Polarizacao e amplificacao_com_tbj

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Polarizacao e amplificacao_com_tbj

  1. 1. Polarização e Amplificação com TBJ Guilherme Moreira Barboza Duccini E-mail: guilhermeduccini@gmail.com IFBA 01/02/2014 1 INTRODUÇÃO Este relatório trata dos conceitos iniciais dos transistores bipolares de junção (TBJ). Os TBJ são o núcleo dos circuitos integrados, componentes presentes em diversos dispositivos eletrônicos modernos. Estão presentes em computadores, celulares, câmaras fotográficas, etc. Este trabalho analisa duas configurações do TBJ, a com- figuração com polarização fixa e por divisão de tensão. Será abordada a análise DC e AC do amplificador. 2 REFERÊNCIAL TEÓRICO A análise DC de cada configuração é realizada através do equacionamento das malhas de base e do coletor. Geral- mente, duas ou três variáveis são conhecidas e uma é re- querida. A análise AC é realizada através de ferramentas de simulação do Multisim 2.1 Polarização Fixa A Fig. 1 apresenta o circuito do TBJ com polarização fixa. Figure 1: Polarização fixa do TBJ. Equacionamento da malha da base: VCC − IBRB − VBE = 0 IB = VCC − VBE RB (1) Existem dois métodos para resolução da Eq. 1, através da análise da reta de carga ou substituindo R2 por um potenciômetro e alterando seu valor até alcançar o ponto quisciente desejado, neste caso IC = 5mA e VCE = 5V . Pelo último métódo, RB = 680kΩ e IB = 17µA, resul- tando num ganho de corrente β dado por: IC = βIB β = IC IB = 341, 76 Equacionamento da malha do coletor: VCE + ICRC − VCC = 0 IC ≈ IE RC = VCC − VCE IC (2) O que resulta em RC = 1, 4KΩ. 2.2 Polarização por Divisor de Tensão A Fig. 2 ilustra o TBJ na configuração polarização por divisor de tensão. Na literatura, se a seguinte relação for válida, pode-se utilizar o modelo aproximado do circuito [1]: βRE ≥ 10RE Figure 2: Polarização por divisor de tensão. Deseja o mesmo ponto quisciente do circuito com po- larização fixa, isto é, IC = 5mA e VCE = 5V . Assim, malha do coletor fica: VCE − VCC + ICRC + ICRE = 0 1
  2. 2. IC ≈ IE RE = VCC − ICRC − VCE Ic (3) Logo, RE = 400Ω. O resistos da base pode ser deter- minado com um potênciometro de forma análoga ao do polarização fixa, sendo RB = 2, 9kΩ. 2.3 Análise AC A análise AC é realizada pela ferramenta análise AC do Multisim. A varíavel de interesse é estabelecida como saída, aplicando as seguintes relações: modulo(Z) = mag Vk Ik ph(Z) = ph(Vk) − ph(Ik) onde k se refere a entrada ou a saída. 3 RESULTADOS 3.1 Circuito I A Fig. 3 mostra a forma de onda da tensão de saída do circuito. A determinação das frequências de corte é real- izada pela ferramenta Análise AC do Multisim, além da determinação das impedâncias. Figure 3: Forma de onda de saída do circuito com polar- ização fixa. O ganho de tensão desse circuito é: Av = Vout Vin Av = 218, 89 A Fig.4 ilustra os resultados dessa ferramenta, onde pode-se visualizar as frequências de corte f1 = 139, 69Hz e f2 = 69, 88MHz. A diferença de fase entre o sinal de saída e o de entrada é φ = 130, 22 − (−135, 68) = 265, 90o Continuando a análise AC, as impedâncias de entrada e de saída em 10kHz são determinadas pela mesma fer- ramenta conforme ilustradas, respectivamente, nas Fig. 5 Figure 4: Polarização do amp-op Inversor, ganho=-15. e 6. Os valores dos cursores indicam que a magnitude de Zin = 2, 02kΩ com fase φ = 180o e Zout com magnitude de 1, 29kΩ e fase φ = 180o. Figure 5: Impedância de entrada do TBJ. =7 O TBJ não opera linearmente em toda sua faixa de operação. Espera-se que, a medida que Vin aumente, a distorção se torne cada vez maior. Para realizar essa simulação faz-se uso da ferramenta Análise de Fourier, disponível no ecra Análises, que retorna a distorção harmônica total (THD). Para THD de 1% , Vin = 0, 00157Vpk, conforme Fig. 7. A Forma de onda não difere da apresentada na Fig.3 A THD de 10% é alcançada com Vin aproximadamente 10 vezes a tensão de entrada anterior. A Fig. 8. ilustra essa THD. A Forma de onda já começa a modificar, sendo 2
  3. 3. Figure 6: Impedância de saída do TBJ. Figure 7: THD de 1 %. apresentada na Fig.9. Figure 8: THD de 10 %. Com THD de 50%, a forma de onda na parte inferior, já difere bastante da excitação de entrada senoida, como ilustrada na Fig. 11. A tensão que fornece essa distorção é Vin = 0, 0783Vpk. 3.2 Circuito II: sem Capacitor Após a polarização DC, a análise AC é identica ao circuito com polarização fixa. As formas de onda são ilustradas na Fig. 12. O ganho de tensão para este circuito é Av = 1, 58. A tensão para o THD = 1 % é V=1,589 Vpk Figure 9: Forma de onda de saída para THD de 10 %. Figure 10: THD de 50 %. Figure 11: Forma de onda de saída para THD de 50 %. Figure 12: Impedância de entrada. 3
  4. 4. Figure 13: Impedância de entrada. Figure 14: Impedância de saída Figure 15: THD de 1 %. Para THD de 10 %, V=2,158 Vpk E para um THD de 50 % V=6,697 Vpk 3.3 Circuito II: com Capacitor Para THD de 1 % V=0,099 Vpk. Para 10 %, V=0,389 Vpk e para THD de 50 %, V=0,877 Vpk Figure 16: Forma da onda de saída para THD de 1 %. Figure 17: THD de 10 %. Figure 18: Forma de onda de saída para THD de 10 %. Figure 19: THD de 50 %. 4 CONCLUSÃO O Multisim realiza o trabalho de analisar o TBJ tanto no domínio DC como no domínio AC. Entretanto, sua visu- 4
  5. 5. Figure 20: Forma de onda de saída para THD de 50 %. Figure 21: Impedância de entrada. Figure 22: Impedância de saída. alização em frequência é limitada em gráficos X x Y, além de não ter ferramentas para automatizar nem otimizar as análises. 5 REFERÊNCIAS [1] Boylestad, R. L., Nashelsky, L. Dispositivos Eletrôni- cos: e teoria de circuitos. 8aEdição. Person. Figure 23: THD de 1 % Figure 24: Forma de onda de saída para THD de 1 %. Figure 25: THD de 10 %. Figure 26: Forma de onda de saída para THD de 10 %. 5
  6. 6. Figure 27: THD de 50 %. Figure 28: Forma de onda de saída para THD de 50 %. 6

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