Amplificadores

Uma das aplicações mais utilizadas e comuns do transistor bipolar é a de amplificador de pequenos sinais. Esse tipo de circuito possibilitou o surgimento do rádio e do gravador portáteis que se popularizaram nos anos 60 e 70.

Neste capítulo, você aprenderá a projetar um pré-amplificador, conhecerá as três configurações básicas do amplificador a transistor e suas características, bem como a maneira de interligar vários estágios amplificadores, inclusive o de potência, a fim de obter um circuito amplificador de alto ganho.

Configurações básicas

São três as configurações básicas segundo as quais um transistor pode ser utilizado como um amplificador, dependendo do terminal que for ligado ao “terra” do circuito para os sinais alternados:

1. Emissor comum (EC);

2. Coletor comum (CC);

3. Base comum (BC).

Como cada uma delas apresenta características próprias, seu uso é voltado para aplicações específicas. A idéia básica dessas configurações é apresentada a seguir.

Configuração emissor comum

O circuito apresentado a seguir é um amplificador na configuração emissor comum cujo circuito de polarização é o de corrente de emissor constante com divisor de tensão na base.

Os componentes C1 e C2 são os capacitores de acoplamento. O primeiro impede que o nível CC da polarização interfira no sinal CA da entrada (Vent). Da mesma forma, C2 bloqueia o nível CC na saída, permitindo que apenas o sinal CA amplificado chegue à saída (VS). C3 é o capacitor de desacoplamento cuja função é desacoplar (curto-circuitar) o resistor de emissor do circuito para os sinais alternados, com o objetivo de proporcionar um ganho de tensão maior.

Análise do circuito amplificador

A análise de qualquer amplificador é feita em duas etapas:

1. Análise CC ou análise de polarização;

1. Análise CA ou análise das variações.

Análise CC de amplificadores

A análise CC consiste em determinarmos o ponto quiescente (Q) do circuito. Para isto, todos os capacitores são retirados do circuito, pois para CC a reatância capacitiva é elevadíssima. Determinar o ponto Q do circuito significa calcular os valores de Ib, Ic e Vce do transistor.

Deste modo, o circuito equivalente para CC do amplificador apresentado anteriormente passa a ser o mostrado a seguir.

Análise CA de amplificadores

A análise CA consiste em determinarmos as impedâncias e os ganhos do amplificador. Para isto todos os capacitores e fontes de alimentação CC são curto-circuitados pois, para CA, a reatância capacitiva e a impedância da fonte CC são baixíssimas.

Redesenhando o circuito, o modelo equivalente para CA do amplificador mostrado anteriormente passa a ser o mostrado a seguir.

Na análise CA, devemos calcular os valores dos ganhos, de tensão (AV ou GV), de corrente (AI ou GI) e de potência (APou GP) e das impedâncias de entrada (Zent) e de saída (ZS).

Por definição temos:

Quando se faz a análise CA, é conveniente substituir o transistor pelo modelo CA de Ebers-Moll visto a seguir:

Observação

Para transistor PNP, devemos inverter a seta da fonte de corrente IC.

A resistência R’E que aparece neste modelo equivalente é a resistência dinâmica da junção base-emissor.

Para amplificadores de pequenos sinais, a resistência dinâmica é definida por:

Nessa igualdade, IE é a corrente de polarização do transistor, obtida na análise CC.

Substituindo o transistor do circuito equivalente CA pelo modelo de Ebers-Moll teremos:

• Ganho em tensão (GV)

O ganho em tensão indica o quanto o sinal de entrada foi amplificado na saída.

Nessa igualdade, VS = - RC  IC

Vent = (+1)  R’E  Ib

IC = .Ib

Assim,

Considerando  = +1 e cancelando os termos iguais teremos:

Observação

O sinal negativo indica apenas inversão de fase entre a entrada e a saída do circuito pois se Vent , IC , VRc , VS  , uma vez que VS = VCC – VRc

O ganho em tensão também pode ser expresso em uma unidade de volume chamada de decibel (dB), através da relação:

GV(dB) = 20 logGV

Observação

A função do resistor de emissor RE é aumentar a estabilidade térmica do circuito de polarização porém, para os sinais alternados ele é curto-circuitado (desacoplado) por C3 com o objetivo de elevar o ganho em tensão. Sem o capacitor de desacoplamento (C3), o ganho seria:

• Ganho em corrente (GI)

O ganho em corrente indica o quanto a corrente CA de entrada foi amplificada na saída.

GI = AI = 

• Ganho em potência (GP)

O ganho em potência indica o quanto a potência do sinal de entrada foi amplificada na saída.

Gp = Ap = GV . Gi =

Gp = Ap =

O ganho em potência também pode ser expresso em decibéis: