Resposta em frequência de amplificadores

UNIVERSIDADE LUSÓFONA DE HUMANIDADES E TECNOLOGIAS
LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA
ELECTRÓNICA 1
1º TRABALHO DE LABORATÓRIO
Resposta em frequência de amplificadores
João Beirante / Filipe Macedo
1º Trabalho de Laboratório
Resposta em frequência de amplificadores
1. Objectivo
É de importância fundamental a caracterização de um amplificador em termos da sua resposta a
sinais sinusoidais de diferentes frequências. Esta caracterização do comportamento do amplificador é conhecida como a resposta em frequência do amplificador.
2. Como medir a resposta em frequência
Quando à entrada de um amplificador se tem uma onda sinusoidal de amplitude máxima Vi e
frequência angular ω=2πf, o sinal medido na saída de um amplificador linear é também uma
onda sinusoidal com exactamente a mesma frequência, mas, em geral, com uma amplitude
máxima diferente e deslocada de uma certa fase relativamente ao sinal de entrada. A razão
entre a amplitude da onda sinusoidal Vo na saída e a amplitude Vi na entrada designa-se por
ganho de tensão do amplificador, à frequência f e o ângulo φ representa a diferença de fase
entre os dois sinais sinusoidais, na entrada e na saída.
Representando por T(ω) a função de transferência do amplificador, T(ω)=Vo(ω)/Vi(ω), então o
ganho é dado por: |T(ω)|=Vo/Vi e φ=∠T(ω).
Assim, para se obter a resposta em frequência de um amplificador, coloca-se na entrada um
sinal sinusoidal com frequência ajustável e para cada frequência individual procedemos à
medida das amplitudes dos sinais na entrada e na saída, bem como, à diferença de fase entre
eles. Das diferentes medidas efectuadas obter-se-á uma tabela ou gráfico do valor do ganho
|T(ω)| em função da frequência, e uma outra tabela ou gráfico da diferença de fase [∠T(ω)],
também em função da frequência. Estas duas representações gráficas são conhecidas como a
resposta em frequência, a primeira designada por resposta em amplitude, a segunda designada
por resposta na fase.
Para a análise da resposta em frequência de um amplificador é importante conhecer bem a resposta em frequência de malhas RC simples, do tipo das que estão representadas na figura 1 à
figura 4. Aparte um factor multiplicativo, elas podem representar, em 1ª ordem, o tipo de resposta em frequência de um amplificador em baixas ou altas frequências.
3. Preparação
a) Considere os circuitos da figura 1 à figura 4. Utilizando a regra do divisor de tensão deduza
as funções de transferência T(ω)=Vo(ω)/Vi(ω) para cada um dos circuitos e os correspondentes ganhos, |T(ω)| e diferença de fase ∠T(ω).
b) Calcule a frequência de corte a –3dB para cada um dos circuitos.
c) Para cada frequência indicada na tabela abaixo, e para cada um dos circuitos, calcule |T(ω)|,
|T(ω)|dB e ∠T(ω).
d) Represente os diagramas de amplitude e fase para cada um dos circuitos.
e) Dos resultados obtidos atrás, confira a frequência de corte a –3dB com a frequência calculada anteriormente e ainda a inclinação do troço de recta da curva descendente da resposta
em amplitude.
f (Hz)
1
10
100
0,1*f3dB
1k
f3dB
10k
10*f3dB
100k
1M
|T(ω)|
|T(ω)|dB
∠T(ω)
4. Montagem
a) Monte o circuito da figura 3. Coloque na entrada um gerador de sinais ajustado para onda
sinusoidal, com amplitude de 2Vpp e frequência de acordo com a tabela anterior. Para cada
valor da frequência, meça a amplitude do sinal sinusoidal na saída e o respectivo deslocamento de fase. Para cada frequência calcule |T(ω)|, |T(ω)|dB e ∠T(ω).
b) Medida da frequência de corte a –3dB. Aumente a frequência do sinal sinusoidal, mantendo
a sua amplitude de 2Vpp na entrada, até obter cerca de 0,707Vpp na saída. Registe o valor da
frequência correspondente e compare-a com a frequência a –3dB obtida em 3).
c) Represente graficamente os diagramas em amplitude e fase da resposta em frequência do
circuito, |T(ω)|dB e ∠T(ω).
d) Como classifica o tipo de resposta em frequência do circuito da figura 3?
e) Verifique qual a inclinação do troço da curva descendente (entre os 100kHz e 1MHz) no
diagrama de amplitude.
f) Monte o circuito da figura 4. Coloque na entrada um gerador de sinais ajustado para onda
100nF
1kΩ
Vi
Vi
Vo
1kΩ
100nF
Figura 1
2kΩ
Vo
Figura 2
500Ω
Vo
Vi
100nF
Vo
Vi
500Ω
2kΩ
100nF
Figura 3
g)
h)
i)
j)
Figura 4
sinusoidal, com amplitude de 2Vpp e frequência de acordo com a tabela. Para cada valor da
frequência, meça a amplitude do sinal sinusoidal na saída e o deslocamento de fase. Para
cada frequência calcule |T(ω)|, |T(ω)|dB e ∠T(ω).
Medida da frequência de corte a –3dB. Aumente a frequência do sinal sinusoidal, mantendo
a sua amplitude de 2Vpp na entrada, até obter cerca de 0,707Vpp na saída. Registe o valor da
frequência correspondente e compare-a com a frequência a –3dB obtida em 3).
Represente graficamente os diagramas em amplitude e fase da resposta em frequência do
circuito, |T(ω)|dB e ∠T(ω).
Como classifica o tipo de resposta em frequência do circuito da figura 4?
Verifique a inclinação do troço da curva descendente (entre os 10 e 100Hz) no diagrama de
amplitude.
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