ENCONTRO 3 AMPLIFICADORES EM CASCATA (ESTUDO DOS PRÉ-AMPLIFICADORES)

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1 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

2 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 Monte o circuito de polarização do transistor conforme Figura 1. Figura 1: Circuito Amplificador Emissor Comum Utilizando o multímetro meça os valores quiescentes: I BQ, I CQ, V CEQ e anote na Tabela Ajuste o gerador de funções para uma amplitude de 10 mv p 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 V p ) Complete o circuito inserindo o gerador de sinais e os capacitores Usando o osciloscópio, meça e anote na Tabela 2 a amplitude das tensões de entrada v i, na base v b, no coletor v c no emissor v e e a tensão de saída v o. Anotar os valores de pico Monitore utilizando dos dois canais do osciloscópio simultaneamente os sinais de entrada v i e de saída v o e desenhe na Figura 2. Qual a defasagem entre eles? 2

3 Figura 2: Tensão de Entrada e Saída do Amplificador Emissor Comum. Tabela 1: Valores quiescentes (DC). I BQ I CQ V CEQ Tabela 2: Valores das tensões AC. v i v b v c v e v o Calcule o ganho deste amplificador. Observe que se trata do ganho de tensão sem carga Coloque um resistor de 1 kω entre o gerador e o capacitor de entrada e verifique com o osciloscópio (simultaneamente) os sinais v i e v b. 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? 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 v o e o terra). Meça novamente a tensão v o. 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 Monte o circuito da Figura 1 conforme os valores da Tabela Meça os seguintes valores: I b1, I c1, V ce1, I b2, I c2, V ce2, com o multímetro. 3

4 4.2.3 Ajuste o gerador de funções para uma amplitude de 1m V p 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 V p ajuste o gerador para garantir um sinal de 1mV p como sinal de entrada do amplificador) Determine o ganho de tensão para o primeiro estágio isolado (A v1 ) e quando conectado ao segundo estágio Determine o ganho de tensão para o segundo estágio isolado (A v1 ), e quando conectado à resistência de carga. Qual o significado da diferença entre os valores Determine o ganho de tensão do circuito em cascata (A vt ), A vt = v o /v b1, com e sem carga. Figura 1 Amplificador em cascata. Tabela 1 Valores dos componentes Componente Valor Vcc 10 V R c1 = R c2 3,9 kω R e1 =R e2 2,2 kω R 1 = R 3 10 kω R 2 = R 4 2,2 kω R L 4,7 kω C 1 = C 2 = C 3 10 µf C e1 = C e2 100 µf T 1 = T 2 BC548 R 100 4

5 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 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 Substitua os resistores R 3 e R 4 no circuito original por R 3 = 100 kω e R 4 = 22 kω 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 [2] SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 4. ed. São Paulo: Makron Books, p. [3] CIPELLI, Antonio Marco V.; MARKUS, Otávio; SANDRINI, Waldir João. Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônicos. 19. ed. São Paulo: Érica, p. 5

6 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 1 Resistor 100 kω 1 Capacitores 10 µf 3 Capacitores de 100 µf 2 Transistor NPN BC548 2 Conectores diversos Gerador de funções Osciloscópio Protoboard 6