Electrónica II. 1º Trabalho de Laboratório Realimentação

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Eduarda Figueira Barreiro
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1 Electrónica II 2º Semestre 2010/2011 1º Trabalho de Laboratório Realimentação (1º trabalho) Fevereiro 2011 Instituto Superior Técnico Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Área Científica de Electrónica

2 Trabalho realizado por Marcelino Santos e Carlos Leme [1]. Reformulado em 2011 por Helena Sarmento e José Gerald. [1] Marcelino Santos e Carlos Leme, Guia de laboratório de Electrónica II Realimentação 2º Trabalho de Laboratório, IST, Fevereiro de

3 Introdução Pretende-se estudar neste trabalho o efeito da realimentação em amplificadores. Os circuitos a estudar no laboratório (ver Figura 1) são: Um andar de amplificação de um receptor simples para sinais modulados em amplitude (2º andar da Figura 1) Um amplificador de saída. Serão analisados os efeitos da realimentação na estabilização do ponto de funcionamento em repouso (PFR), no ganho de tensão, na impedância de entrada e na impedância de saída do andar de amplificação, e na linearização do funcionamento do amplificador de saída (redução da distorção de crossover) Figura 1 - Receptor de AM seguido de andar de saída. O receptor de AM (amplitude modulation) da Figura 1 (1º e 2º andares) é proposto no sítio Circuit Exchange International 1. O receptor inclui um andar inicial, amplificador sintonizado, que permite sintonizar e amplificar sinais modulados em amplitude (sinais na banda de frequências entre 550 khz e 1600 khz). É constituído por uma montagem de colector comum, seguida de um emissor comum. A malha que inclui o circuito LC de sintonia permite captar o sinal de AM. Para uma melhor recepção do sinal de AM, pode ser utilizada uma antena com uma bobina que se coloca perto da bobina do circuito LC. O sinal captado pela antena é transferido para o circuito. O 2ª andar de amplificação é uma montagem de emissor comum, com realimentação

4 1ª Parte Preparação teórica Nota: Nos cálculos que efectuar utilize os valores típicos apresentados nas folhas de catálogo dos componentes. Para o ponto de funcionamento em repouso, utilize para β o valor do ganho de corrente em corrente contínua (DC current gain H FE ) e na análise em sinais fracos h fe. 1. Estudo do 1º andar de amplificação do receptor de AM 1.1. Identifique no 1º andar a topologia de realimentação. Redesenhe o circuito (em termos de A e β) de forma a ilustrar esta topologia. Inclua os condensadores e a bobina na malha (diporto) de realimentação. A tensão na entrada do amplificador é a tensão na base do transístor do andar de colector comum. Esta tensão é gerada por acoplamento magnético na bobina. 2. Estudo do 2º andar de amplificação do receptor de AM 2.1. Determine o PFR do circuito da Figura 2, quando T1 é um BC547B e quando se substitui por um BC547C. Qual a diferença nos dois transístores que justifica as diferenças no PFR? Determine a variação percentual da tensão no colector (VC) do transístor T 2.2. Considere apenas o transístor BC547B no circuito da Figura Identifique a topologia do amplificador realimentado. Redesenhe o circuito (em termos de A e β) de forma a ilustrar esta topologia Determine os parâmetros dos diportos que permitem calcular A e β (teoria da realimentação). Figura 2 2º andar de amplificação do receptor AM Determine o ganho de tensão v o /v i do amplificador realimentado Determine a impedância de entrada do amplificador realimentado, Z i, assinalada na Figura Determine a impedância de saída do amplificador realimentado, Z o, assinalada na Figura Considere o circuito da Figura 3 no qual se suprimiu a realimentação realizada pela resistência de 560 kω, mas onde se mantém o PFR através da malha da Figura 2(a) e T 1 é um BC547B

5 Figura 3 2º andar de amplificação do receptor AM sem realimentação Determine o valor de R4 que mantém o PFR determinado em 2.1 para o transistor BC547B Determine o novo PFR quando T 1 é substituído pelo BC547C Considere o circuito da Figura 3 (amplificador não realimentado) com o transístor BC547B. Determine o ganho de tensão v o /v i, a impedância de entrada, Z i, e a impedância de saída, Z o, do amplificador não realimentado. 3. Estudo do amplificador de saída Considere V BEon = 0,7V. V CC = 12 V V CC V i - A741 + B V b T 1 C BC547 V o BC557 0 R L = V CC T 2 R 1 = 10 k A R 2 = 1 k -V CC =-12 V (a) Figura 4 - Amplificador de saída. (b) 3.1. Considere o amplificador de saída da Figura 4 (a) Identifique a topologia da realimentação Determine o valor aproximado do ganho de tensão (faça, justificando, as aproximações que entender convenientes) Esboce as formas de onda em V b e V o quando V i = 0,3 sen (2π 1000t) V

3.2. Considere o amplificador da Figura 4 (b). 3.2.1. Determine o valor aproximado do ganho de tensão. 3.2.2. Esboce as formas de onda em V b e V o quando V i = 0,3 sen (2π 1000t) V.

6 3.2. Considere o amplificador da Figura 4 (b) Determine o valor aproximado do ganho de tensão Esboce as formas de onda em V b e V o quando V i = 0,3 sen (2π 1000t) V. Parte Preparação Laboratorial Notas: Os circuitos a analisar devem vir montados para a aula. Na placa de bread board, monte da esquerda para a direita: o 2º andar de amplificação (Figura 2) e o andar de saída (Figura 4). Tente manter na bread board o circuito com os componentes em posição semelhante à dos respectivos diagramas esquemáticos. Tenha especial cuidado ao montar os transístores. Na Figura 5 ilustra-se a posição do emissor, colector e base nos encapsulamentos dos transístores PNP e NPN. Ao ligar os condensadores electrolíticas tenha em atenção a sua polaridade. Tenha o máximo cuidado nas ligações. Figura 5 Terminais dos transístores BC557 e BC547 Utilize o osciloscópio sempre que possível para medir os valores pedidos no plano de trabalhos. Tenha em atenção a atenuação (pré-definida) dos canais do osciloscópio. Todos os resultados dos ensaios devem ser comentados com base na análise teórica. 1. 2º andar de amplificação 1.1. No circuito da Figura 2, com o transístor BC547B, faça v I = 0. Meça a tensão no ponto B (colector do transístor). Comente os resultados obtidos para o PFR com base nos valores obtidos na preparação teórica

7 1.2. Substitua o transístor BC547B pelo BC547C. Meça de novo a tensão do colector. Calcule a variação percentual desta tensão. Comente as diferenças no PFR devidas à substituição de um transístor pelo outro Reponha o transístor BC547B. Com vi = 10 sen(2π1000 t) mv, determine o ganho de tensão vo/vi. Comente os resultados Com o transístor BC547B, determine a impedância de entrada. Para tal meça a corrente na resistência de 10 kω de entrada, que deve ser determinada com base na queda de tensão aos seus terminais. Comente os resultados Também com o transístor BC547B, determine a impedância de saída. Use o circuito da Figura 6 e determine a corrente em R6 a partir da queda de tensão aos seus terminais. Comente os resultados. 12 V 10 k + - v o 10 k v i 10 k 10 F k T nf Z o R 6 v teste Z i Figura 6 Circuito para determinar a impedância de saída. 2. Andar de saída 2.1. No circuito da Figura 4 (b): Faça v I = 0. Meça a tensão V o, a tensão na entrada inversora do AmpOp e na saída deste. Indique a zona de funcionamento dos dois transístores Faça v I = 0,3 sen (2π 1000t) V. Desenhe as formas de onda em V b e V o No circuito da Figura 4 (a) Faça v I = 0. Meça a tensão V o, a tensão na entrada inversora do AmpOp e na saída deste. Indique a zona de funcionamento dos dois transístores Faça v I = 0,3 sen (2π 1000t) V. Desenhe as formas de onda em V b e V o. Comente o efeito da realimentação na distorção do crossover

8 Lista de componentes C R AmpOp Transístor 10 µf 1000Ω µa741 BC547B 220 nf 1 kω BC547C 10 kω BC557B 10 kω 10 kω 560 kω

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