ROTEIRO 09 e 10 Circuito Amplificador de Pequenos Sinais

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Alícia Garrido Pereira
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1 - UTFPR DAELT Engenharia Elétrica e/ou Controle e Automação Disciplina: Laboratório de Eletrônica ET74C Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes ROTEIRO 09 e 10 Circuito Amplificador de Pequenos Sinais Visto Data da realização: / /2017 Data da entrega: / /2017 NOTA: ASSIDUIDADE 1,0 ESTÉTICA 1,0 CONTEÚDO 2,5 COLETA DADOS 3,0 CONCLUSÃO 1,5 EXERCÍCIOS 1,0 TOTAL Redação da introdução teórica realizada por: Equipe: CURITIBA 2017

ROTEIRO 09 e 10 Transistor Bipolar Operação como amplificador (roteiro originalmente desenvolvido pelo prof. José Gilberto Pacheco Junior da Fundação Paulista de Tecnologia e Educação.

Pré-requisitos: Capítulos 03 e 04 do livro Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Boylestad; Capítulo 04 do livro Microeletrônica Sedra (4ª Ed.).

2 ROTEIRO 09 e 10 Transistor Bipolar Operação como amplificador (roteiro originalmente desenvolvido pelo prof. José Gilberto Pacheco Junior da Fundação Paulista de Tecnologia e Educação. Junho 2008 ) Objetivos: Verificar e interpretar o funcionamento do transistor bipolar do tipo NPN na região de ativa. Pré-requisitos: Capítulos 03 e 04 do livro Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Boylestad; Capítulo 04 do livro Microeletrônica Sedra (4ª Ed.). 01 fonte CC variável; 1 resistor de 1M ¼ W 01 protoboard 1 resistor de 5,6 k ¼ W 01 Gerador de funções e ponta de prova 1 resistor de 1,2 k ¼ W 01 Osciloscópio e pontas de prova 1 resistor de 330 ¼ W 02 multímetro; 1 resistor de 100 ¼ W 01 transistor BC548 ou similar 02 capacitor 1 F 25V 01 capacitor 100 F 25V Gerador de Funções: Teoria Manual Operações Politerm Manual Operações DAWER Figura 1--Aspecto do gerador de funções disponível no(s) laboratório(s) de eletrônica. Notas de aula sobre o manuseio do gerador de funções ENM 2/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

O gerador de sinais, ou de funções (GF) é uma fonte de sinais que combina várias funções em uma unidade. Ele é um aparelho que gera tensões Vg variáveis como funções do tempo t.

A tensão gerada pode ter valores positivos ou negativos em relação a uma referência que é denominada de GND ou terra.

3 O gerador de sinais, ou de funções (GF) é uma fonte de sinais que combina várias funções em uma unidade. Ele é um aparelho que gera tensões Vg variáveis como funções do tempo t. As tensões geradas são periódicas, de período T (dado em segundos), frequência f (dada em Hz) e amplitude V0, assemelhando-se a uma onda. Figura 2- Símbolo do gerador de funções de onda quadrada. A tensão gerada pode ter valores positivos ou negativos em relação a uma referência que é denominada de GND ou terra. A amplitude V0 da forma e onda corresponde ao valor máximo, em módulo, da tensão gerada em relação à referência (terra). As formas de onda geradas podem ser senoidais, triangulares e quadradas, que são selecionadas no painel frontal do equipamento. Os níveis gerados são disponibilizados nos terminais + e indicados pelas garras jacaré da Figura 3, onde são encaixados cabos blindados com conector BNC (Bayonet Neil Concelman). Figura 3 Ponta de prova usada para o GF. Impedância interna de geradores: O gerador de função para instrumentação tem uma impedância interna geralmente de 50 Ω, real e independente da frequência (variação dentro de ±1 ohm em toda a faixa de frequências de operação do instrumento, tipicamente). Saída atenuada (LO): A tensão gerada pode apresentar nível na faixa da unidade de volt, por ex: até no max 10Vpp e na ordem de mv, por ex. no max 500mVpp. Sendo tal característica determinada pelo fabricante e encontrada no manual de uso do equipamento. Para gerar tensões de pequena amplitude, utiliza-se a saída atenuada, sendo identificada pela letra LO. Offset: Quando uma tensão alternada é adicionada a uma tensão CC, ela passa a ter, ela passa a ter um offset (deslocamento), o qual pode ser positivo ou negativo. A Figura 4 a seguir mostra as três situações possíveis: sinal sem offset (0V), com offset positivo e com offset negativo. Figura 4 Exemplos de formas de onda fornecidas pelo gerador de funções. Em a) não há offset, em b) o offset é de 4V (2 div) e em c) é de -1V (1/2 div). ENM 3/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

Ciclo de Trabalho (Duty Cycle): Dependendo do modelo, o GF oferece a funcionalidade em que é gerado um nível de tensão correspondente à fração de tempo em que o sinal é ativo.

4 Ciclo de Trabalho (Duty Cycle): Dependendo do modelo, o GF oferece a funcionalidade em que é gerado um nível de tensão correspondente à fração de tempo em que o sinal é ativo. A Figura 5 mostra exemplos de ciclos de trabalho, Figura 5--Formas de onda com diferentes ciclos de trabalhos. Fonte: Teste e identificação do transistor: Preparação 1. Com o auxílio do multímetro, identifique o tipo e os terminais dos transistores. BC MULTÍMETRO DIGITAL Terminal + Terminal - Leitura (mv) Esboço do encapsulamento do TJB com a numeração e indicação dos terminais de B,C e E: 2. Meça os resistores e anote os valores: R5k6= R1k2= R330= R100= ENM 4/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

5 Cálculo da polarização DC 3. Calcule as correntes e as tensões de polarização para o circuito da Figura 6. Admitir VBE = 0,7V e β=100. IB= IE = VC = VCB = Cálculos IC = VB = VE = VCE = R1 5k6 RC 330 Vrc V VCC 12V R2 1k2 RE 100 Figura 6 Polarização do transistor NPN para operar na região ativa. ENM 5/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

6 Procedimento 4. Implemente o circuito da Figura 6. Meça os valores solicitados pela Tabela 1. Compare os valores medidos com os calculados. Caso exista diferenças significativas entre o valor calculado e a respectiva medida, revise o circuito!!!!! VC V5k6 V100 VRC= VB V1k2 VBC VE V330 VCE VR330= Tabela 1: Grandezas medidas no circuito de polarização do amplificador. 5. Calcule as correntes IC, IE e IB: IC= Vrc/Rc= IE = Vre/Re= I1=Vr1/R1= I2 = Vr2/R2= IB = I1-I2= 6. Calcule o β real= 7. Ajuste o GF para fornecer uma tensão de saída senoidal de 100mVpp e frequência de 1kHz usando para isso o osciloscópio. 8. Acrescente os capacitores de acoplamento do sinal Ca1= Ca2= 1µF e Cby=100µF, a carga de 1Mohm e a fonte de sinal com amplitude de 100mVpp e frequência de 1kHz, conforme mostra a Figura 7. OBS: Atenção à polaridade dos capacitores!! R1 5k6 RC 330 V Vrc Ca1=1uF + + Ca2=1uF Vout VCC 12V RL=1M GF 100mVpp senoidal 1kHz R2 1k2 RE Cby=100uF Figura 7- Circuito completo para amplificação de pequenos sinais com TJB NPN. ENM 6/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

7 9. Energize o circuito com a fonte VCC e o GF. 10. Monitore a tensão VrC=V330 com o uso do MD para garantir que o seu valor seja próximo ao medido no item 4, ou seja, que a operação no ponto quiescente seja mantida. 11. Com o osciloscópio, utilizando as duas ponteiras, monitore os sinais de entrada (VGF) e de saída (Vout). Esboce o resultado na tela da Figura 8. Vin pico-a-pico= Vin médio= Vin rms= Vout pico-a-pico= Vout médio= Vout rms= Figura 8- Tela do scope para os sinais de entrada e saída do circuito amplificador de pequenos sinais. 12. Retire o capacitor de acoplamento Ca1. Ajuste a tensão do GF para 100mVpp e f=1khz e usando os dois canais do scope meça o sinal de entrada CH1 e o sinal de saída em CH2. Anote as formas e intensidades na Figura 9. Vin pico-a-pico= Vin médio= Vin rms= Vout pico-a-pico= Vout médio= Vout rms= Figura 9- Sinais de entrada e saída do circuito amplificador de pequenos sinais sem o capacitor Ca1. ENM 7/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

8 13. Recoloque o capacitor Ca1 e retire o capacitor de acoplamento Ca2 e repita os procedimentos do 12. Anote as formas e intensidades na Figura 10. Vin pico-a-pico= Vin médio= Vin rms= Vout pico-a-pico= Vout médio= Vout rms= Figura 10- Sinais de entrada e saída do circuito amplificador de pequenos sinais sem o capacitor Ca Recoloque o capacitor Ca2 e retire o capacitor de desacoplamento Cby e repita os procedimentos do 12. Anote as formas e intensidades na Figura 11. Vin pico-a-pico= Vin médio= Vin rms= Vout pico-a-pico= Vout médio= Vout rms= Figura 11- Sinais de entrada e saída do circuito amplificador de pequenos sinais sem o capacitor Cby. ENM 8/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

9 15. Retorne o circuito ao seu estado original, conforme a Figura 7. A próxima atividade será a verificação do comportamento do circuito com relação a variação da frequência. 16. Mantenha a amplitude do sinal de entrada e modifique a frequência do sinal de entrada até o valor máximo que o GF permite sem que o sinal Vin apresente distorção. Meça a tensão de saída conforme solicita a Tabela 2. Calcule o ganho para cada frequência usando a equação 1 e 2. vout Av Equação 1: relação para determinação do ganho do amplificador de pequenos sinais. vin vin Av db 20. log Equação 2relação para cálculo do ganho em decibel do amplificador de pequenos sinais. vout f (khz) fmáx Vout (V) Av Av db Tabela 2: Tensão de saída em função da variação da frequência do sinal de entrada no circuito amplificador EC- NPN para o circuito sem carga. QUESTIONÁRIO 1. Compare os valores medidos do item 11 com os valores obtidos no item 12 quando foi retirado o capacitor Ca1. Explique o que aconteceu. 2. Compare os valores medidos do item 11 com os valores obtidos no item 13 quando foi retirado o capacitor Ca2. Explique o que aconteceu. 3. Compare os valores medidos do item 11 com os valores obtidos no item 14 quando foi retirado o capacitor Cby. Explique o que aconteceu. 4. Calcule o ponto de operação do circuito da Figura 6 e indique na curva característica de saída da Figura 12. Figura 12- Família da característica de saída do transistor BC 547. ENM 9/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

10 5. 6. Obtenha o circuito equivalente CC do circuito ensaiado. 7. Obtenha o circuito equivalente CA do circuito ensaiado. 8. Calcule o ganho do circuito ensaiado empregando o a)modelo PI b)modelo T ENM 10/10 Rot09_10_TJB_Amplificador_S23_S24

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