Eletrônica Básica I –EE 530 –

Transistores Bipolares de Junção (TBJ)

Prof. Gustavo Fraidenraich

Polarização de circuitos amplificadores TBJ

Circuito com divisor de tensão

Circuito com duas fontes

Circuito com resistor de realimentação

Circuito com fonte de corrente

Circuito com divisor de tensão

estável

1

)1/(

=>

+>>

>>

++

−=

E

BE

BEBB

BE

BEBBE

i

RR

VV

se

RR

VVi

β

β

Circuito com duas fontes

)1/( ++

−=

βBE

BEEEE

RR

VVi

Circuito com resistor de realimentação

)1/( ++

−=

βBC

BECCE

RR

VVi Sempre no modo

ativo!

Circuito com fonte de corrente

R

VVVII BEEECC

REF

−+==

CorrentedeEspelho

Operação em pequeno sinal e modelos

Análise do ponto de operação

Operação linear do transistor

tânciatransconduT

Cm

bembe

T

Cc

cCC

be

T

CCC

V

Ig

vgvV

Ii

iIi

vV

IIi

=

==

+=

+=

Corrente de Base e emissor

B

T

m

bem

b

I

V

gr

vg

i

==

=

β

β

π

mm

e

C

T

E

T

e

bee

be

T

Ebe

T

Cce

ggr

I

V

I

V

i

vr

vV

Iv

V

Iii

1

/

≈=

===

===

α

α

αα

( ) e

e

rr

rer

1

entrerelação

+= βπ

π

Modelo para pequenos sinais

Modelo π-híbrido

Modelo T

Modelo π-híbrido para altas freqüências

Modelo π-híbrido

Modelo T

Etapas

Determine o ponto de operação cc do TBJ

Calcule os valores dos parâmetros gm=IC/VT, rπ=β/gm e re=VT/IE.

Elimine as fontes cc substituindo cada fonte cc de tensão por um curto circuito e cada fonte cc de corrente por um circuito aberto.

Substitua o TBJ por um dos seus modelos equivalentes. (π ou T);

Análise do circuito

Exemplo 5.14

100=β

Exemplo 5.14

Ω===

===

Ω===

Kg

r

VmAmV

mA

V

Ig

mV

I

Vr

m

T

Cm

E

Te

09.192

100

/9225

3.2

8.1099.0/3.2

25

βπ

VVv

vA

vvRgv

vRr

rvv

i

v

ibeCm

i

BB

ibe

/04.3

04.3

011.0

0

0

−==

−=−=

=+

=π

π

Ganho de tensão

Exemplo 5.16

Exemplo 5.16

VVK

r

R

v

vA

mA

mV

I

Vr

e

C

i

v

E

Te

/3.18327

599.0

2793.0

25

0 =Ω×

===

Ω===

α

Modelando o efeito Early

Modelando o efeito Early

Conceito de resistência de entrada e saída

x

x

xi

VR =

Impedância em um nó

A impedância de entrada/saída de um nó geralmente é calculada em relação ao terra.

Impedância olhando pela base (com emissor aterrado)

πri

v

x

x =

Impedância olhando pelo emissor (com a base aterrada)

)(

1

1

1

∞=

≈

+

=

A

m

out

mx

x

V

gR

rg

i

v

π

x

xm

xm

vv

ir

gv

ivgr

v

−=

−=

+

−=+

π

π

π

π

π

π

1

Impedância olhando pelo coletor (com emissor aterrado)

ooutrR =

Topologias do TBJ

Emissor Comum (EC)

Base Comum (BC)

Coletor comum (CC) ou seguidor de emissor

Topologias do TBJ

Emissor Comum

Base Comum

Coletor Comum

Exemplo IEmissor Comum

Resposta

E

m

C

v

Em

Cm

v

Rg

RA

Rg

RgA

+

−=

+−=

1

1

Exemplo II

2

1

||1

πrRg

RA

E

m

C

v

+

−=

Exemplo III

E

m

C

v

Rg

rRA

+

−=

1

2

1

|| π

Exemplo IV

1

1

+++

−≈

βB

E

m

Cv R

Rg

RA

Exemplo V

1

2

2

1

||

)1(

1

1

)||(

RRR

RrR

RR

g

RRA

Cout

in

B

m

C

v

=

++=

+++

−=

β

β

π

Emissor Comum

Capacitor deacoplamento

Capacitor dedesvio

Modelo de pequenos sinais – emissor comum

Resistência de entrada e saída

entradadearesistêncibaixa,poucos

//

Ω

≅

>>

=

==

Kr

rR

rRse

rR

RRi

vR

in

B

ib

ibB

i

iin

π

π

π

π

Cout

C

Cout

RR

Rrcomo

rRR

≈

>>

=

0

0||

Ganho de Tensão( )

( )

( ) ( )

( )( )

( )LCm

sigB

Bv

m

CCmv

i

Cm

L

LCm

RRrgRrR

rRG

g

RrRrgA

vvcomo

Rrvgv

R

RRrvgv

||||||

||

tensãodeglobalGanho

/1

||||

||

se

||||

0

00

00

00

+−=

−=−=

=

−=

∞→

−=

π

π

π

π

π

Emissor Comum com resistência no emissor

Resistência de entrada

( )( )

( )( )eeBin

eeib

ee

ie

eb

b

iib

ibBin

RrRR

RrR

Rr

vi

ii

i

vR

RRR

++=

++=

+=

+=

=

=

1||

refletidaaresistêncidaregra

1

1

||

β

β

β

Resistência de Saída

C

X

X

out

Emin

A

Ri

vR

vRvgr

vvv

V

==

=⇒

++==

∞=

00 ππ

π

π

π

Ganho de Tensão

( ) ( )( ) ( )

( )

( )

e

m

sig

LC

ibBibBin

e

m

LC

sigin

in

e

m

LC

ee

LCv

LCeLCc

Rg

R

RR

RRRRR

Rg

RR

RR

R

Rg

RR

Rr

RRA

RRiRRiv

++

−≈

>>=

++−=

+

−≈+

−=

−=−=

1

||G

supondoe||oSubtituind

1

||G

TotalGanho

1

||||

||||

v

v

0

β

α

α

O amplificador base comum

Resistência de entrada/saída e ganho

( )

( )( )

( )

sig

m

LCv

Cout

m

LCLC

ei

ov

e

ie

LCeo

mein

Rg

RRG

RR

g

RRRR

rv

vA

r

vi

RRiv

grR

+

≈

=

≈==

−=

−=

−==

1

||

1

||||

||

baixaentradadearesistânci/1

α

α

Coletor Comum ou seguidor de emissor

Circuito equivalente

Análise

( )[ ]

( )( )( ) ( ) ( )( )

++++

+

+=

−=

++=

LoeBsig

Lo

Bsig

Bv

ibBin

Loeib

RrrRR

Rr

RR

RG

RRR

RrrR

||11||

||1

altaentradadearesistênci||

||1

ββ

β

β

Análise

baixaaresistênci1

||||

11

1

−

++=

<

+++

≈

>>>>

β

β

Bsig

eoout

L

m

sig

Lv

LosigB

RRrrR

Rg

R

RG

RreRRSe

Exemplo que não funciona

Como o microfone tem uma resistência muito baixa acaba aterrando a tensão de base levando Q1 ao corte.

Solução

O capacitor isola o microfone para freqüências DC mas deixa passar o sinal para freqüências AC.

Exemplo que não funciona

Visto que o alto-falante tem um indutor, conectar o mesmo diretamente ao amplificador levaria Q1 à saturação.

Solução

Devido à baixa impedância de entrada do alto-falante, o ganho cai consideravelmente.

Resumo Além do ganho, a impedância de entrada e saída são parâmetros muito

importantes;

Um amplificador ideal deveria prover um ganho muito alto, uma impedância de entrada muito alta e uma impedância de saída muitobaixa;

A impedância vista olhando para a base, coletor e emissor é dadarespectivamente por rπ, r0 e 1/gm.

Emissor comum provê um ganho de tensão moderado, uma impedância de entrada moderada e uma impedância de saída moderada;

O resistor no emissor aumenta a linearidade e a insensibilidade à variações com temperatura, mas diminui o ganho;

Base comum provê um ganho de tensão moderado, uma impedância de entrada baixa e uma impedância de saída moderada;

O ganho do emissor comum é igual ao do base comum, exceto pelo sinal;

O seguidor de emissor provê um ganho de tensão menor que a unidade. Uma impedância de entrada alta e uma impedância de saída baixa, servindo assim como um isolador de tensão (buffer)

ExercíciosDetermine a impedância de entrada paraos circuitos abaixo.

Exercício

Calcule R1 para que Ic=0.25mA (ββββ=100).Qual o erro percentual em Ic se RE variar de +5%.

Exercício

Calcule VB para que Ic=1mA . Use ββββ=100, Is1=Is2=3x10

-16.

Exercício

Calcule a impedância de entrada vista pelabase

Resposta

( )diodocomoconectadoTransistor

11

log

1

mmX

X

X

XmX

grgi

v

o

vv

ivgr

v

≈+

=

=

=+

−

π

π

π

π

ExercícioDetermine o ganho, a impedância de entrada esaída para os circuitos abaixo.

2

2

1

2

2

1

||1

||1

π

π

π

rg

R

rR

rg

gA

m

out

in

m

mv

=

=

−=

2

2

1

1

2

2

11

||1

||1

π

π

π

rg

RR

rR

rg

RgA

m

out

in

m

mv

+=

=

+−=

2

2

1

2

2

1

||1

||1

π

π

π

rg

RR

rR

rg

RgA

m

Cout

in

m

Cmv

+=

=

+−=

Resposta em freqüência

jede CCC +=π

Resposta em freqüência

Modelo π híbrido para altas freqüências