Ficha 01 · Amplificadores BJT — polarização e ganho

1. F — O ponto Q ideal situa-se no centro da reta de carga AC, garantindo excursão simétrica e máxima antes do clipping.

2. V — RE introduz realimentação negativa DC: se IC aumenta → VE aumenta → VBE diminui → IC diminui (auto-regulação).

3. F — re = VT/ICQ — re diminui quando ICQ aumenta (relação inversamente proporcional).

4. V — O EC tem inversão de fase de 180° (sinal de saída é o oposto do de entrada).

5. V — O seguidor de emissor tem Av ≈ 1, Zin alta, Zout baixa — ideal como buffer/adaptador.

6. F — O amplificador de base comum tem impedância de entrada muito baixa (≈ re, dezenas de Ω). É o emissor comum que tem Zin média (kΩ). Para microfones: usa-se EC ou CC.

7. V — Com CE, RE fica em curto-circuito em AC → Av = –RC/re (maior). Sem CE: Av = –RC/(re+RE) (menor).

8. V — GBW = cte → se Av sobe, a frequência de corte superior fH desce. Exemplo: fT = 300 MHz, Av = 100 → fH = 3 MHz.

9. V — Clipping ocorre quando o sinal de saída tenta ir além dos limites impostos pela saturação (VCE(sat)) ou pelo corte (IC = 0).

10. F — 78% é a eficiência teórica máxima da classe B. A classe A tem eficiência máxima de 25–50%.

a) Tensão VB (divisor de tensão): $$V_B = V_{CC} \times \frac{R_{B2}}{R_{B1} + R_{B2}} = 15 \times \frac{15}{82 + 15} = 15 \times \frac{15}{97} = 15 \times 0{,}1546 \approx \textbf{2,32 V}$$

b) VE e IE: $$V_E = V_B - V_{BE} = 2{,}32 - 0{,}7 = \textbf{1,62 V}$$ $$I_E \approx I_C = \frac{V_E}{R_E} = \frac{1{,}62}{680} \approx \textbf{2,38 mA}$$

c) VC: $$V_C = V_{CC} - I_C \times R_C = 15 - 0{,}00238 \times 3300 = 15 - 7{,}85 = \textbf{7,15 V}$$

d) VCEQ: $$V_{CEQ} = V_C - V_E = 7{,}15 - 1{,}62 = \textbf{5,53 V}$$

O transistor está em região activa (VCE >> VCE(sat)), e o ponto Q está próximo do centro (VCC/2 = 7,5V ≈ 7,15V — aceitável).

a) Resistência dinâmica re: $$r_e = \frac{V_T}{I_{CQ}} = \frac{26 \text{ mV}}{2{,}38 \text{ mA}} = \textbf{10,9 Ω} \approx \textbf{11 Ω}$$

b) Ganho Av (com CE → RE em curto em AC): $$R_C | R_L = \frac{3300 \times 10000}{3300 + 10000} = \frac{33 \times 10^6}{13300} = \textbf{2481 Ω} \approx 2{,}48\text{ kΩ}$$ $$A_v = -\frac{R_C | R_L}{r_e} = -\frac{2481}{11} = \textbf{–225} \quad (47\text{ dB})$$

Nota: o sinal negativo indica inversão de fase.

c) Impedâncias: $$Z_{in} = R_{B1} | R_{B2} | \beta r_e = 82k | 15k | (180 \times 11)$$ $$= 82k | 15k | 1980\Omega$$ $$82k | 15k = \frac{82 \times 15}{97} = 12{,}68\text{ kΩ}; \quad 12680 | 1980 = \frac{12680 \times 1980}{14660} = \textbf{1714 Ω} \approx 1{,}7\text{ kΩ}$$ $$Z_{out} \approx R_C = \textbf{3,3 kΩ}$$

a) Com polarização por divisor de tensão estável: VB ≈ constante = 2,32 V (independente de β, se Idiv >> IBQ) VE = VB – VBE = 1,62 V ICQ = VE / RE = 1,62 / 680 = 2,38 mA (o mesmo valor!)

Verificação da condição Idiv >> IBQ: - IBQ(novo) = 2,38mA / 90 = 26,4 µA - Idiv = (VCC–VB)/(RB1) = (15–2,32)/82000 = 154,6 µA - Idiv = 154,6 / 26,4 = 5,9× IBQ — a condição de ×10 não é totalmente satisfeita com β = 90, mas a variação é ainda pequena.

Recalculando rigorosamente com β = 90: ICQ ≈ 2,25 mA (desvio < 6%)

b) Variação de β: de 180 para 90 = 50% de variação Variação de ICQ: de 2,38 para 2,25 mA = ~5,5% de variação

Demonstra que a polarização por divisor de tensão é muito estável — variação de 50% em β produz apenas ~5% de variação no ponto Q. Com base fixa, a variação de ICQ seria também de ~50%.

Configuração: Emissor Comum (EC)

Justificação: - Ganho necessário: ×50 (34 dB) — o EC fornece ganho alto (RC/re) - A impedância de entrada do ADC (50 kΩ) é muito maior que Zout do EC (≈ RC ≈ 2–5 kΩ) → adaptação aceitável - A inversão de fase (180°) não é problema para leitura de ADC (valor absoluto) - CC teria ganho ≈ 1 (insuficiente); BC teria Zin muito baixa (criaria divisor com os 1kΩ do LM35)

Dimensionamento indicativo: ICQ = 1 mA, re = 26 Ω, RC = 50 × 26 = 1,3 kΩ → usar 1,5 kΩ; Av = –1500/26 = –57 ✓

Configuração: Coletor Comum (CC) — seguidor de emissor

Justificação: - Ganho ≈ 1 — o CC tem Av ≈ 1 ✓ (não inverte nem amplifica) - A Zin alta do CC (dezenas de kΩ) não carrega o oscilador (15 kΩ fonte) ✓ - A Zout baixa do CC (dezenas de Ω ≈ 75 Ω possível) adapta-se ao cabo de 75 Ω ✓ - EC teria Zout alta (kΩ) — perderia quase todo o sinal no cabo de 75 Ω - A frequência de 1 MHz é adequada para BJT (fT >> 1 MHz para BC547/2N2222)

Configuração: Base Comum (BC)

Justificação: - Zin(BC) ≈ re → ajustando ICQ, re ≈ 75 Ω → ICQ = VT/re = 26mV/75 = 0,35 mA → adaptação perfeita a 75 Ω ✓ - Ganho Av = RC/re — com RC = 1 kΩ e re = 75 Ω: Av = 13,3 (22,5 dB) ≥ 10 dB ✓ - O BC tem melhor estabilidade em alta frequência (sem o efeito Miller que penaliza o EC) - Para minimizar ruído: baixa corrente (0,35 mA) e transistor de baixo ruído (BFR91, BFG591)

Nota: a configuração EC também pode funcionar a 100 MHz com transistors de RF de alta fT (> 5 GHz), mas o BC é historicamente o padrão para esta adaptação de impedância.