Material Do Trasistor Bjt Texto E Exercicios - 1 Bjt Com Beta Fixo

Transcript

Amplificador Classe A Estágio Simples Notação. VA: valor médio cc. vA: valor total instantâneo. Va: amplitude da tensão senoidal Va,Eficaz (RMS) = Va /√2: tensão eficaz ou RMS (root mean square value). va: valor instantâneo ca (média nula). v  Vsen VRMS 1 2  v dt  T T 1 2 2 1 0 Vsen  d  V 2 2 2  Vsen  d 0 2  V 2 Tarefa: Calcular o valor rms para onda triangular com amplitude ±V e para onda quadrada. 1   AMPLIFICADORES COM ESTÁGIO SIMPLES O estudo dos circuitos transistorizados é realizado em duas partes compreendidas em análise e em síntese. Na análise são investigadas as tensões e correntes para um circuito transistorizado existente. Na síntese são calculados os componentes do circuito (resistores, capacitores e transistores) a partir de especificações impostas ao circuito (VCC, VCQ, VEQ, ICQ, AV). Análise cc Considerando o circuito genérico, ilustrado na figura 1, A análise determina as tensões (VCQ, VEQ e VBQ), as correntes (IBQ, ICQ e IEQ) e o ganho de tensão AV em função dos componentes do circuito (RB1, RB2, RE1, RE2, RC e β). A análise é dividida em análise cc ou polarização cc e análise ca ou análise para pequenos sinais que são feitas com o auxílio dos circuitos equivalente cc e ca. 1.1 Circuito equivalente cc e determinação da corrente de base. A análise com base no circuito equivalente cc da figura 2(a) pode começar pela definição da corrente de base em função dos elementos do circuito. Figura 1: (a) Topologia genérica; (b) Circuito equivalente cc intermediário; e (c) Circuito equivalente cc. Considerando o ramo RB1 e RB2: VCC  I RB1 RB1  I RB 2 RB 2 . (1) Considerando as correntes do nó da base: I RB1  I BQ  I RB 2 . (2) V BQ  I RB 2 RB 2  VBEQ  I EQ ( RE1  RE 2 ) . (3) I RB 2 RB 2  VBEQ  I BQ   1( RE1  RE 2 ) . (4) E, considerando os ramos RB2 e RE1: ou Obtém-se o seguinte sistema: 2    I RB 2 RB 2  I BQ   1( RE1  RE 2 )  VBEQ  .  I RB1 RB1  I RB 2 RB 2  VCC I  I  I BQ RB 2  RB1 (5) Isto é, trata-se de um sistema com três equações e três incógnitas (IBQ; IRB1; IRB2). Resolvendo (5) para a corrente de base IBQ se obtém I BQ  RB 2VCC  ( RB1  RB 2 )VBEQ   1( RE1  RE 2 )( RB1  RB 2 )  RB1 RB 2 ou I BQ  VCC  ( RB1 / RB 2  1)VBEQ   1( RE1  RE 2 )( RB1 / RB 2  1)  RB1 . (7) Onde VBEQ é a queda de tensão base-emissor (VBEQ ≈ 0,7 V), e os demais valores nesta expressão são conhecidos. Na análise, os resistores, a fonte de alimentação e o ganho de corrente do transistor são previamente definidos, pois se trata de um circuito pronto. 1.2 Determinação das correntes de coletor e de emissor. As correntes de coletor ICQ e de emissor IEQ são dadas por e I CQ  I BQ (8) I EQ    1I BQ . (9) 1.3 Determinação das tensões de base, de coletor e de emissor. A tensão de emissor VEQ é dada por VEQ  ( RE1  RE 2 ) I EQ  ( RE1  RE 2 )  1I BQ . (10) A tensão de base VBQ é a soma da tensão base-emissor VBEQ com a tensão de emissor VBQ  VEQ  VBEQ . (11) VCQ  VCC  RC I CQ  VCC  RC I BQ . (12) A tensão de coletor é dada por 3   Análise ca 1.4 Circuito equivalente ca e determinação do ganho de tensão AV. O circuito equivalente ca, obtido curtocircuitando-se os capacitores e as fontes de tensão cc do circuito original, é apresentado na figura 2(a), circuito ca parcial, e 2(b), circuito ca final. O circuito equivalente ca serve para estudar as variações (senoidais) de tensão e de corrente em torno dos pontos de operação (modelo para pequenos sinais). Figura 3: Topologia genérica. Circuito equivalente ca. As características estudadas aqui são os ganhos de tensão da entrada para o coletor AVc e da entrada para o emissor AVe. AVc  vc vin (13) AVe  ve vin (14) Com base no circuito equivalente da figura 2(b), tem-se vin  rbib  RE1 || RLe ie (15) vc  ic RC || RL  (16) ve  ie RE1 || RLe  (17) Substituindo as relações entre a corrente de base e as correntes de coletor, ic  ib , e de emissor, ie    1ib em (18)-(20) chega-se a vin  ib rb    1RE1 || RLe  (18) vc    ib RC || RL  (19) ve    1ib RE1 || RLe  (20) Substituindo os resultados (23)-(25) em (21) e (22) se obtém os ganhos de tensão em função dos componentes do circuito ( RC , RLc , RE , RLe e  ) e da resistência equivalente de base rb. AVc    RC || RLc  rb    1RE1 || RLe  (21) 4   AVe    1RE1 || RLe  rb    1RE1 || RLe  (22) Onde, da teoria dos semicondutores, tem-se rb  26mV / I BQ . (23) A resistência equivalente de emissor, re, é dada por rb .   1 Substituindo (29) em (26) e (27), considerando chega-se a β >>1, chega-se a RC || RL  AVc   re  RE1 || RLe  re  26mV / I EQ  AVe  RE1 || RLe  re  RE1 || RLe  (24) (25) (26) A tabela 1 ilustra os valores das correntes e tensões quiescentes em função dos valores dos elementos do circuito. Tabela 1: Análise cc e ca I BQ  RB 2VCC  ( RB1  RB 2 )VBEQ   1( RE1  RE 2 )( RB1  RB 2 )  RB1 RB 2 I EQ    1I BQ I CQ  I BQ VEQ  ( RE1  RE 2 )  1I BQ VBQ  VEQ  VBEQ VCQ  VCC  RC I BQ AVc   AVe  RC || RL  re  RE1 || RLe  RE1 || RLe  re  RE1 || RLe  5   Síntese cc e ca Na síntese os componentes do circuito genérico da figura 1, RB1, RB2, RE1, RE2, RC são calculados são a partir das especificações VCC, VCQ, VEQ, ICQ, RLe, RLc, β, e do ganho de tensão AV. Importante observar que os resistores de carga RLe e RLc são especificações de projeto e não são calculados aqui. Os resistores de saída são calculados por: VCC  VCQ RC  R E1  R E 2  (27) I CQ V EQ I EQ   V EQ (28)   1 I CQ A resistência RE1 é obtida de (256) ou (257): RE 1  RLe RC || RLc  re AVc  R E1  RC || RLc   re  RLe  AVc R Le RC || R Lc  re AVc re  R Le  AVc   RC || R Lc  (29) A resistência RE2 é obtida combinando (33) e (35):  RE 2  VEQ   1 I CQ  RE1 (30) Para as resistências de base RB1 e RB2: RB 2  VBQ I RB 2  VEQ  VBEQ I RB 2 I RB 2 RB 2  finito  20 I BQ ; R B 2 existe RB1  RB1 RB 2    semR B 2 VCC  VBQ I RB1 VCC  VEQ  VBEQ  I BQ   VEQ  VBEQ (31) 20 I BQ I RB 2 R B 2    0 semR B 2 VCC  VEQ  VBEQ  (33) I RB 2  I BQ RB1 RB 2  finito  R B 2 existe (32) VCC  VEQ  VBEQ  21I BQ (34) A tabela 2 ilustra os valores dos resistores em função da corrente de coletor quiescente. 6   Tabela 2: Síntese cc e ca Especificações: VCC, VCQ, VEQ, ICQ, RLe, RLc, β, e AV RC  RE 1  re  26mV / I EQ R E1  R Le RC || R Lc  re AVc  conferir re  R Le  AVc  RC || R Lc   VEQ   1 I CQ VCC  VEQ  VBEQ  I CQ  RC || RLc   re  RLe  AVc RB 2  semRB 2 I CQ RLe RC || RLc  re AVc RE 2  RB1 RB 2   VCC  VCQ  RE1 VEQ  VBEQ  20 I CQ  RB1 RB 2  finito  RB 2existe VCC  VEQ  VBEQ  21I CQ  7   Exercício Resolvido 1: Análise Solução Circuito equivalente cc Circuito equivalente ca Análise I BQ  RB 2VCC  ( RB1  RB 2 )VBEQ   1( RE1  RE 2 )( RB1  RB 2 )  RB1RB 2 I CQ  I BQ ; ; VBQ  VEQ  VBEQ  VEQ  0,7V ; re  26mV / I EQ ; I EQ    1I BQ ; AVc   VCQ  VCC  RC I CQ ; AVe  VEQ  RE1  RE 2 I EQ ; RC ; re  RE1 RE1 . re  RE1 Tarefa; programar no MatLab. 8   Exercício Resolvido 2: Síntese Síntese RC  RE1  RE 2  VCC  VCQ I CQ RC  re AVc VEQ I EQ  RE1 ( RE1 paralelo com CE) VBQ  VEQ  0,7V I RB1  20 I BQ (independente de β: I RB1  I RQ ) RB 2    RB 2  VBQ 19 I BQ ; RB1  VCC  VBQ 21I BQ . Tarefa; programar no MatLab. 9   Exercício Resolvido 3: Análise Solução Circuito equivalente cc Circuito equivalente ca Solução Análise VCC  VBEQ ; I  I BQ ; I EQ    1I BQ   1( RE1  RE 2 )  RB1 CQ VCQ  VCC  RC I CQ ; VEQ  RE1  RE 2 I EQ ; VBQ  VEQ  VBEQ  VEQ  0,7V I BQ  re  26mV / I EQ AVc   AVe  RC re  RE RE re  RE Tarefa; programar no MatLab. 10   Exercício Resolvido 4: Síntese Síntese RC  RE  VCC  VCQ I CQ RC  re AVc VBQ  VEQ  0,7V RB 2    RB1    VCC  VBQ I BQ Prof. Aluizio Bento  Exercícios Propostos (10%) 1) Obter os circuitos equivalentes cc e os circuitos equivalentes ca dos circuitos abaixo. Circuito 1 Circuito 2 Circuito 3 Circuito 4 Circuito 5   Prof. Aluizio Bento  2) Análise cc: calcular as tensões, as correntes e os ganhos Av dos circuitos abaixo. Calcular as potências nos transistores em cada caso. Circuito 1 Circuito 2 Circuito 3 (VCC = 20 V) Circuito 4 Tabela para respostas para β=100: VCQ VEQ ICQ AVc AVe PQ Circuito 1 Circuito 2 X Circuito 3 X Circuito 4 X Tabela para respostas para β=200: VCQ VEQ ICQ AVc AVe PQ Circuito 1 Circuito 2 X Circuito 3 X Circuito 4 X Qual o mais insensível ao β?   Prof. Aluizio Bento  3) Síntese: Calcular os resistores dos circuitos abaixo. Calcular as potências nos transistores em cada caso. Escolher um valor de VCC. Circuito 1 Circuito 2 Circuito 3 Circuito 4 Tabela para respostas para β=100: RB1 RB2 RC RE1 Circuito 1 PQ AVc / AVe 0 Circuito 2 AVc= 0 Circuito 3 ∞ Circuito 4 ∞   RE2 0 0 0 AVc= 0 AVe= Prof. Aluizio Bento  4) Determinar as tensões de emissor e de coletor, a corrente de coletor e os ganhos de tensão para as saídas do coletor (Avc=Vc/Vin) e do emissor (Ave=Ve/Vin) para o circuito da figura 7. Acorrente de base pode ser desprezada em relação as correntes nos resistores de 100k e 200k. considerar IC=IE. 5) Calcular os resistores do circuito abaixo e a potência no transistor. Adotar VCC = 20V. R B1  VCC  V EQ  V BEQ  RB 2  VBEQ = 0,7V RE RB1 RB2 21I CQ V EQ  V BEQ 20 I CQ VCQ   VCEQ PQ = VCEQICQ 6) Determinar o ponto de operação do circuito abaixo e a potência sobre o transistor BJT. 7) Determinar o ponto de operação do circuito abaixo e a potência sobre o transistor. (1,5 pts) BJT   VBQ VEQ VCQ IBQ ICQ VCEQ PQ Prof. Aluizio Bento  8) Preencher a tabela resposta do circuito abaixo. Considerar que os transistores são idênticos; estão à mesma temperatura; IE = IC; VLED = 2 V; e VBE = 0,7 V. VE1 VC1 IE1 IC1 PQ1 9) Preencher a tabela resposta com base no circuito abaixo β = 10 e VBE = 0,7 V. PNP/NPN VBQ VEQ VCQ IBQ ICQ VCEQ PQ 10) Preencher a tabela resposta do circuito abaixo. β = 100. VBE1 = 0,7 V; VBE2 =- 0,7 V. VB1 VE1 VC1 VB2 VE2 VC2 11) Desenhar o circuito equivalente cc e ca para o circuito abaixo. Amplificador operacional discreto com saída em simetria complementar.   Prof. Aluizio Bento  Solução 17 12) Tarefa: Preencher a Tabela Resposta com auxílio dos Manuais (datasheets) dos componentes Transistor NPN ou PNP DC current gain (β ou hfe) Máxima corrente de coletor, ICmax Máxima tensão coletor-emissor, VCEmax Máxima Potênci,a PQmax 2N3055 BC557A BC557B BC557C BD 135 BD 136 TIP 120 (darlington) TIP 125 (darlington) BD 675A (darlington) BD 676A (darlington) BD 331 (darlington) www.alldatasheet.com 13) Exercícios do Sedra (Microeletrônica) Fim (teoria) 18 Só para Eletrônica ELE 0701 Exercícios do LIVRO DE SEDRA Exercício Assunto Texto 4.6; 4.7; Transistor PNP 4.3 pp. 218 4.8; 4.9; Símbolos e convenções 4.4 pp. 210 Representação gráfica 4.5 pp.224 4.25; 4.26; Análise gráfica cc 4.9 pp. 258 4.27; 4.28; Polarização 4.10 pp.262 4.10 (enunciado errado!); 4.11; 4.12; Exercícios do LIVRO DE BOYLESTAD Capitulo 3: 3; 4; 8; 9; 10; 11; 15-18; 20; 21; 23; 25-27; 30; 31; 39; Capitulo 4: 1-10; 12-18; 20; 22-32; 34; 44-46; 19