Análise AC Transistor

[PVSYSTEM]

Pessoal, alguém poderia me dizer se a análise do circuito abaixo está certa? Estou fazendo a análise AC do circuito, considerando então o capacitor como um curto circuito...

Obrigado.

circuito original :

 

analise:

 

[rjjj]

A análise não está correta. Perceba, por exemplo, que no circuito original a tensão de entrada é aplicada ao emissor do transistor, enquanto no circuito equivalente para pequenos sinais a tensão é aplicada à base .

 

 

 

Aparentemente, foi utilizado um método típico de análise para um amplificador emissor-comum, sendo que o circuito em questão é um amplificador base-comum. O modelo π do transistor NPN pode ser usado no caso, mas o modelo T é mais conveniente.

 

 

 

Espero ter ajudado .

[MOR_AL]

Este circuito está configurado como BASE COMUM.

Considerando que:

1 - r0 é muito maior que 1k

2 - Os capacitores são curto para a faixa de frequências desejadas. Apesar da impedância de entrada do circuito ser bem baixa, o que exige valor do capacitor do lado de vi bem alto.

3 - A faixa de frequências se estenda até pouquíssimas centenas de kHz.

 

V0 / vi = [hfe . rc /(hie + rb)], onde:

 

hfe é o ganho de corrente ic / ib, para o valor de ic médio.

hie é a impedância entre emissor e base.

rc é o resistor de coletor.

rb é o paralelo das duas resistências de base (10k e 27k).

 

A impedância de entrada do transistor vista pela fonte vi será:

 

Zin = [ (hie + rb) / (hfe + 1)] // re

re é o resistor de emissor.

Observe que parte da impedância está dividida por (hfe + 1). Então já daria bem menos que re, normalmente podendo ser desprezada (re).

MOR_AL

[PVSYSTEM]

Muito Obrigado MOR, porém tenho uma outra dúvida. No datasheet quase nenhum possui valor de hie, como faço para descobri-lo? 

[MOR_AL]

Datasheet de boas empresas possuem o valor de hie.

 

Qual o transistor você se refere?

Em último caso, use a fórmula aproximada:

 

hie(ohms) = 26 . hfe / Ie(mA).

Mas estes parâmetros variam muito de transistor para transistor e também de mesmo transistor, dependendo do fabricante, da corrente de coletor e da temperatura.

Um bom projeto em baixas frequências (para algumas poucas centenas de kHz), deve ser feito com pouca dependência destes parâmetros e muito dependente dos resistores, que para os comuns, possuem precisão de 5%.

 

MOR_AL

[PVSYSTEM]

Bem, mas acabei encontrando alguns valores de hie para por exemplo o BC557B de 4.5K, porém fazendo o calculo não encontro este valor.
 
Se me permite vou resumir um pouco o problema que passo. Preciso projetar um amplificador com um ganho maior que 100, que alimente uma caraga de 10 e potencia maior que 250mW com alta impedância de entrada, alimentado por 12V. Até ai tudo bem escolhi um JFET na entrada, garantindo a alta impedância, um BJT548B em um segundo estágio e um BJT 557B na saída (por indicação do professor).
 
O meu problema com o hie é que, na analise para pequenos sinais dependo dele para o calculo de ganho e zin e zout. Por exemplo: no meu segundo estágio meu vi será hie*Ib  e a carga que este transistor terá será o Zin do terceiro estagio , ou seja hie//R. Por isto fico na dependência do hie. Eu estou fazendo certo estes cálculos? Como poderia calcular melhor este amplificador? ( imagens do segundo e terceiro estágios apenas.)

 

[MOR_AL]

Bom.

Apresentarei uma análise do seu circuito. Mostrarei os prós e os contras, ok?

 

1 – Seu circuito possui estágio de saída em classe A. Com carga de 10 ohms (R4) e com tensão de alimentação será quase impossível usar um transistor com este encapsulamento. Teria que ser um mais parrudo, pois a potência dissipada nele seria proibitiva. Não calculei, mas é meu sentimento.

2 – Mesmo com um transistor mais parrudo, você ainda teria problemas. Lembra-se de que te mencionei que um bom projeto não deveria ser tão dependente dos parâmetros do transistor e da temperatura? É exatamente isso que vai ocorrer no seu estágio de saída. A tensão quiescente de coletor (VcQ1) e a corrente quiescente de coletor (IcQ1) vão depender muito dos parâmetros já mencionados.

3 – Boa parte da potência dissipada no circuito vão ficar sobre R1, R2 e Q1.

4 – Seu circuito não possui realimentação negativa. Com realimentação negativa o ganho e as polarizações ficam muito dependentes dos componentes passivos. Os resistores possuem precisão de 5%, o que é bem mais que os hies e hfes.

Se esta tensão de alimentação estiver amarrada, então seria melhor um estágio final em classe AB, ou mesmo B. Assim a dissipação nos transistores seria menor e a eficiência aumentaria.

5 – Procure baixar o aplicativo Simetrix, que contém inúmeras análises para circuitos analógicos. É free até um bom número de componentes e é o que eu uso. É mais rápido que os outros.

Como sugestão. Transistores de pequenos sinais são baratos, pode-se usá-los à vontade.

Com isso, os cálculos dos estágios ficam mais simples. Mas acredito que seu professor queira saber se você sabe calcular usando os parâmetros. Então tem que fazer como ele quer.

6 – Considerando o seu circuito. Coloque R1 entre Vcc e o emissor de Q1. Coloque um resistor entre Vcc e a base de Q1. Vai te dar mais estabilidade nas tensões e correntes de Q1. O valor do resistor entre Vcc e emissor  deve ser de uns 10 ohms. R2 também com 10 ohms. Com este circuito a potência ainda vai estar alta, mas talvez seja aceitável.

7 – Q1 deve mudar para um transistor BD ou mesmo com encapsulamento TO220.

8 – 250mWrms em R4 significa que a tensão máxima (de pico) em R4 terá que ir até 2,24V. Logo, para R2 = 10 ohms, a corrente (ops, tensão) quiescente em Q1 terá que ser superior a 2,24Vcc (para R2 = 10 ohms).

9 – A potência dissipada em Q1 será de (12-2x2,24)x 2,24/10 = 1,7W É muita potência para um transistor sem dissipador. Tem que botar um dissipador nele. Atenção!!! A potência suportada pelo transistor é a encontrada no manual, para temperatura de junção de Q1 em 25ºC. O problema é que com essa corrente a temperatura de junção sobe muito. Isso faz com que a potência dissipada no transistor, de modo a que ele não queime, é bem menos. Há também cálculos para isso.

10 – Diante dos fatos, só posso desejar-lhe boa sorte, porque; ou seu professor não entende de eletrônica, ou ele é um sacana.

Pergunta para ele se R4 pode ser de 1k ohm e a potência sobre R4 poderia ser de 1mW, hehehe!

 

.... Acho que não consegui encontrar os prós. Lamento.

Em tempo: Caso não tenha entendido algo é só perguntar.

 

MOR_AL

[PVSYSTEM]

Muito obrigado. Como eu disse a saida foi uma indicação dele, mas conversando com ele esta tarde e questionando ele também indicou push-pull, acho que ai esta a pegadinha! Se eu utilizasse o push-pull na saída, não otimizaria este circuito? Segundo ele, ele apenas deu as sugestões cabendo a mim escolher a melhor configuração. Você teria alguma sugestão?

[MOR_AL]

Minha sugestão é essa em anexo. É tradicional.

No gráfico do ganho, substitua 10 por 100, que é o que seu professor pediu.

Os valores dos componentes ficam por sua conta, mas não precisa esquentar a cuca muito com hie e hfe.

Caso você tente resolver mas não conseguir, eu poderei lhe dar as dicas,  mas você terá que calcular, ok?

Vou apenas lhe corrigir em sua tentativa.

 

MOR_AL

[PVSYSTEM]

Com certeza, muito obrigado! Vou tentar calcular aqui, se tiver alguma dúvida lhe falo. 

[PVSYSTEM]

  Olá MOR, sendo bem sincero com você tentei de todo o jeito achar uma solução para resolver este seu circuito mas apenas com o grafico e as potências não obtive sucesso. Talvez não cheguei a este nivel ainda, me desculpe. Porém falando com um amigo ele me deu uma dica, como na imagem. Então simulei este circuito que tem um base comum com outro base comum em paralelo no push pull. Usei esta configuração por que somente com um base comum entrando no push pull a senoide não ficava legal. Seguindo a dica dele ela sai perfeita. A duvida é: Pode ser feito isto? Qual a justificativa para se fazer isto? Obrigado e desculpe o inconveniente.

[MOR_AL]

@

Não vou analisar este circuito. Considero um circuito no mínimo não prático. Peça a seu amigo para fazê-lo.

 

Por outro lado, vou lhe mostrar um circuito completo, que funcionou na simulação.

Em anexo tem o circuito e o gráfico com a resposta em frequências. Segundo a simulação, a resposta em frequência (-3dB) vai de menos de 10Hz até mais de 50kHz. Resposta superior a um ser humano jovem, que ainda possui a audição completamente boa.

No segundo anexo apresento a forma de onda para uma entrada senoidal com 1000Hz. A potência sobre o resistor R10, com 10 ohms, é de 250mW.

A potência dissipada em cada transistor de saída (Q1 e Q2) ainda está alta para estes transistores. Na simulação, com a potência máxima na carga, é de aprox. 315mW, mais que o transistor pode dissipar sem queimar. Talvez trocando Q1 e Q2 por transistores com potência de dissipação superior a 2W eles suportem.

 

Só fiz apenas uma vez a análise ac de um amplificador de áudio. A potência era bem maior, mas o que quero dizer é que não é fácil, mas também não se faz mais depois da primeira vez. Simplesmente por não ser mais necessário.

 

Caso você se interesse em saber o porquê,  sugiro que tente obter as correntes e tensões cc do circuito.

Darei as dicas para você poder fazê-lo.

1 - Considere IcQ4 = IcQ5 = 100nA.

2 - Considere as correntes de base de Q3, Q4 e Q5 = 0A.

3 - Calcule aproximadamente, as seguintes correntes:

IR5 e IR3

4 - Calcule aproximadamente as seguintes tensões:

VbQ4, VbQ5, VebQ3, VbQ2 e no ponto das junções de R1, R2, C3, R8 e C4.

 

Depois que você fizer isso, continuaremos...

MOR_AL