e Ai 12) Para o circuito da figura 11, calcular: a) Zi e Zo b) Av c) Vo se Vi = 1mV www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 32 - 13) Dado o circuito da figura 12, determinar: a) IB e IC b) re c) Zi e Zo d) Av eAi 14) Para a configuração base-comum da figura 13, determinar: a) re b) Zi e Zo c) Av e Ai www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 33 - 15) Para o circuito da figura 14, calcular Av e Ai. 16) Para a configuração com realimentação no coletor da figura 15: a) determinar re b) calcular Zi e Zo c) calcular Av e Ai www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 34 - 17) Dados os valores de re = 10Ω, β = 200, Av = - 160 e Ai = 19, para o circuito da figura 16, determinar RC , RF e Vcc. 18) Para o circuito da figura 17: a) Deduza a equação aproximada para Av b) Deduza a equação aproximada para Ai c) Deduza a equação aproximada para Zo eZi d) Dados RC = 2,2kΩ, RF = 120kΩ, RE = 1,2kΩ, β= 90 e Vcc = 10V, calcule a amplitude de Av, Ai, Zi e Zo, usando as equações deduzidas nos itens (a),(b) e (c). 19) Para o circuito da figura 18, determinar: a) Zi e Zo b) Av e Ai www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 35 - 20) Para o circuito da figura 19, calcular: a) Zi e Zo b) Av e Ai 21) Projetar um pré-amplificador de áudio para amplificar a potência de um captador magnético de violão. A saída deste pré-amplificador será ligada a outro amplificador de maior potência, cuja impedância de entrada é de 2kΩ. Para a polarização do transistor, utilizar uma fonte de 12VCC. Sabendo-se que VCEQ=5V, ICQ=2mA, VBEQ= 0,7V, VRE= 1,2V e IB2= 38,5µA, determine os ganhos de tensão, corrente e potência do pré-amplificador www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 36 - 22) Projetar um amplificador seguidor de emissor para reduzir a impedância de saída de um pré-amplificador de áudio de baixa potência, sabendo-se que o alto-falante a ser ligado em sua saída tem impedância de 16Ω. Utilizar uma fonte de alimentação de 12V e o transistor cujos parâmetros são: ICQ=10mA, VCEQ=5V e VEBQ=0,7V 23) Descreva as características, quanto ao ganho de corrente e ganho de tensão, das seguintes configurações: a) EC com polarização fixa b) EC com polarização por divisor de tensão c) EC com polarização do emissor d) CC (seguidor de emissor) e) BC f) EC com realimentação do coletor g) EC com realimentação CC do coletor 24) Determine a expressão para o ganho em tensão Vo/Vi e a www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 37 - impedância de entrada para o circuito do amplificador mostrado na figura a seguir. 25) No circuito da figura abaixo considere o transistor com β = 250, VBE = 600 mV e Vi = 10 mV. Determine: (a) O valor de Av (b) O valor de Vo 26) O circuito a seguir é utilizado para amplificar sinais de um microfone para um alto falante com impedância de 8 Ω. Determine o ganho do amplificador considerando que N1=300 espiras e N2=10 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.brFACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 38 - espiras. Considere que a tensão no emissor do transistor é de 1V e que o transistor possui β = 250, e opera com VBE = 0,83V. 27) Expresse o ganho do amplificador mostrador na figura abaixo em dB e escreva a expressão para Vo(t), com valores. Considere Vi(t) = 1mVSin2πft. Determine a impedância de entrada do amplificador. 28) Na configuração Darlington Complementar, determine o β equivalente. Dados: β = 100, IC = 3mA e VBE = 0,7V www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 39 - 29) Projete o amplificador a seguir para um ganho de tensão de 40 dB. 30) Apresente o modelo AC para o circuito mostrado na figura a seguir. Escreva a expressão da reta de carga e assinale os valores no gráfico IC x VCE mostrado a seguir. Determine todas as tensões e correntes de polarização [base, coletor e emissor]. Determine a potência de dissipação do transistor PD, o ganho em tensão Vo/Vi, a impedância de entrada Zi e a freqüência de corte. Considere VBE=0,68V e β=200. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 40 - 31) Determine o ganho em tensão do amplificador a seguir e a potência de dissipação no transistor. Determine o valor da tensão e da corrente na base do transistor, como também a impedância de entrada do amplificador. Considere β = 200. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 41 - 32) Determinar a impedância de entrada (RIN) dos circuitos mostrados na figura abaixo: 33) Determinar a impedância de saída (Rout) dos circuitos mostrados na figura abaixo: www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 42 - 34) Determinar a impedância de entrada (RIN) dos circuitos mostrados na figura abaixo: 35) Considerando os circuitos apresentados na figura abaixo com β=100, calcular: a) o valor de re para ambos os circuitos, www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 43 - b) o valor de VO se Vi=1mV, para o circuito (a) c) o valor de VO se Vi=2mV, para o circuito (b) d) os valores mínimos e máximos para o ganho de tensão, sabendo que os resistores de polarização têm tolerância de 5%. (a) (b) 36) Dado o circuito abaixo, determinar: a) o valor da tensão de saída VO, se β=125 e a tensão da fonte Vi= 5mV b) a impedância de entrada e a tensão de saída, se β=175 e a tensão da fonte for 1mV 37) Dado o circuito abaixo, calcular: a) o valor da tensão de saída, se β= 200 e a tensão da fonte for de 2,5mV. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 44 - 38) No circuito da figura abaixo, calcular o valor da tensão de saída, se a tensão do gerador for de 1mV. (β = 160) 39) Dado o circuito a seguir, determinar: a) VB, VE, VC, IE, IC e IB, considerando β= 160, b) o valor da tensão de saída para um β=125. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 45 - 40) Dado o circuito a seguir, determinar: a) VB, VE, VC, IE, IC e IB, considerando β= 80, para cada transistor b) sua reta de carga e o ponto do quiescente, sabendo-se que β=80, 41) No circuito da figura a seguir, calcular: a) VB, VE, VC, IE, IC e IB, considerando β= 80, para cada transistor, b) o valor da tensão de saída, admitindo que para o primeiro transistor β=150 e para o segundo β=90. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 46 - 42) No circuito da figura a seguir, calcular: a) VB, VE, VC, IE, IC e IB, considerando β= 115, para cada transistor, b) o valor da tensão de saída, admitindo que para o primeiro transistor β=250 e para o segundo β=200. 43) No circuito da figura a seguir, calcular VB, VE, VC, IE, IC, IB e o valor da tensão de saída considerando β= 75. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 47 - CAPÍTULO 03 - RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE UM AMPLIFICADOR 3.1. Introdução A figura 01 abaixo mostrao diagrama de BODE, que é uma reposta de freqüência de um amplificador. Esse gráfico nos mostra a tensão de saída de um amplificador em função da freqüência. Em baixas freqüências a tensão de saída diminui por causa dos capacitores de acoplamento e de desvio (bypass). Em altas freqüências a tensão de saída diminui em função da capacitância do transistor e da capacitância parasita da fiação. Essas capacitâncias indesejáveis proporcionam rotas de desvio para o sinal CA evitando que ele chegue ao resistor de carga. Pó isso a tensão de saída diminui quando a freqüência é muito alta. A faixa de freqüência média, o amplificador produz uma tensão máxima de saída Vmáx. Essa banda de freqüência representa as freqüências onde aparecem apenas resistências no circuito equivalente CA do amplificador. Supõe-se que é nessa faixa média de freqüência que o amplificador trabalha. As freqüências acima e abaixo dessa faixa média são evitadas nas maiorias das aplicações. As freqüências críticas De um amplificador são as freqüências em que a tensão de saída é 0,707 de Vmáx. Normalmente um amplificador tem duas freqüências críticas f1 e f2. Os capacitores de acoplamento e de desvio são responsáveis pela freqüência inferior f1. as capacitâncias do transistor e parasitas da fiação são responsáveis pela freqüência superior f2. A faixa média de freqüências é chamada de banda média. Essa é faixa onde a saída do amplificador é máxima. Na figura acima, a banda média é a banda de freqüência entre 10f1 e 0,1f2. Nessa faixa o amplificador produz a máxima www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 48 - tensão de saída. A banda média é onde se supõe que um amplificador esteja operando. O que precisa saber a respeito da resposta de freqüência são as freqüências críticas f1 e f2, já estudadas no capitulo 01, pois é através delas que pode-se calcular a banda média de freqüência de um amplificador. 3.2. Capacitor de acoplamento de entrada O circuito de acoplamento da figura 02(a) é um dos motivos para a diminuição na tensão de saída de um amplificador em baixas freqüências. A reatância capacitiva é dada por: XC = 1 / 2π f C Em freqüências muito baixas a reatância capacitiva tende a infinito. Em freqüências muito altas, a reatância capacitiva se aproxima de zero. Enquanto variamos a freqüência do gerador na figura 02 (a), a tensão de saída varia devido ao capacitor de acoplamento. A figura 02 (b) mostra a resposta de freqüência do circuito de acoplamento. Na freqüência zero a tensão de saída é zero. A medida que a freqüência aumenta, a tensão de saída aumenta. Quando a freqüência é suficientemente alta, a tensão de saída do circuito de acoplamento se aproxima de seu valor máximo, como mostra a figura. 3.3. Capacitor de acoplamento de saída O capacitor de saída tem efeito similar ao de entrada. Para obter a freqüência crítica do circuito de acoplamento de saída, precisa-seutilizar a impedância de saída do amplificador em vez da impedância de entrada, mas o efeito sobre a tensão de saída é o mesmo. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 49 - 3.4. Capacitor de desvio do emissor A figura 03 mostra um circuito de desvio. Enquanto se varia freqüência do gerador, a tensão de saída varia devido ao capacitor de desvio. Na figura 03 (c) é mostrada a resposta de freqüência do circuito de desvio. Em baixa freqüência, a tensão de saída é máxima. Em altas freqüências a tensão de saída se aproxima de zero. Novamente a freqüência superior crítica ocorre onde a tensão de saída é 0.707 do Vmáx. Na banda média do amplificador, o emissor está no terra CA e a tensão de saída é máxima como mostra a figura 04. À medida que a freqüência diminui a freqüência crítica, a tensão de saída diminui para 70,7% da tensão máxima. Isto ocorre porque o emissor não está mais aterrado para CA, então reaparece a realimentação negativa. À media em que a freqüência diminui ainda mais, a realimentação negativa aumenta e isso reduz mais ainda a tensão de saída. Para uma operação normal, é necessário que o amplificador opere numa freqüência pelo menos 10 vezes a freqüência crítica. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 50 - 3.5. Circuito de desvio (bypass) do coletor A capacitância parasita de fiação é indesejável, pois produz efeitos capacitivos que causam quedas na amplificação em sinais variáveis de alta freqüência. Ela ocorre devido a fios de ligação ou trilhas de circuitos impressos muito próximas e longas. Ela é muito mais acentuada e intrínseca ao próprio transistor. Suponha que a barreira entre o emissor e base produza uma capacitância interna simbolizada por C’e. Do mesmo modo, a barreira entre a base e o coletor tem uma capacitância simbolizada por C’c. Como essas capacitâncias internas são muito pequenas, elas têm um pequeno efeito em freqüências abaixo de 100kHz. Porém, quando se têm freqüências acima desse valor, se faz necessário levar em conta essas capacitâncias internas. A Figura 05 (a) mostra um amplificador EC com C’c e Cstray ( stray= parasita). As linhas tracejadas simbolizam o fato delas serem invisíveis. Essas capacitâncias indesejáveis são em picofarads, portanto elas não têm efeito em baixas freqüências, porém, em altas freqüências, a reatância gerada por elas se torna pequena o suficiente para produzir um caminho de ligação á terra, isto é, tornam-se um caminho de desvio indesejado para aterrar o sinal CA, curto-circuitando a saída e a amplificação se torna inútil. A Figura 05(b) mostra o circuito equivalente (modelo re) na saída do coletor do transistor. Assim é como funciona o circuito quando opera em banda média. Como o capacitor de acoplamento de saída é curto-circuitado pela sinal CA, RC está em paralelo com RL. Nota-se que as duas capacitâncias parasitas estão em paralelo com RL. Se a reatância capacitiva desses “capacitores” for pequena, a corrente CA do coletor será desviada para terra e diminuirá a corrente da carga, provocando uma queda de tensão de saída. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 51 - A freqüência crítica do circuito do coletor deverá ser determinada da seguinte maneira: Aplicando o circuito equivalente de Thévenin visto pelos dois capacitores, obtem-se: Resistência: rth = RC // RL Capacitância: C = C’c + Cstray Assim o circuito de desvio do coletor é mostrado na figura 05(c), ou seja, para altas freqüências o circuito de saída do transistor funciona como um circuito desvio com um R e um C. 3.6. Teorema de MILLER A Figura 06 mostra um amplificador com um capacitor entre os terminais de entrada e de saída. Esse capacitor é chamado de capacitor de realimentação, porque o sinal de amplificado é levado de volta a entrada como mostra a Figura 06(a). Quando o ganho de tensão na banda média (A) é grande pode alterar o funcionamento do amplificador. Devido a dificuldade de análise desse circuito, onde o capacitor pertence tanto à entrada como à saída, utiliza-se um atalho para determinar o efeito do capacitor de realimentação. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 52 - Esse atalho é fornecido pelo teorema de MILLER, onde o circuito original pode ser substituído pelo circuito equivalente da Figura 06(b), transformando o capacitor de realimentação em dois capacitores: de entrada Cin e de saída Cout . Cin = C (A+1) Cout = C(A+1)/A A vantagem de utilizar o teorema de MILLER é que ele separa o capacitor de realimentação em dois e estas equações são válidas para todos os amplificadores inversores tais como EC e EC linearizado. 3.6. Análise de amplificadores bipolares em alta freqüência a) Circuito de desvio (bypass) de base indesejado A Figura 07 mostra um gerador de sinal VG com uma resistência RG acionando um amplificador EC. Na figura 07(b) mostra o circuito equivalente CA na banda média do amplificador. A resistência rg é a resistência CA de Thévenin vista pela base. rg = R1 // R2 // RG A resistência rC é a resistência CA vista pelo coletor. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 53 - rC = RC // RL Na banda média do amplificador, não há efeitos capacitivos. Abaixo da banda média os capacitores de acoplamento e de desvio do emissor diminuem a tensão de saída. Acima da banda média, as capacitâncias do transistor e as capacitâncias parasitas da fiação diminuem a tensão de saída. A figura 07(c) mostra o circuito equivalente CA acima da banda média do amplificador, onde C’e é a capacitância entre a base e o emissor e C’c é um capacitor de realimentação, pois ele está conectado entre a base e o coletor. Observa-se também, rb que é a resistência da região da base, não considerada anteriormente por ter um pequeno efeito na banda média. Porém ela deve ser incluída nessa análise porque tem um efeito grande acima da banda média. Para determinar a freqüência crítica de um amplificador bipolar, temos que identificar os circuitos de derivação indesejáveis tanto na base como no coletor. O primeiro passo é obter as duas capacitâncias de MILLER. O ganho de tensão na banda média da base para o coletor é: A = rc / re www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 54 - Capacitância de entrada: Cin = C’c [ (rc / re) + 1] Capacitância de saída: Cout = C’c Capacitância total: C = C’e + C’c [ ( rc / re) + 1] Resistência total de Thévenin, vista pela capacitância de base: R = ( rg + r’b ) // β re Na Figura 07(c), o circuito de desvio da base tem uma freqüência crítica de: Fc = 1 / 2π. R.C b) Circuito de desvio (bypass) indesejado do coletor Observando o circuito do coletor da Figura 08(c), a resistência de Thévenin, do desvio do coletor será: R = rc A capacitância será: C = C’c + Cstray A freqüência crítica do circuito de desvio será calculada por: fc = 1 / 2π.R.C 3.7. Resposta de freqüência total Diante do exposto, chega-se a conclusão de que a diminuição na tensão de saída é gradual à medidaque a freqüência se desloca para fora da banda média, Por isso, o amplificador ainda pode proporcionar um ganho de tensão utilizável fora da banda média, cujo cálculo geral é: Vout = Vmáx / [ 1 + (f1/f2) 2]1/2 . [ 1 +( f/f2) 2]1/2 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 55 - Abaixo da banda média: Vout = Vmáx / [ 1+ (f1 / f) 2]1/2 Acima da banda média: Vout = Vmáx / [ 1 + (f / f2) 2]1/2 Na banda média: Vout = Vmáx www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 56 - EXERCÍCIOS - CAPÍTULO 03: RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DO TBJ 1) Identifique a função dos capacitores C1, C2 e C3 no circuito da figura abaixo. 2) Um amplificador possui duas freqüências críticas: f1 = 250Hz e f2 = 5MHz, Qual é a banda média do amplificador? 3) As duas freqüências críticas de um amplificador são: f1 = 127Hz e f2 = 2,45MHz. Qual a banda média do amplificador? Se a tensão de saída for224mV na banda média, qual será a tensão de saída em cada freqüência crítica? 4) Se β = 100 na figura abaixo. Qual a freqüência crítica do circuito de acoplamento de entrada? 5) Qual a freqüência crítica do circuito de acoplamento de entrada para o amplificador da figura acima se β = 300? E se β = 50? 6) Para o amplificador da figura abaixo, se β = 100, qual a freqüência crítica do circuito de acoplamento de entrada? www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 57 - 7) Qual a freqüência crítica do circuito de acoplamento de entrada do amplificador da figura do exercício 5 se β = 300? E se β = 50? 8) Qual a freqüência crítica do circuito de acoplamento de saída na figura abaixo? 9) Calcular a freqüência crítica do circuito de acoplamento de saída para β = 100 da figura abaixo. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 58 - 10) Repita o exercício 8 para β = 50 e β = 300. 11) Se β = 100 do amplificador do exercício 3, qual é a freqüência crítica do circuito de desvio do emissor? 12) Repita o exercício 10 para β = 50 e β = 300. 13) Se β = 150 no amplificador do exercício 3, quais são as freqüências críticas? Qual é a menor freqüência da banda média desse amplificador? 14) No amplificador da figura do exercício 8, todos os capacitores têm seu valor multiplicado por 10. Qual a menor freqüência da banda média do mesmo para β = 200? 15) Dado o circuito abaixo C’c = 6pF. Qual a freqüência crítica do circuito de desvio do coletor se Cstray = 15pF? 16) Se C’c = 3pF e Cstray = 7pF no circuito amplificador acima, qual a freqüência crítica do circuito de desvio do coletor? 17) No circuito amplificador do exercício14, se C’e = 4 pF e Cstray = 10pF.Qual a freqüência crítica do circuito de desvio do coletor? O que aconteceria com a freqüência crítica se todas as resistências fossem multiplicadas por 10? E se todas as resistências fossem dividas por 10? 18) Na figura abaixo, A = 200 e C = 5pF. Qual a capacitância de MILLER de entrada e de saída do amplificador? 19) Se A = 10.000 e C = 100pF no circuito amplificador da figura acima, qual a capacitância de MILLER de entrada e de saída do mesmo? www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 59 - 20) A capacitância de MILLER de entrada do amplificador da figura do exercício17gera um desvio na entrada.Se A = 300 e C = 10pF, qual seria a freqüência crítica desse circuito de desvio? 21) Um amplificador de áudio tem f1 = 12Hz e f2 = 15kHz. Qual será o ganho de tensão quando f = 20Hz e f = 20kHz? 22) Um amplificador possui uma freqüência crítica superior f2 = 100kHz. Admita que não exista outros circuitos de desvio. Se o amplificador tiver um ganho de tensão de 100 na banda média, qual seria o ganho de tensão a 200kHZ, 400kHz, 1MHz e 10MHz? 23) Dado o amplificador abaixo, determinar a sua freqüência de corte ou crítica superior. Dados: β= 600, ICQ=2mA, CC= 2,5pF 24) Dado o circuito abaixo, determinar: a) o valor da tensão de saída se cada transistor tem β= 100 ea fonte do gerador for de 10µV, b) o valor da tensão de saída se o primeiro transistor tem um β=125 e o segundo um β=90, sabendo-se que a tensão de entrada é de 15µV. c)os valores mínimos de C1, C2 e C3 para obter-se um acoplamento ideal para as frequências superiores a 20Hz, sabendo-se que cada transistor tem um β=125 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 60 - 25) Se β= 175 no circuito da figura abaixo, calcular o valor da freqüência crítica ou de quina devido aos capacitores de acoplamento e de derivação e o valor da freqüência inferior da banda média 26) Se β= 120 e Rs= 1kΩ no circuito da figura a seguir, determinar o valor da freqüência crítica e o valor da freqüência inferior da banda média 27) Para o circuito da figura, calcular os valor da frequência crítica inferior e superior do amplificador, sabendo-se que β= 20, re = 1Ω a freqüência total é de 500MHz, C’C = 2pF e Cstray = 100pF. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 61 - 28) Esboce o diagrama de Bode para o circuito do exercício anterior. 29) Um amplificador tem uma entrada de 15 mW e uma saída de 2,4W. Qual é o ganho de potência em decibel? 30) Que potência em watts representa 54 dB? www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 62 - CAPÍTULO 04 – AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA Existem várias formas de se amplificar a potência de um sinal, incluindo eventualmente, até modificações no processo de polarização de um transistor, principalmente daqueles que operam em faixas de tensão e corrente bem maiores , de modo a se conseguir o máximo de rendimento possível. Além disso, um amplificador transistorizado completo é formado por vários estágios ligados em cascata, aumentando muito o ganho total. 4.1. Amplificadores em cascata A figura 1 mostra um amplificador emissor comum ligado em cascata com um amplificador coletor comum através de acoplamento capacitivo (C2). Figura 1 4.2. Acoplamento entre amplificadores: a) Acoplamento capacitivo: Figura 2 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 63 - Vantagens: • Baixo custo; • Bom para baixas freqüências. Desvantagens: • Dificulta o casamento de impedância; • Limita a freqüência de corte inferior. b) Acoplamento por transformador Substituindo-se a saída ou o resistor de coletor de um estágio pelo enrolamento primário de um transformador, e fazendo-se a ligação do ponto entre os resistores de base e a base do transistor do estágio seguinte por transformador mostrado na figura 3. Como os enrolamentos (indutores) são curto-circuitados para sinais CC, eles não afetam o ponto de polarização dos transistores. O transformador isola totalmente o nível CC de um estágio a outro, a polarização dos transistores é totalmente individualizada. Apenas os sinais CA são transferidos para o estágio seguinte. Figura 3 O acoplamento por transformador permite um ótimo casamento de impedância entre estágios,ou entre o estágio de saída e a carga através da relação entre o número de espiras do primário e do secundário, melhorando o desempenho (ganho de potência final) do amplificador. Figura 4 Vantagens: • Perfeito isolamento elétrico entre estágios; • Ótimo casamento de impedâncias entre estágios; www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 64 - • Tamanhos reduzidos, mais leves e mais baratos para as faixas de RF. Desvantagens: • Limita a freqüência de corte inferior; • Muito grandes, mais pesados e mais caros para baixas freqüências; • Não-linearidade na resposta em frequência devido à não– linearidade do núcleo magnético. c) Acoplamento direto: Neste caso, a polarização de um estágio está vinculada diretamente às polarizações dos seus estágios anterior e posterior. Eliminando alguns resistores de polarização, reduzindo o número de dispositivos do circuito, conforme mostra a figura 5. O fato de o segundo estágio não possuir o divisor de tensão na base, torna sua impedância de entrada maior, fazendo com que praticamente toda a tensão CA na saída do primeiro estágio seja transferida para a entrada do segundo, porém, com redução da corrente CA de entrada. Não havendo capacitores de acoplamento, a freqüência de corte inferior fica limitada apenas pelo capacitor de desvio de emissor. Caso este não seja utilizado, a freqüência de corte inferior passa a ser zero. Figura 5 Vantagens: • Não usa dispositivos de acoplamento; • Redução do número de resistores de polarização; • Bom para baixas freqüências. Desvantagens: • Dificulta o casamento de impedâncias entre estágios; • Aumenta a instabilidade do ponto quiescente dos transistores. d) Conexão Darlington: A conexão Darlington é uma forma de acoplamento direto entre dois transistores, muito utilizada, conforme mostra a figura 6. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 65 - Figura 6 O ganho de corrente em uma conexão Darlington será dado por: β = β1 . β2 Comercialmente, são encontrados transistores em conexão Darlington num único encapsulamento, facilitando a sua utilização em diversas aplicações práticas. 4.4. Classes de amplificadores de potência a) Amplificadores classe A É classificado como classe A, o amplificador cujo transistor está polarizado com o ponto quiescente no meio da reta de carga, oscilando somente na região linear da curva do transistor. Ele trabalha o tempo todo na região ativa. Figura 7 Ao descobrirmos a máxima tensão e potência que ele pode fornecer à carga, através dos seus parâmetros de ganho e impedância, poderemos www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 66 - definir qual o maior sinal que pode ser aplicado à sua entrada, de forma que a sua amplificação aconteça com o maior rendimento possível sem distorção. TENSÃO MÁXIMA NA CARGA Para efeito de análise do desempenho deste amplificador, é necessário determinar qual a máxima tensão de pico na carga sem que haja o corte ou a saturação do transistor, caso contrário haveria distorção do sinal. Como para sinais CA a resistência de coletor está em paralelo com a carga RL, será considerada a carga equivalente R ’ L= RC/RL, como mostra o circuito da figura 8, no qual a etapa de entrada do amplificador foi substituída por seu equivalente Thévenin, apenas por simplicidade. Figura 8 Estando o ponto quiescente no meio da reta de carga, a amplitude máxima de pico a pico do sinal na carga (VLM) é limitada por ICQ ou por VCE, para que o transistor não corte e não sature, ou seja, é dada pelo menor entre esses dois valores: Figura 9 Em geral, a expressão (I) é menor que a (II), devido à presença da carga RL em paralelo com RC. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 67 - POTÊNCIA MÁXIMA DA CARGA RL A potência máxima fornecida à carga (PLM), em valor eficaz, pode ser calculada por: PLM=VLM 2 / 8.RL Caso a carga RL tenha um valor muito alto, a expressão (I) se aproxima de (II), sendo a amplitude máxima de pico a pico da corrente e tensão na carga: VLM= 2.VCEQ= VCC ICmáx= 2.ICQ Assim sendo haverá o maior rendimento do amplificador, pois, a máxima potência possível na saída do mesmo, em valor eficaz, é calculada da seguinte forma: PLM= (VCC.ICQ)/ 4 POTÊNCIA MÁXIMA DISSIPADA PELO TRANSISTOR A potência máxima dissipada pelo transistor é a potência quiescente dissipada por seu coletor: PCM= (VCC.ICQ) / 2 PCM= 2.PLM Essa potência deve ser necessariamente menor que o valor PCmáx fornecido pelo manual do fabricante do transistor. Isto significa que a potência dissipada pelo transistor é no mínimo duas vezes maior que a potência máxima possível na saída do amplificador, o que mostra que o amplificador classe A consome a maior parte da potência na manutenção do ponto quiescente, e não no sinal CA amplificado na carga, consequentemente seu rendimento é extremamente baixo. POTÊNCIA FORNECIDA PELA FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte de alimentação VCC fornece ao amplificador a corrente de coletor quiescente ICQ e a corrente para o divisor de tensão na base do transistor será desprezada. Sendo assim a potência fornecida pela fonte de alimentação pode ser calculada da seguinte maneira: PF= VCC.ICQ RENDIMENTO DO AMPLIFICADOR O rendimento η do amplificador é a relação percentual entre a potência fornecida pelo amplificador à carga e a potência fornecida pela fonte de alimentação ao amplificador: η= (PLM/PF).100 ={[(VCC.ICQ)/4] / (VCC.ICQ)}.100= 25% Isto prova que o rendimento do amplificador classe A é muito baixo. b) Amplificador classe B www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 68 - O amplificador classe B é aquele que trabalha com o ponto quiescente próximo à região de corte. /ele amplifica somente um semiciclo do sinal CA, conforme mostra a figura 10. Figura 10 Com isso, a corrente quiescente de coletor é muito pequena, fazendo com que o transistor dissipe menos potência, reduzindo também o consumo da fonte de alimentação na ausência de sinal CA. O resultado é um aumento no rendimento do amplificador. Esse aumento no rendimento não é só devido ao menor consumo de corrente da fonte de alimentação, mas também pelo fato de o semiciclo a ser amplificado ter a possibilidade de uma excursão muito maior, já que o ponto quiescente encontra-se próximo ao corte. Por outro lado, a amplificação de apenas metade do sinal não é adequada. Por isso, o amplificador classe B é montado num arranjo denominado push-pull (empurra-puxa), que utiliza dois transistores complementares, um NPN e outro PNP, de tal forma que um amplifica o semiciclo positivo e o outro amplifica o semiciclo negativo, como o circuito da figura 11. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 69 - Figura 11 São dois transistores montados na configuração seguidor de emissor e, portanto, com ganhos de tensão unitários. É importante que os transistores tenham características muito próximas, de modo que atuem deforma igual nos dois semiciclos. Sendo os transistores complementares, o gerador de entrada enxergará sempre o mesmo circuito, qualquer que seja o semiciclo que ele esteja aplicando na entrada. Por isso, os principais parâmetros deste amplificador podem ser calculados da seguinte forma: ZE=β(re+RL) ZET= RB1//RB2//ZE ZST= ZS = re + ( RIG//RB1//RB2) / β AVT= RL/(re+RL) TENSÃO MÁXIMA NA CARGA Os resistores de polarização da base são iguais para os dois transistores. Portanto, a tensão em cada um é a metade da tensão de alimentação (VCEQ= VCC/2). Como o ponto quiescente está próximo do corte, a amplitude máxima de pico a pico (VLM) do sinal na carga é VCEQ. VLM= 2. VCEQ = VCC DISTORÇÃO DE TRANSIÇÃO (CROSS-OVER) Este amplificador impõe ao sinal CA uma distorção na transição de um semiciclo a outro, devido à tensão de condução da junção base- emissor (VBEQ=0,7V), conforme mostra a figura 12. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 70 - Figura 12 Esta distorção é maior para sinais de amplitudes menores. Se o sinal de entrada tiver amplitude de pico menor que VBE, ele simplesmente não passa pelos transistores, já que os mesmos não entram em condução. A solução está na polarização dos transistores um pouco acima da região de corte, dando origem aos chamados amplificadores classe AB. c) Amplificador classe AB No amplificador classe AB, o ponto de operação está numa região intermediária do centro da reta de carga (classe A) ao ponto de corte (classe B). No caso de uma excitação senoidal, o amplificador atua em mais do que meio ciclo, mas não no ciclo completo. A polarização dos transistores um pouco acima da região de corte nos amplificadores push-pull deve garantir que não ocorra a distorção na transição. Para isso, tem-se duas possibilidades: 1ª) Utilizar um divisor resistivo na base de modo que no ponto quiescente os transistores estejam próximo do ponto de condução (VBE=0,7V), conforme a figura 13.a. 2ª) Substituir os resistores RB2 entre as bases por dois diodos de silício para fazer a polarização, como no circuito da figura 13.b. a vantagem dos diodos é que eles têm a mesma tensão de condução da junção base- emissor, o que assegura uma polarização correta para os transistores. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 71 - Figura 13 TENSÃO MÁXIMA NA CARGA Neste amplificador, a amplitude máxima de pico a pico do sinal na carga (VLM) vale: VLM= 2.VCEQ=VCC POTÊNCIA MÁXIMA NA CARGA RL A potência máxima fornecida à carga (PLM), em valor eficaz, pode ser calculada por: PLM= VLM 2/8.RL = VCEQ 2/2.RL = VCC 2/ 8.RL POTÊNCIA MÁXIMA DISSIPADA PELO TRANSISTOR Cada transistor neste amplificador conduz apenas em um semiciclo, atuando como se fosse um retificador de meia onda. Assim, a corrente que passa pelo coletor de cada um deles é a metade da corrente na carga, cujo valor de pico a pico é ILM=VCC/RL. Desta forma, o cálculo da potência é feito através do valor médio da tensão e corrente aplicado em seu coletor. Como já foi visto anteriormente, o valor médio de um sinal de meia onda é dado por: valor de pico/π. Assim, tem-se que a potência máxima dissipada por cada transistor vale: PCM= VCC 2 / 4π2.RL Essa potência deve ser necessariamente menor que o valor PCmáx fornecido pelo manual do fabricante. A potência dissipada pelo transistor é cinco vezes menor que a potência máxima possível de saída do amplificador, o que mostra que o www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 72 - amplificador classe AB consome muito menos potência na manutenção do ponto quiescente. Portanto, o seu rendimento é bastante elevado. POTÊNCIA FORNECIDA PELA FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte de alimentação VCC fornece ao coletor do primeiro transistor uma corrente cujo valor médio é dado por VCC/ 2π.RL, e ao divisor de tensão na base do transistor uma corrente que, por ser muito pequena face à corrente de coletor, será desprezada. Portanto, a potência fornecida pela fonte de alimentação ao amplificador vale: PF= VCC 2/ 2π.RL RENDIMENTO DO AMPLIFICADOR O rendimento do amplificador classe AB é muito elevado, pois a maior parte da potência fornecida pela fonte de alimentação é entregue à carga através do sinal amplificado. O rendimento do amplificador pode ser calculado por meio da formula a seguir: η = (PLM/ PF) . 100 d) Amplificador classe C No amplificador classe C, o ponto de operação está situado dentro da região de corte, de forma que o transistor conduza menos que um semiciclo, conforme mostra a figura 14. Figura 14 Isto provoca uma distorção do sinal, que pode ser aproveitada para filtragem de um dos seus harmônicos através de um circuito ressonante. Todo sinal não senoidal periódico pode ser decomposto por uma somatória de infinitos sinais senoidais de várias freqüências e amplitudes denominados harmônicos. AMPLIFICADOR SINTONIZADO O amplificador sintonizado é uma das aplicações do amplificador classe C. Ele possui um circuito ressonante de alto Q (fator de qualidade) no lugar do resistor de coletor, conforme figura 15. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 73 - Figura 15 Em geral, utiliza-se um circuito ressonante com Q maior que 10, o que garante uma banda de freqüência muito estreita. A freqüência de ressonância fR, o fator de qualidade QL e a relação entre eles são dados por: O funcionamento do circuito é bastante simples. O amplificador classe C produz uma distorção no sinal senoidal de entrada, de forma que o mesmo passe a produzir harmônicos. O circuito ressonante é sintonizado através do ajuste de C ou L na freqüência de um desses harmônicos, fazendo com que apenas ele seja amplificado e entregue à carga de saída. Os demais harmônicos sofrem uma grande atenuação, em função da banda de freqüência ser muito estreita. Desta forma, este amplificador funciona como um multiplicador de freqüências. O circuito ressonante do amplificador sintonizado pode ser formado também por um transformador de acoplamento com um capacitor em paralelo, conforme mostra a figura 16, garantindo assim também um perfeito casamento de impedâncias com o estágio seguinte. O fato do amplificador sintonizado trabalhar numa faixa bastante estreita de freqüências, torna-o bastante eficiente. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 74 - Figura 16 TENSÃO MÁXIMA NA CARGA No amplificador classe C, como o ponto de operação está dentro da região de corte, o sinal na carga terá uma amplitude máxima pico a pico de: VLM= 2.VCEQ= 2.VCC Observar que o circuito ressonante é o responsável por fazer com que a tensão de saída possa ter amplitude máxima de pico a pico igual ao dobro da tensão de alimentação. POTÊNCIA MÁXIMA NA CARGA RL A potência máxima fornecida à carga PLM, em valor eficaz, é dada por: PLM= VCC 2/ 2.RL POTÊNCIA MÁXIMA DISSIPADA PELO TRANSISTOR A carga equivalente do amplificador classe C, para sinais CA, é a resistência RP do indutor em paralelo com RL, ou seja, RL ’= RP//RL. PCM= VCC 2/ 4π2.RL ’ Por garantia, essapotência deve ser necessariamente menor que a potência PCmáx fornecida pelo fabricante. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 75 - POTÊNCIA DISSIPADA PELO INDUTOR A parte resistiva (RP) do indutor (bobina) dissipa uma potência que vale: PB= VCC 2/ 2.RP POTÊNCIA FORNECIDA PELA FONTE DE ALIMENTAÇÃO A potência fornecida pela fonte de alimentação ao circuito é a soma das potências dissipadas pelo transistor, pelo indutor e pela carga. PF= PCM + PB + PLM RENDIMENTO DO AMPLIFICADOR η = (PLM/PF) . 100 www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 76 - EXERCÍCIOS - CAPÍTULO 04: AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA 1) Dado o circuito amplificador a seguir, determinar a tensão e a potência máximas na carga e o rendimento do amplificador. 2) Dado o circuito amplificador classe AB abaixo, projetado com ICQ= 10mA, determinar a tensão e a potência máximas na carga e o rendimento do amplificador. 3) Determine o valor de C e a banda de freqüência do amplificador sintonizado a seguir, para que ele amplifique apenas o harmônico correspondente ao dobro da frequência do sinal de entrada, sabendo-se que o indutor tem QL= 40. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 77 - 4) Considerando o amplificador sintonizado do exercício anterior, determinar a tensão e a potência máximas na carga, e seu rendimento, sabendo-se que o transistor dissipa uma potência de 4mW. 5) Dado o amplificador a seguir, determine: a) Impedâncias de entrada e saída do amplificador; b) Ganhos totais de tensão (com e sem carga); c) Tensão, corrente e potência na carga; d) Ganhos totais de corrente e potência. 6) Dado o amplificador abaixo, determine: a) Impedâncias de entrada e saída do amplificador; b) Ganhos totais de tensão (com e sem carga); c) Tensão, corrente e potência na carga; d) Ganhos totais de corrente e potência. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 78 - 7) Em relação aos tipos de acoplamento entre amplificadores, quais são os melhores para: a) Realizar casamento de impedâncias; b) Operar em baixa frequência; c) Operar em alta frequência; d) Ter o menor custo. 8) Dois transistores estão conectados na configuração Darlington. Dadas as características individuais, determine qual deve ser o transistor de entrada e quais as características da conexão. 9) Considerando um amplificador Darlington seguidor de emissor com β1= 150 e β2= 50, sendo IEQ= 12mA, conforme a figura abaixo, determine os seus parâmetros, bem como a corrente e a tensão na carga. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 79 - 10) Dado o circuito amplificador a seguir, determine a tensão e a potência máximas na carga e o rendimento do amplificador. 11) Considerando o amplificador do exercício 1, determine a tensão e a potência máximas na carga, o rendimento do amplificador e o valor VEG e VG para a máxima potência de saída. 12) Dado o amplificador classe AB mostrado na figura abaixo, projetado com ICQ= 4,5mA, determine a tensão e a potência máximas na carga, o rendimento do amplificador e o valor de VEG para a máxima potência de saída. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 80 - 13) Para o amplificador sintonizado da figura, deseja-se uma freqüência de ressonância de 1MHz com banda de freqüência de 80kHz. Determine: a) O valor do capacitor C; b) O fator de qualidade do circuito; c) o fator de qualidade e valor da resistência série do indutor. 14) Considerando o amplificador sintonizado do exercício 13, determine a tensão e a potência máximas na carga, e seu rendimento, sabendo-se que o transistor dissipa uma potência de 10mW. 15) Os amplificadores de áudio usam o acoplamento do transformador entre o estágio final do amplificador e um alto- falante para combinar as impedâncias e a fim de evitar ter a corrente contínua do estado final circulando através da bobina do alto-falante. Deseja-se conectar um alto-falante de 8Ω a um amplificador com 8000Ω. Determine a relação de espiras do transformador da saída. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 81 - 16) Muitas vezes é necessário mais de um estágio amplificador para se conseguir o ganho desejado. Neste caso é comum conectar-se a saída de um estágio amplificador como entrada para um outro estágio amplificador seguinte, conforme mostra a figura a seguir. a) Determine a expressão para o ganho em tensão Vo/Vi. b) Determine o ganho considerando que os transistores são iguais e possuem o mesmo ponto de polarização quiescente. 17) Considere VBE = 0,7 V. Determine todas as correntes indicadas. - www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 82 - 18) Escreva a expressão para o ganho Vo/Vi . Qual a função de cada um dos capacitores CB, CE e Co? Qual a função do resistor RE2? Ele tem influencia no ganho do amplificador? E no ponto de polarização? Justifique usando as equações do circuito. Substitua o potenciômetro RE2 por um sensor resistivo e sugira uma aplicação para este circuito. 19) Basicamente, um amplificador sintonizado pode ser considerado como um amplificador cuja carga é um filtro passa-faixa. Normalmente o filtro passa-faixa é constituído por um circuito RLC (também conhecido como circuito ressonante). Estes circuitos são úteis para amplificação de sinais de banda estreita. Apresenta uma resposta tipicamente passa-faixa. Os amplificadores sintonizados encontram grandes aplicações em receptores de rádio e televisão nos estágios de sintonia (seleção da estação que se deseja sintonizar). Aplique o modelo AC para pequenos sinais e encontre a expressão para o ganho em tensão para o amplificador sintonizado mostrado na figura a seguir. Observe a dependência do ganho em função da freqüência. Determine o valor do ganho Vo/Vi na freqüência de ressonância? Observe também que a faixa de passagem [largura de banda], relativa a seletividade do amplificador sintonizado, depende do fator de qualidade Q. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 83 - www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 84 - 20) Determine o ganho em tensão (Av). 21) Considere β=100 no circuito da figura abaixo, desenhe o modelo equivalente e calcule o valor da impedância de entrada e de saída. 22) Considere β=100 no circuito da figura abaixo, desenhe o modelo equivalente e calcule o valor da impedância de entrada e de saída. www.cliqueapostilas.com.br http://www.cliqueapostilas.com.br FACULDADE DE ENGENHARIA - APOSTILA DE ELETRÔNICA II Prof. Engº Esp. J .F.ZANON - 85 - 23) Considere β=100 no circuito da figura abaixo, desenhe o modelo equivalente e calcule o valor da impedância de entrada e de saída. 24) Considere β=100 no circuito da figura abaixo,
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