roteiro 3 - UNEMAT Sinop
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Roteiro - Aula Experimental CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA: ELETRÔNICA I PROFESSOR: VLADEMIR DE J. S. OLIVEIRA ENCONTRO 3 – AMPLIFICADORES EM CASCATA (ESTUDO DOS PRÉ-AMPLIFICADORES) 1. COMPONENTES DA EQUIPE Alunos Nota: Data: 2. OBJETIVOS • Verificar a operação dos amplificadores a pequenos sinais nas configurações de emissor comum e seguidor de emissor. • Verificar o comportamento da saída para um amplificador de dois estágios com estágios isolados e conectados (acoplamento RC). • Verificar a variação em ganho quando se conecta um segundo estágio. 3. AMPLIFICADORES EM CASCATA A conexão em cascata é basicamente uma conexão série em que a saída de um estágio é o sinal de entrada do estágio seguinte. Esta conexão oferece uma multiplicação de ganho de cada estágio, levando a um ganho global maior. O ganho global do amplificador é o produto dos ganhos dos estágios, considerando-se o casamento de impedâncias entre os estágios e que a resposta em frequência global se altera. Existem várias métodos de se realizar o acoplamento de estágios. O acoplamento (RC) é bastante simples e obtém uma boa resposta em frequência. O capacitor de acoplamento possibilita a isolação CC entre estágios e, portanto, mantém as condições de polarização inalterada. A reatância capacitiva do capacitor de acoplamento em freqüências médias deve ser suficientemente baixa a fim de que a transferência do sinal se faça sem perda e sem distorção de fase. No acoplamento por transformador, o resistor de coletor é substituído pelo primário do transformador e o sinal é transferido para o próximo estágio pelo secundário do transformador. O transformador de acoplamento possibilita a isolação CC entre estágios e também permite o casamento de impedância entre estágios, mas apresenta desvantagens em 1 Aula 01 Roteiro - Aula Experimental termos de resposta em frequência e fase. Além disso, os transformadores são relativamente grandes e caros. No acoplamento direto, a saída do primeiro estágio é diretamente conectada à entrada do próximo estágio, sem utilizar elementos de acoplamento. Este método apresenta a vantagem do amplificador precisar de poucos componentes e a resposta em frequência não ser afetada pelos elementos de acoplamento. No entanto, torna-se mais difícil estabelecer o ponto de polarização estático para cada estágio, porque a tensão de saída CC de um estágio determina a tensão de entrada CC do estágio seguinte. Este tipo de acoplamento é utilizado em circuitos integrados onde não existe espaço disponível para capacitores ou outros elementos de acoplamento. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 Amplificador Emissor Comum 4.1.1 Monte o circuito de polarização do transistor conforme Figura 1. Figura 1: Circuito Amplificador Emissor Comum. 4.1.2 Utilizando o multímetro meça os valores quiescentes: IBQ, ICQ, VCEQ e anote na Tabela 1. 4.1.3 Ajuste o gerador de funções para uma amplitude de 10 mVp e com frequência de 1 kHz. Caso o gerador não consiga fornecer uma amplitude tão baixa use um divisor de tensão (sugestão: Resistor 100 Ω, 10 kΩ, entrada em 1,0 Vp). 4.1.4 Complete o circuito inserindo o gerador de sinais e os capacitores. 4.1.5 Usando o osciloscópio, meça e anote na Tabela 2 a amplitude das tensões de entrada vi, na base vb, no coletor vc no emissor ve e a tensão de saída vo. Anotar os valores de pico. 4.1.6 Monitore utilizando dos dois canais do osciloscópio simultaneamente os sinais de entrada vi e de saída vo e desenhe na Figura 2. Qual a defasagem entre eles? 2 Aula 01 Roteiro - Aula Experimental Figura 2: Tensão de Entrada e Saída do Amplificador Emissor Comum. Tabela 1: Valores quiescentes (DC). IBQ ICQ VCEQ Tabela 2: Valores das tensões AC. vi vb vc ve vo 4.1.7 Calcule o ganho deste amplificador. Observe que se trata do ganho de tensão sem carga. 4.1.8 Coloque um resistor de 1 kΩ entre o gerador e o capacitor de entrada e verifique com o osciloscópio (simultaneamente) os sinais vi e vb. Observar que o sinal na base deve ter caído (aproximadamente pela metade) em relação ao medido anteriormente. Que afirmação pode ser feita com relação à impedância de entrada deste amplificador? 4.1.9 Retirar o resistor do item anterior voltando o circuito a sua configuração original. Inserir um resistor de carga de 3,9 kΩ (entre o ponto vo e o terra). Meça novamente a tensão vo. Compare os valores com e sem o resistor de carga. Que afirmação pode ser feita com relação à impedância de saída deste amplificador? 4.2 Amplificador em Cascata 4.2.1 Monte o circuito da Figura 1 conforme os valores da Tabela 1. 4.2.2 Meça os seguintes valores: Ib1, Ic1, Vce1, Ib2, Ic2, Vce2, com o multímetro. 3 Aula 01 Roteiro - Aula Experimental 4.2.3 Ajuste o gerador de funções para uma amplitude de 1m Vp e com uma frequência de 500 Hz. Use um divisor de tensão para obter esse sinal (sugestão: Resistor 100 Ω, 10 kΩ, entrada em 0,1 Vp – ajuste o gerador para garantir um sinal de 1mVp como sinal de entrada do amplificador). 4.2.4 Determine o ganho de tensão para o primeiro estágio isolado (Av1) e quando conectado ao segundo estágio. 4.2.5 Determine o ganho de tensão para o segundo estágio isolado (Av1), e quando conectado à resistência de carga. Qual o significado da diferença entre os valores. 4.2.6 Determine o ganho de tensão do circuito em cascata (Avt), Avt = vo /vb1, com e sem carga. Figura 1 – Amplificador em cascata. Tabela 1 – Valores dos componentes Componente Vcc Rc1 = Rc2 Re1 =Re2 R 1 = R3 R 2 = R4 RL C 1 = C2 = C3 Ce1 = Ce2 T1 = T2 R 4 Valor 10 V 3,9 kΩ 2,2 kΩ 10 kΩ 2,2 kΩ 4,7 kΩ 10 µF 100 µF BC548 100 Aula 01 Roteiro - Aula Experimental 4.2.7 Aumente a amplitude da tensão de entrada até ocorrer saturação na tensão de saída do amplificador em cascata. Anote o valor dessa amplitude. 4.2.8 Meça o valor da resistência da fonte de sinal (gerador de funções). Para isto proceda da seguinte forma: Faça a leitura com o osciloscópio do valor da tensão nos terminais do gerador (sem carga). Posteriormente coloque uma resistência de 100Ω como carga para esta fonte e determine a tensão na carga. Com estes dados é possível obter a resistência interna da fonte. Tabela 2 – Leitura do valor da resistência da fonte de sinal Sem carga Com carga 100 Ω V gerador V carga Resistência da fonte 4.2.9 Substitua os resistores R3 e R4 no circuito original por R3 = 100 kΩ e R4 = 22 kΩ. 4.2.10 Repita os passos 4 e 5 com o circuito original. O que aconteceu? 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] BOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 8. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004, 672 p. : ISBN 8587918222 [2] SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 4. ed. São Paulo: Makron Books, 2000. 1270 p. [3] CIPELLI, Antonio Marco V.; MARKUS, Otávio; SANDRINI, Waldir João. Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônicos. 19. ed. São Paulo: Érica, 2002. 445 p. 5 Aula 01 Roteiro - Aula Experimental 6. MATERIAL NECESSÁRIO Resistor 100 Ω 1 Resistor 1 kΩ 1 Resistor 3,9 kΩ 3 Resistor 2,2 kΩ 2 Resistor 10 kΩ 3 Resistor 2,2 kΩ 3 Resistor 4,7 kΩ Resistor 100 kΩ Capacitores 10 µF Capacitores de 100 µF Transistor NPN BC548 Conectores Gerador de funções Osciloscópio Protoboard 1 1 3 2 2 diversos http://www.datasheetcatalog.net/pt/datasheets_pdf/B/C/5/4/BC548.shtml 6 Aula 01
