Amplificadores janese
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  • 1. AmplificadoresAo aplicarmos uma tensão contínua a um circuito com transistor o sinal que sairá nocoletor terá a mesma forma do sinal de entrada e com o mesmo tamanho. Entretantose aplicarmos um sinal alternado ao circuito o sinal na saída do coletor terá a mesmaforma do sinal de entrada porém com maior amplitude; assim a essa variação deamplitude nos chamamos de amplificação.No estudo de circuitos com transistores, serão levados em consideração os circuitosque tem como característica a ampliação do sinal de saída, por tanto será estudado ossinais CA de um circuito para outro através de capacitores conectados ao circuito, queterão como função transmitir os sinais CA.CAPACITORES DE ACOPLAMENTO E CAPACITORES DE DESVIO (BYPASS)Os capacitores de acoplamento como o próprio nome diz, acopla ou transmiti sinais CAde um circuito para o outro.Os capacitores de desvio (Bypass) desviam ou curto-circuitam os sinais CA para a terra.Através da reatância capacitiva podemos entender melhor o funcionamento doscapacitores utilizados em amplificadores.A reatância capacitiva é inversamente proporcional a freqüência e a capacitância. Seaumentarmos a freqüência a reatância cairá, portanto se a freqüência for muito alta areatância se aproxima a zero significando que o capacitor é um curto-circuito. Se afreqüência diminui a zero a reatância torna-se infinita logo o capacitor é um circuitoaberto.Funções dos CapacitoresO capacitor de acoplamento age como um curto em altas freqüências e está conectadoem série com o circuito.O capacitor de desvio é conectado em paralelo com o resistor e age como um curto emaltas freqüências.Teorema da Superposição no Amplificador.
  • 2. Vamos utilizar o teorema da Superposição para analisarmos o circuito abaixo. Vamosseparar as fontes do circuito através de uma analise CA e uma analise CC.Faremos primeiro uma analise CC no circuito e para tanto teremos que imaginar oscapacitores abertos no circuito. Logo temos1º Reduzimos a fonte CA a zero.2º Abrimos todos os capacitores.3º Analisamos o circuito equivalente CC.Reduzir a fonte Ca equivale a substituí-la por um curto- circuito.Abrir os capacitores significa desconectá-los. O circuito que permanece após essatransformação é o circuito equivalente CC.Depois de feita a analise CC no circuito, vamos fazer a analise CA do mesmo circuito.1º Reduzimos todas as fontes CC a zero.2º Curto- circuitamos todos so capacitores.3º Analisamos o circuito equivalente CA.Reduzir a fonte CC à zero é o mesmo que curto- circuitá-la. Curto- circuitar todos oscapacitores significa fechar um curto entre seus terminais.O circuito que permanece após essa transformação é o circuito equivalente CA.Exemplo de um circuito amplificador e sua analise CA e CC.
  • 3. Faremos primeiro a analise CC. O circuito equivalente CC será: Acharemos os valores de VB, VE, IE, VCE I= 0.8mA VB = 1.8 V 1.1V 1.1mA 4,94VFaremos agora a analise CA do circuito. O circuito equivalente será:Podemos ainda reduzir o circuito de tal maneira que teremos a seguinte estrutura:
  • 4. O paralelo da resistência RC com RL na analise CA é chamada de resistência Ca docoletor ( )Obs: Faremos a analise do gráfico do diodo Emissor (IxV)---=--------------------------------------- Quando adicionamos um sinal CA ao cir----------------------------------------- Q cuito com transistor polarizado o pontode--------------------------------- operação (Q) se move para cima e para Baixo nas proximidades do ponto quiescente Dependendo do ciclo da onda senoidal. A esta nova posição nós damos o nome de Ponto de Operação Instantâneo.Quando o sinal senoidal de uma fonte CA passa entre os terminais Base- Emissor deum transistor o sinal senoidal aumenta para seu valor de pico positivo, o ponto deoperação instantâneo move-se para cima do ponto Q e quando o sinal senoidalaumenta para seu valor de pico negativo o ponto de operação instantâneo move-separa baixo do ponto Q.O mesmo acontece com o eixo da corrente do emissor. Essas ondas senoidais não sãosemelhantes. O semiciclo positivo da corrente do emissor é alongado e o semiciclopositivo da tensão é comprimido devido a cura do diodo. A essa diferença damos onome de Distorção.Uma maneira de diminuir a distorção é manter a tensão da base pequena reduzindoassim o movimento do ponto de operação instantâneo e quanto menor a variaçãomenor será a curvatura que aparece no gráfico.Resistência CA do diodo EmissorPor definição a resistência CA é igual a variação da tensão Base-Emissor dividida pelavariação da corrente de emissor.
  • 5. No entanto iremos considerar para os nossos cálculos a seguinte formula daresistência CA do diodo emissor.Onde iremos representarObs: na analise CA todos os parâmetros a serem calculados irão ser representados porletras minúsculas.Ganho de Corrente CA ( )Na analise CC sabemos que o ganho de corrente ( é representado pela seguinteformula:Na analise CA o ganho de corrente é representado pela seguinte formula:Nas folhas de especificações técnicas o ganho de corrente é representado porAssim para exemplo acima podemos calcular a resistência do emissor:Amplificador Emissor Comum (EC)O circuito amplificador EC tem como característica principal o capacitor de desvio (CE)curto- circuitado para sinais CA em alta freqüência. Logo o emissor estará aterradosendo esse o motivo do nome do amplificador.O gerador tem uma tensão senoidal pico a pico e a resistência interna do gerador terásempre valor pequeno na faixa de Ohms.A tensão é transmitida ou acoplada por meio de um capacitor de entrada à base. Ovalor da tensão da base será menor que a tensão no gerador devido a queda de tensãona resistência interna do gerador. A tensão da base aparece no diodo emissor devido
  • 6. ao emissor está aterrado ocasionando uma tensão CA e uma corrente CAcorrespondente no diodo.A ocasionando uma tensão e uma corrente CA na resistência CA do coletor,como o capacitor de acoplamento bloqueia o sinal CC, a tensão CA do coletor seráinvertida e amplificada na carga.Obs: não há tensão CA no emissor porque o capacitor é um curto para CA.Analise de um Amplificador ECPara à analise de um EC devemos primeiro fazer a analise CC depois reduzi-lo a umcircuito equivalente CA.Calculo da Impedância de Entrada da Base (Podemos calcular a através da seguinte formula:Se simplificarmos o circuito, visualizamos o interior do transistor. O circuito terá aseguinte representação:
  • 7. Teremos então que ´; substituindo na equação anterior veremos que como teremos então a seguinte formula:Impedância de Entrada do Estágio (Estágio é o nome dado ao circuito que contem um transistor com resistores depolarização e capacitores.A impedância de entrada do estágio será o paralelo dos resistores de polarização comimpedância de entrada da base.Esta impedância será sempre menor que a impedância da base.Exemplo: Faça a analise CC e CA do circuito abaixo calculando o valor da impedância deentrada. 1- 2-
  • 8. Parâmetros de um AmplificadorNa analise feita para amplificadores até agora estudada vimos se necessário autilização de circuitos equivalentes onde substituímos os transistores por elementostais como capacitores, resistores e etc.. Estes elementos associados desempenham asmesmas funções dos transistores.Alguns parâmetros serão mostrados neste tópico dando-se maior ênfase ao ganho detensão e impedância de entrada e saída de um transistor, sendo também utilizado nasespecificações técnicas de transistores.Parâmetros HíbridosSão métodos matemáticos avançados para a análise de circuitos com transistor. Elesrepresentam a ferramenta básica para o cálculo exato do ganho de tensão, impedânciade entrada e saída de um amplificador com transistor.O circuito abaixo utiliza os parâmetros híbridos, sua analise será feita supondo otransistor operando em baixa freqüência.As equações do sistema são:Calculo da Impedância de Entrada (Se então e assim
  • 9. Ω)O ganho de Corrente ( )Calculo do Ganho de Tensão ( )Se , entãoCalculo da admitância de saída ( )Para um amplificador EC as formulas utilizadas são: ondeEx: Sabendo-se que ;determine :o ganho de tensão e corrente; a impedância de entrada e saída do EC.
  • 10. AMPLIFICADOR DE TENSÃOQuando um amplificador é otimizando para seu ganho de tensão, ele é chamado deamplificador de tensão. O ganho de tensão é calculado pela razão entre a tensão desaída na carga do amplificador e a tensão de entrada da base do amplificador.Cálculo de Tensão de Entrada (Depois de se calcular a impedância de entrada do emissor EC o circuito pode serrepresentado da seguinte maneira:No circuito acima o gerador (VG ) tem uma corrente de gerador ( que pode sercalculado através da formula:Assim podemos calcular a tensão de entrada comoO circuito é similar ao circuito de Thevenin podendo assim se calcular a tensão emAtravés de divisor de tensão.
  • 11. Calculo da tensão CA no coletor (A corrente da base é calculando pela formula:Sabendo que a corrente de coletor é calculando pela seguinte formulapodemos então calcular a tensão de saída na resistência CA do coletor pela seguinteformula:Podemos também calcular a tensão de saída através da corrente de emissor ( ) comoCalculo do Ganho de TensãoO Ganho de Tensão informa a capacidade de ampliação do circuito. Tem como símboloa letra A e é definido como a tensão de saída dividida pela tensão de entrada.Ex: Nos circuitos anteriores determine e e o A.Estágios em CascataPara se ter um maior ganho de tensão na saída de um amplificador, podemos conectardois estágios. Esse circuito é chamado de Estágios em Cascata que acopla a tensão desaída amplificada do primeiro transistor na base do segundo transistor que vai ampliarainda mais o sinal tornando-o maior que o sinal de entrada.O circuito abaixo mostra um amplificador em cascata
  • 12. O circuito equivalente CA abaixo mostra como o circuito da base do estágio 2 aparecepara o sinal CA no coletor do 1º estágioA impedância de entrada da base do 2º estágio é:A impedância de entrada do 2º estágio são os três resistores em paraleloAnálise do primeiro estágio:A resistência CA do coletor do 1º estágio é igual ao paralelo do resistor do coletor (RC)e a impedância de entrada do 2º estágio.Logo o ganho de tensão do 1º estágio é:Calculo da tensão da base do 1º estágio é:
  • 13. onde (1º ESTÁGIO)Calculo da tensão CA no coletor do 1º estágio é: onde (1º ESTÁGIO)Análise do 2º EstágioDevido a tensão CA na base do 2º estágio ser igual a tensão CA do coletor do 1] estágiotemos:O ganho de tensão no 2º estágio e:A tensão de saída do 2º estágio e:Ganho de tensão total e:Para a análise de um amplificador de dois estágios seguimos o seguinte procedimento:1º Calcular impedância de entrada do 2º estágio2º Calcular a impedância de entrada do 2º estágio3º Calcular a resistência CA do coletor do 1º estágio4 º Ganho de tensão do 1º estágio5º Tensão na base do 1º estágio6º Tensão CA no coletor do 1º estágio7º Tensão na base do 2º estágio8º Ganho de tensão do 2º estágio9º Ganho totalEx: Faça a análise do circuito em cascata abaixo
  • 14. Amplificador Seguidor de Emissor ou Coletor- ComumSobrecarga: ocorre quando se conecta a saída de EC um resistor de carga de valor bemmenor que a resistência CC do coletor causando uma diminuição no ganho de tensão,pois há uma diminuição na resistência CA do coletor. Uma forma de se evitar asobrecarga é usando um seguidor de emissor.Se conecta entre a saída de EC e a pequena resistência de carga um amplificadorcoletor comum.O seguidor de emissor tem uma impedância de entrada tão alta que não sobrecarregao EC. A figura abaixo mostra um seguidor comum.O circuito equivalente CA do amplificador Coletor – ComumCalculo da resistência externa CA do emissorCalculo da impedância de entrada da Base: )
  • 15. Calculo da impedância de entrada do estágioCalculo do ganho de tensãoEx:Amplificador Cascata Emissor- Comum e Coletor- ComumUma forma de evitar a sobrecarga no amplificador EC quando conectado a uma cargade baixa resistência é acoplar um seguidor de emissor e o amplificador EC. O sinalpode ser acoplado por meio de capacitor de acoplamento ou diretamente.
  • 16. O circuito abaixo mostra esse acoplamento sem os resistores de polarização doseguidor de emissor (Como não há resistência de polarização no seguidor de emissor a impedância deentrada do estágio será igual à impedância da base logo.Obs: se não há resistência de polarização não haverá a resistência CA do emissor (Assim para o amplificador EC a impedância do estágio do CC será a carga, logopodemos fazer toda à analise CA e CC do amplificador.Ex. Faça a analise do circuito abaixo, determine o ganho de tensão.
  • 17. Agora faremos a analise dos amplificadores em cascata EC e CC, com as resistências depolarização do seguidor de emissor.Faremos primeiro a analise CC e CA do seguidor de emissor até o cálculo daimpedância do estágio que será para o amplificador EC a carga em seguida faremosa analise CC e CA do EC até o cálculo da tenção de saída que será a tensão de entradado seguidor de emissor podendo assim finalizar a analise.Amplificador Base – ComumO amplificador Base – Comum tem como característica uma impedância de entradarelativamente baixa, uma impedância de saída alta e um ganho de tensão alto. É assimchamado por ter sua base aterrada.A configuração é mostrada abaixo:Na analise CC teremos a corrente de emissor dado pela forma
  • 18. O circuito equivalente CA é mostrado abaixoO cálculo da resistência CA do emissor éO cálculo da impedância da base éO cálculo da impedância de entrada do estágio éO cálculo da impedância de saída éO cálculo do ganho de tensão éEx:
  • 19. Amplificador DarlingtonConsiste na ligação em cascata de seguidores em emissor, tipicamente um par. Temcomo característica principal um aumento na impedância de entrada e umadiminuição na impedância de saída. Seu ganho total de tensão é aproximadamenteigual a um (1). A corrente de base de vem do emissor de , logo o ganho decorrente total será igual ao produto dos ganhos de corrente de eO circuito abaixo representa um amplificador Darlington, ao fazer a analise CC desteamplificador veremos que há uma queda de tensão em e também uma quedade tensão em . Como há um divisor de tensão aplicado a base de podemosdeterminar a corrente do emissor de , como:A corrente do emissor de é igual a corrente de base de , assim Circuito Darlington
  • 20. N a analise CA temos:Impedância de entrada do 2º estágio da BaseSe a resistência CA do emissor do 2º estágio for ignorado a impedância de entrada dabase do 1º estágio será:Como é muito maior entãoImpedância de entrada do circuito será:Impedância de saída do 1º estágio é:Impedância do 2º estágio
  • 21. Ex: Dado o circuito. Fazer a analise CAAmplificador de PotênciaOs transistores estudados até o momento foram transistores de pequenos sinais eanalisamos o ganho de tensão de cada tipo de amplificador.Os transistores agora estudados serão transistores de grande sinal. Todo amplificadortem duas cargas, uma carga CC e uma carga CA. Por isso todo amplificador possueduas retas de carga: uma reta de carga CA e uma reta de carga CC.Estudaremos a reta de carga CA para analisarmos as operações em grande sinal.Reta de carga CA e reta de carga CC.No amplificador EC estudado anteriormente o sinal CA de entrada produz variaçõesnas tensões de base e coletor e nas três correntes do transistor, como o emissor e umterra para CA a tensão não variava.Diferença entre resistências CA e CC para o coletor.
  • 22. A resistência CA do coletor na analise CA e calculada pelo paralelo entre e dasresistências CC. Como a resistência CA do coletor é diferente da resistência CC docoletor o ponto de operação Q no gráfico abaixo se move ao longo da nova reta decarga.Ponto de Saturação e Corte CAOs pontos de saturação e corte CA sobre a reta de carga CA será diferente da reta decarga CC e a reta de carga CA será mais inclinada porque a resistência CC do coletor.Embora as retas sejam diferentes, elas incluem o ponto Q. As correntes e a tensão noponto Q terão as seguintes notações.Cálculo da corrente quiescente do coletorCálculo da tensão quiescente do coletor
  • 23. Equação da reta de carga CAQuando o transistor está saturado assim, temos:Quando o transistor está para o corte , temosCompliância CA de saída.É a tensão de saída pico a pico sem ceifamento de um amplificador. A compliância CAde um amplificador EC é dada pelo menor valor das equações abaixo.Ex: Dados os valores abaixo, calcule: a reta de carga CA; seu ponto desaturação; ponto de corte e o valor máx. de pico a pico da tensão CA.