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Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail. com http: //www. lee. eng. uerj. br/~germano/Eletronica II Eletrônica II Germano Maioli Penello [email protected] com http: //www. lee. eng. uerj. br/~germano/Eletronica II _ 2015 -1. html Aula 19 1

Pauta (T 3 e T 4) BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211 CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES Pauta (T 3 e T 4) BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211 CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311 ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711 CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411 BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611 DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611 FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411 FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911 GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311 GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211 HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311 GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911 HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011 HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111 HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311 HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211 IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611 LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEI çãO 200910229111 JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011 LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911 LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211 NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111 TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211 2

Pauta (T 5 e T 6) ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011 BRUNO ALVES GUIMARAES Pauta (T 5 e T 6) ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011 BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011 CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911 DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011 GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211 ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911 LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111 LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311 LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211 MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611 MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511 RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211 RICARDO ALVES BARRETO 200420419111 WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711 ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411 BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811 FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511 HELDER NERY FERREIRA 200620350811 ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011 JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111 JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811 LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111 MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611 MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511 NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911 PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011 RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111 VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011 VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611 VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411 3

Vimos que: Amplificador cascode Base comum – Bom por ter largura de banda elevada, Vimos que: Amplificador cascode Base comum – Bom por ter largura de banda elevada, mas tem baixa impedância de entrada. Emissor comum – alta impedância de entrada implica em baixo ganho. Acoplamento dos dois gera um amplificador com moderadamente alta impedância de entrada, alta impedância de saída, alto ganho e boa resposta em frequência. Q 1 – emissor (fonte) comum Q 2 – base (porta) comum BJT Vantagens de acoplar os transistores na configuração cascode: • Melhor isolamento entre entrada e saída • Melhor ganho • Aumento de impedância de entrada • Aumento de impedância de saída • Melhor estabilidade • Aumento de largura de banda MOSFET 4

Amplificador cascode Rin = 5 Amplificador cascode Rin = 5

Amplificador cascode Dterminando Gm Resultado esperado. A corrente que passa no circuito depende basicamente Amplificador cascode Dterminando Gm Resultado esperado. A corrente que passa no circuito depende basicamente de Q 1 E agora Ro nada mais é do que a resistência de saída que já calculamos. 6

Amplificador cascode Com isto, o ganho pode ser facilmente calculado 7 Amplificador cascode Com isto, o ganho pode ser facilmente calculado 7

Amplificador cascode Caso e Deixando claro o aumento no ganho! 8 Amplificador cascode Caso e Deixando claro o aumento no ganho! 8

Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q 1 é acoplado à entrada Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q 1 é acoplado à entrada de Q 2 9

Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q 1 é acoplado à entrada Amplificador cascode - Exemplo Corrente de saída de Q 1 é acoplado à entrada de Q 2 10

Amplificador cascode - Exemplo 11 Amplificador cascode - Exemplo 11

Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington 12

Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington 13

Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington Se comporta como um único transistor com um alto ganho de corrente 14

Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode Configuração Darlington Para se obter um alto ganho de corrente, a configuração Darlington pode ser utilizada. Também chamado de par Darlington Se comporta como um único transistor com um alto ganho de corrente Desvantagens VBE = VBE 1 + VBE 2 1, 4 V Manter o par na ativa 15

Resposta em frequência Até o momento estudamos os amplificadores sem entrar em detalhes sobre Resposta em frequência Até o momento estudamos os amplificadores sem entrar em detalhes sobre a resposta em frequência (consideramos que as resistências de entrada e saída e o ganho dos amplificadores não dependem da frequência) A experiência mostra que isto não é verdade! 16

Resposta em frequência Por que entender a resposta em frequência das configurações dos amplificadores? Resposta em frequência Por que entender a resposta em frequência das configurações dos amplificadores? Estender a banda de frequência para que o amplificador funcione na faixa de frequência desejada. Por exemplo, em um amplificador de áudio as frequências de interesse vão de 20 Hz (f. L) a 20 k. Hz (f. H). 17

Resposta em frequência Ganho apresentado em escala logarítmica (d. B) Baixas frequências – f Resposta em frequência Ganho apresentado em escala logarítmica (d. B) Baixas frequências – f < f. L Altas frequências – f > f. H Frequências intermediárias – f. L < f. H 18

Resposta em frequência Frequências intermediárias – f. L < f. H Por que consideramos Resposta em frequência Frequências intermediárias – f. L < f. H Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jw. C Se f , Xc 0 Se a reatância é zero, este dispositivo pode ser considerado como um curto circuito 19

Resposta em frequência Modelo de baixas frequências e de frequências intermediárias - MOSFET Modelo Resposta em frequência Modelo de baixas frequências e de frequências intermediárias - MOSFET Modelo de altas frequências MOSFET Frequências intermediárias – f. L < f. H Podemos considerar que as capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, e que as capacitâncias internas dos dispositivos são mais um circuito aberto. Esta é a análise que temos feito até o momento no curso! 20

Resposta em frequência Baixas frequências – f < f. L Ganho é reduzido devido Resposta em frequência Baixas frequências – f < f. L Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jw. C Se f , Xc 0 Se f 0, Xc Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! 21

Resposta em frequência Em baixas frequências os capacitores não podem ser considerados como curtos! Resposta em frequência Em baixas frequências os capacitores não podem ser considerados como curtos! Baixas frequências – f < f. L Ganho é reduzido devido às capacitâncias de acoplamento e de bypass. Por que consideramos os capacitores como curto-circuito? Xc = 1 / jw. C Se f , Xc 0 Se f 0, Xc Em baixas frequências essa aproximação não é mais válida! 22

Resposta em frequência Altas frequências – f > f. H Ganho é reduzido devido Resposta em frequência Altas frequências – f > f. H Ganho é reduzido devido às capacitâncias internas do MOSFET ou do BJT Podemos agora considerar que as capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, mas as capacitâncias internas dos dispositivos não são mais um circuito aberto. 23

Resposta em frequência Faremos simplificações neste modelo mais adiante no curso! Modelo de baixas Resposta em frequência Faremos simplificações neste modelo mais adiante no curso! Modelo de baixas frequências e de frequências intermediárias - MOSFET Modelo de altas frequências MOSFET Altas frequências – f > f. H Ganho é reduzido devido às capacitâncias internas do MOSFET ou do BJT As capacitâncias de acoplamento e de bypass são um curto, mas as capacitâncias internas dos dispositivos não são mais um circuito aberto. Não entraremos em detalhes neste modelo agora. Mas já temos em mente que o modelo adotado até o momento só é válido em regimes de baixa e média frequências! 24

Resposta em frequência A partir desta aula, começaremos a analisar a resposta em frequência Resposta em frequência A partir desta aula, começaremos a analisar a resposta em frequência dos circuitos amplificadores. De início, veremos como determinar f. L. Ao longo das próximas aulas veremos como determinar f. H. Com f. L e f. H determinados, a banda de operação do amplificador é encontrada. 25

Resposta em frequência Por que separar a análise em três regiões em vez de Resposta em frequência Por que separar a análise em três regiões em vez de calcular o circuito completo de uma vez? Separando as regiões, simplificamos a análise e obtemos resultados satisfatórios na banda de frequência do amplificador. Isto permite a obtenção de funções de transferência simplificadas, facilitando o desenvolvimento de um projeto. Esta técnica é válida desde que f. L << f. H 26

Resposta em frequência Classificação dos amplificadores em função da resposta em frequência Acoplado capacitivamente Resposta em frequência Classificação dos amplificadores em função da resposta em frequência Acoplado capacitivamente (Amplificador AC) Acoplado diretamente (amplificador DC) Passa-banda (filtro passa-banda) 27

Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta?

Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta?

Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta? Resposta em frequência Qual deles funciona como um filtro passa baixa? E passa alta?

Resposta em frequência Passa baixa Passa alta Resposta em frequência Passa baixa Passa alta

Resposta em frequência nos circuitos mostrados no slide anterior e Se w 0 Valor Resposta em frequência nos circuitos mostrados no slide anterior e Se w 0 Valor finito 0 Se w 0 Valor finito

Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 33 Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 33

Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 34 Resposta em frequência Qual é a função de transferência do circuito acima? 34

Resposta em frequência O que acontece com a resposta em frequência de um divisor Resposta em frequência O que acontece com a resposta em frequência de um divisor de tensão se adicionarmos um capacitor de acoplamento (capacitor ligando a entrada à saída) ao circuito? 35

Resposta em frequência Note que K é igual à função de transferência de um Resposta em frequência Note que K é igual à função de transferência de um divisor de tensão 36

Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? 37

Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? Baixas frequências Faz sentido: Capacitor como circuito aberto, Vo está aterrado! 38

Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) O que acontece com a função de transferência em baixas frequências e altas frequências? Baixas frequências Altas frequências Faz sentido: Capacitor como circuito aberto, Vo está aterrado! Faz sentido: Divisor de tensão (Capacitor como um curto) 39

Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do Resposta em frequência O capacitor Cs está entre a entrada e a saída do circuito (capacitor de acoplamento) Baixas frequências Altas frequências Com este exemplo, percebemos que um capacitor de acoplamento influencia resposta em frequências do circuito! Neste caso analisamos a influência do capacitor num divisor de tensão. 40

Resposta em frequência Ganho em amplificadores Ganho constante para uma larga faixa de frequências Resposta em frequência Ganho em amplificadores Ganho constante para uma larga faixa de frequências – faixa de passagem ou faixa de médias frequências. • Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso • Capacitores de acoplamento e bypass como curto Em baixas frequências, o ganho é reduzido devido aos capacitores de acoplamento. • Modelo de circuito do transistor visto ao longo do curso • Não podemos considerar os capacitores como curto, capacitores incluídos no cálculo Em altas frequências, o ganho é reduzido devido à capacitâncias internas aos dispositivos e à capacitância de carga. • Modelo de circuito será revisto incluindo capacitâncias internas dos transistores • Capacitores de acoplamento e bypass como curto 41

Resposta em frequência intermediária Qual é esta configuração? 42 Resposta em frequência intermediária Qual é esta configuração? 42

Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para frequências intermediárias? 43

Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para frequências intermediárias? Seguindo o passo a passo que já fizemos até o momento no curso. O modelo de circuito equivalente já conhecemos e nesta análise, podemos considerar os capacitores de acoplamento e de bypass como curto circuitos. 44

Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum 45 Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum 45

Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum 46 Resposta em frequência intermediária Configuração fonte comum 46

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências? 47

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Como determinar o ganho deste circuito para baixas frequências? Em baixas frequências, as capacitâncias não podem mais ser consideradas como curto circuitos. Teremos que incluir as reatâncias capacitivas nos cálculos. Xc = 1 / jw. C 48

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 49 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 49

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 50 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 50

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 51 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 51

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Isolar vs e utilizar a equação de Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Isolar vs e utilizar a equação de corrente 52

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 53 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 53

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 54 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 54

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 55 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 55

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 56 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 56

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 57 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 57

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 58 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 58

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 59 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 59

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 60 Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum 60

Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Ganho da banda central (slide 42 – Resposta em baixa frequência Configuração fonte comum Ganho da banda central (slide 42 – considerando C 1, C 2 e Cs como curto) Três passa alta acoplados! Como determinar a frequência de corte? Cenas do próximo capítulo 61