Divisor de fase com ganho unitário

Um circuito amplificador muito interessante é o circuito divisor de fase. Este circuito fornece duas saídas idênticas a entrada, com uma delas invertida. Veja o circuito divisor de fase na imagem abaixo.

Este circuito é um amplificador emissor comum com degeneração de emissor, onde usamos como saídas a tensão de coletor (como no amplificador emissor comum) e a tensão de emissor (como no amplificador emissor seguidor).

O ganho do amplificador divisor de fase é unitário (Gpos = 1, Gneg = -1) porque o ganho na saída não-inversora (no emissor) é fixo em 1 devido a configuração emissor seguidor. O ganho na saída invertida (no coletor) pode ser configurado para qualquer valor, mas fazemos ele -1 para termos duas saídas de amplitudes iguais e invertidas, o que caracteriza um divisor de fase.

Para obtermos a maior excursão possível em ambos os sinais precisamos definir as tensões de polarização de base emissor e coletor. Sabemos que a tensão de coletor não pode ficar abaixo da tensão de emissor, portanto quando o sinal de entrada máximo for usado queremos que a tensão de coletor e de emissor sejam iguais a metade da tensão de alimentação.

VEmax = VCmin = VCC/2

A tensão de emissor VE pode excursionar de 0 até VCC/2, e a tensão de coletor VC pode excursionar de VCC/2 até VCC. Portanto, para maior sinal de pico-a-pico de entrada, precisamos que os valores de polarização da saída estejam na metade das suas excursões.

VE = VCC / 4
VC = VCC * 3 / 4

Para que o ganho da saída negativa seja -1 precisamos escolher o resistor RC igual a RE.

Gneg = – RC / RE = -1
RC = RE

Podemos escolher qualquer valores de resistência para RC e RE. No entanto os circuitos seguintes não devem carregar as saídas. Carregar a saída invertida que alteraria o ganho desta saída e carregar a saída não-invertida influenciaria na corrente de base do transistor.

Escolhemos os resistores de emissor e coletor iguais e a corrente de coletor para que obtenhamos as tensões de coletor e emissor desejadas. Consideramos IE ≈ IC.

IE = VE / RE
IE = VCC / (2 * RE)

A tensão de base deve ser escolhida para fornecer a tensão de emissor necessária, VBE acima de VE. Geralmente considera-se VBE = 0,7V.

VB = VE + VBE

As resistências R1 e R2 devem ser escolhidas na proporção correta para que seu divisor resistivo forneça a tensão de base desejada e pequenas o suficiente para que a corrente de base do transistor não cause uma variação considerável na tensão de base. O ganho de corrente do transistor hFE geralmente é considerado como 100.

R1 = R2 * (VCC/VB – 1)
R1 || R2 >> RE * (hFE + 1)

Exercício 1 (resolvido)

Dimensione os resistores de polarização de um amplificador divisor de fase de ganho unitário para uma tensão de alimentação de 12V. Considere as duas saídas sem carga. Use corrente de emissor IE de cerca de 0,1mA.

1) Com a tensão de alimentação definimos as tensões de emissor e coletor.

VE = VCC / 4 = 3V
VC = VCC * 3 / 4 = 9V

2) Escolhemos o resistor de emissor para obtermos a corrente de emissor desejada.

RE = VE / IE = 30kΩ
RC = RE = 30kΩ

3) Definimos o paralelo entre R1 e R2 para que a corrente de base não influencie na tensão de base.

R1 || R2 << RE * (hFE + 1)
R1 || R2 << 30000 * 101 = 3MΩ
R1 || R2 < 300kΩ

4) Definimos a tensão de base do transistor a partir da tensão de emissor e calculamos a relação entre R1 e R2 para obtermos esta tensão de base.

VB = VE + VBE = 3,7V
R1 = R2 * (VCC/VB – 1) = R2 * 2,243

5) Escolhemos as resistências R1 e R2 que satisfaçam ambas as equações que limitam seus valores. Podemos escolher R2 = 300kΩ, que já satisfará a equação do paralelo. Calculamos R1 a partir da proporção e escolhemos um valor comercial próximo. Calculamos a tensão de base de acordo com o divisor resistivo, que está próximo ao valor desejado para a tensão de base.

R2 = 300kΩ
R1 = 670kΩ (não é valor comercial)
R1 = 680kΩ
VB = VCC * R2 / (R1 + R2) = 3,67V

Exercício 2

As duas saídas do amplificador do exercício 1 serão carregadas com dois circuitos de resistências equivalentes de 10kΩ. Escolha novas resistências para que os erros nos ganhos sejam de até 5%.

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