AULA PRÁTICA #1 RESPOSTA EM FREQUÊNCIA. h h h h h para que a variação

Transcrição

1 AULA PRÁTCA #1 RESPOSTA EM FREQUÊNCA ) Objetivs: Prjetar amplificadr na cnfiguraçã EMSSOR COMUM (EC) para atender às características especificadas. Estimar a respsta em frequência de amplificadres. Cmparar desempenh das cnfigurações EMSSOR COMUM (EC) e CASCODE. ) Especificações Circuit da fig.1, send: cc15, Q1Q2BC546/547/548, C5C610pF e CEQ21,5. (manual: v Av ; v Módul d ganh de tensã 80 S ariaçã percentual da crrente de plarizaçã 15%, cnsiderand: Excursã de sinal na saída 2,0 pic; Z 3,5k Ω; N Frequência de crte inferir entre 30 e 80 Hz; - dispersã ds valres de h FE, - variaçã ds parâmetrs ( BE, h FE, CBO) cm a temperatura, na faixa entre -15 e 55 C. - distribuir percentual da seguinte frma: devid a BE (6%), a h FE (8%) e a CBO (1%). ) Prjet Prjetar amplificadr EC da fig. 1 atendend às especificações e esclhend valres cmerciais para s cmpnentes; Utilize manual d transistr para verificar valres de h FE e de capacitâncias parasitas. Adte um h FE para prjet. Sugestã: utilizar 2 ( ) ( + ) h h h h h para que a variaçã FEprj FE max FE min FE max FE min percentual de seja simétrica cm a variaçã de h FE para máxim e para mínim. Smente depis de definir tds s cmpnentes, calcular e preencher a cluna prjetad, nas tabelas anexas (EC e CASCODE). CC CC S RS 1k R1 ZN C1 C4 R3 R4 C5 Q1 C6 Q2 R5 ZOUT C2 BC546B BC546B RL 10k RS 1k ZN C4 R1 C1 R3 R4 C5 Q1 C6 Q2 R5 ZOUT C2 BC546B BC546B RL 10k R2 R6 C3 S R2 R6 C3 fig 1: Cnfiguraçã Emissr Cmum fig 2: Cnfiguraçã Cascde v.8b_jbm 26/08/2011

2 ) Simulações Tdas as simulações devem ser d tip respsta em frequência, excet a de excursã de sinal que deve ser d tip respsta n temp. Para circuit da fig. 1: Ajustar a crrente de plarizaçã ( ) permitind variaçã máxima de ±5% em relaçã a valr adtad n prjet. Se necessári, varie smente valr de R1, pdend fazer assciações de resistres cmerciais para bter valr desejad. Repetir as simulações para circuit da fig. 2. Para cada simulaçã clque a lad esquema da mntagem utilizada. Apenas simulaçã n Orcad : ariaçã de Temperatura e h FE ariar a temperatura e h FE ds transistres e medir a variaçã percentual da crrente de plarizaçã ( ) devid as efeits simultânes da variaçã de BE (efeit da temperatura) e de h FE (efeit da dispersã ds valres de h FE). Preencher a tabela crrespndente. Para variar h FE é necessári saber qual valr d parâmetr BF prduz h FE desejad (h FEmin, h FEprj e h FEmax). Deve-se fazer uma simulaçã cm seguinte prcediment: - Nas definições de simulaçã, selecinar: análise d tip DC Sweep, pçã mdel parameter, mdel type (NPN), Mdel name (transistr usad: p.ex. BC546B), Parameter name (BF). Selecinar ainda tip de varredura: linear na faixa desejada (valr inicial / valr final / increment). - Mandar pltar C(Q2)/B(Q2) e verificar qual valr de BF crrespnde a h FE desejad e usar estes valres de BF para fazer simulaçã cm a variaçã de h FE. - Para fazer simulações d tip Time Dmain (transient) u AC Sweep/Nise cm variaçã simultânea de h FE e temperatura, marcar as pções Parametric Sweep e Temperature (Sweep). Em Parametric Sweep, selecinar: mdel parameter, mdel type (NPN), Mdel name (transistr usad), Parameter name (BF) e clcar valr desejad de BF em alue list. Em Temperature (Sweep), indicar a temperatura desejada para a simulaçã. ) Medidas Mntagens: Observar que as diferenças entre s circuits das fig.1 e fig.2 estã apenas nas ligações ds capacitres C1, C3 e C4. Desenhar as mntagens utilizadas para as medidas das impedâncias de entrada e de saída, justificand métd. Para circuit da fig. 1: Ajustar a crrente de plarizaçã ( ) permitind variaçã máxima de ±5% em relaçã a valr adtad n prjet. Se necessári, varie smente valr de R1, pdend fazer assciações de resistres cmerciais para bter valr desejad. Observe que R1 pde ser diferente d usad na simulaçã. O imprtante é deixar as crrentes de plarizaçã aprximadamente iguais, nas três situações: prjet, simulaçã e mntagem. Repetir as medidas para circuit da fig. 2. mprimir e anexar as telas das medidas n scilscópi. ) Escala de valres cmerciais dispníveis n labratóri: (1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 10,0) x 10 0 a 10 6 v.8b_jbm 26/08/2011 2

3 Aula prática #1 (Respsta em frequência) GRUPO: Data: 1) Especificações: MEMÓRA DE CÁLCULO Módul d ganh de tensã: v Av v S mpedância de entrada: Z kω N Temperatura de peraçã: C T C Excursã de sinal na saída: v p pic Frequência de crte inferir Hz f Hz L 2 CEQ CC C5 C6 pf ariaçã percentual da crrente de plarizaçã: BE h FE CBO 2) nfrmações adicinais: erifique qual tip de transistr de pequens sinais está dispnível n cnjunt de cmpnentes recebids para as aulas práticas. D manual d transistr selecine as características relacinadas a seguir: Tip: BC h FE min h FE max CBO(25 C ) Cnsidere ainda: h FE prj hfe min hfe max 2 h + h r kω FE min FE max na Tprj T 25 max BE m 10 C 2,5 CBO max 2 1 CBO T C ( 25 C) BE RE BE RB + RE CBO RE CBO R 1 B + R E h + h h ( 1 ) h FE max FEprj FE FE v.8b_jbm 26/08/2011 3

4 3) Determinaçã de R 5 e : O rteir deste prjet está basead n métd apresentad na apstila Prjet de amplificadr mnestági e cnsiste, basicamente, de um sistema de três inequações nde cada uma delas garante cumpriment de um u mais itens da especificaçã. Sã elas: ( ) G () garante a plarizaçã e a excursã d sinal CC CEQ1min CEQ2 RE min C ( ) ( ) p f C p f L sem saturaçã v + v G + v + v G () garante a excursã d sinal sem crte K K G + G C L () garante ganh de tensã 3.1) nequaçã () A crrente de plarizaçã ( ) é definida pel transistr Q 2. A estabilidade de em relaçã às variações de BE depende de prjet ( T prj RE (tensã sbre resistr R 6). Para bter RE min 25 C ) e use a expressã da variaçã percentual de, calcule Tmax em relaçã à temperatura de devid à BE. T max C RE min CEQ1min garante a nã saturaçã d sinal de saída. Para btê-l, use a especificaçã da amplitude d sinal ( v p ). CEQ1min G C () garante a plarizaçã e a excursã d sinal sem saturaçã v.8b_jbm 26/08/2011 4

5 3.2) nequaçã () Use a especificaçã da amplitude d sinal ( v ). G + G C L p () garante a excursã d sinal sem crte 3.3) nequaçã () Use a especificações d ganh ( Av ) e da impedância de entrada ( Z N ) para definir valr mínim d ganh K v vb que atende à especificaçã. G + G C L () garante ganh de tensã 3.4) nterpretaçã gráfica e cálcul de R C max Esbce gráfic das três inequações, indicand a regiã de sluçã. 1 G Calcule pnt de interseçã e determine Cmax Cmin R G L G C RC max kω 3.5) Esclha de e R 5 Esclha um valr cmercial para R 5 e calcule a crrente e verifique se valr esclhid para pde variar ± 20% sem sair da regiã de sluçã. alres esclhids: R5 kω ma v.8b_jbm 26/08/2011 5

6 4) Cálcul de R 6 Esclha um valr cmercial para R 6, cnsiderand R6 > RE min. R6 kω 5) Cálcul das plarizações de base As variações percentuais de devid à CBO e h FE dependem d valr de R B adtad na plarizaçã de base d transistr Q 2. Observe que valr de R muit alt pde prejudicar a estabilidade de e valr muit baix pde prejudicar B a impedância de entrada Z N. 5.1) Cálcul de R B Calcule CBO max cnsiderand Tmax CBO max ma Calcule R B max. Use a expressã da variaçã percentual de CBO devid à CBO. R B max CBO kω Calcule R. Use a expressã da variaçã percentual de devid à h FE. B max h FE Cnsidere h h h FE FE max FE prj RB max h FE kω Calcule r h T π fe. Use T 25 m e h h. fe FE prj r π k Ω v.8b_jbm 26/08/2011 6

7 Calcule R B min de md a garantir a especificaçã de Z N. RB min kω 5.2) Cálcul de R 1 e R 2 Usand as expressões abaix, calcule R2 e esclha um valr cmercial: R R 2 B max 1 BQ2 CC R + e BQ2 6 BE R2 kω Calcule R 1 usand a expressã: 1 2 CC R R 1 BQ2 R1 kω Calcule RB e verifique se RBmin RB RBmax RB kω 5.3) Cálcul de R3 e R 4 Para que as impedâncias de entrada d EC e CASCODE fiquem aprximadamente iguais, cnsidere R4 R2. R4 kω Calcule R 3 usand a expressã: 3 4 e esclha um valr cmercial. CC R R 1 BQ1 R + +,, nde BQ CEQ BE R3 kω v.8b_jbm 26/08/2011 7

8 6) Resum R1 CC R2 R3 R4 RS ZN C1 R1 R3 C5 Q1 R5 ZOUT C2 BC546B RL 10k R5 1k R4 C6 R6 S C4 Q2 BC546B OBS.: Neste prjet, para simulaçã e mntagem, valr de R 1 R2 R6 C3 deve ser ajustad para que a crrente fique dentr de ± 5% d valr nminal adtad n prjet. 7) erificaçã (CONFGURAÇÃO EMSSOR COMUM) Cm s valres de tds s resistres já definids, faça análise d circuit para verificar se tdas as especificações na banda média e plarizaçã e fram atendidas: 7.1) Cálcul de Se necessári, altere valr de R 1(pde ser valr nã cmercial) para que a crrente fique igual a valr nminal adtad n prjet. ma 7.2) Cálcul de CEQ2 CEQ2 7.3) Cálcul de CEQ1 CEQ1 7.4) Cálcul da impedância equivalente de cletr (R ac R C //R L ) R k Ω ac 7.5) Cálcul da excursã máxima d sinal de saída sem crte nem saturaçã Excursã máxima sem crte ( v p sem crte) : v.8b_jbm 26/08/2011 8

9 Excursã máxima sem saturaçã ( v p sem saturaçã) : v min( v, v ) p p sem crte p sem saturaçã vp 7.6) Cálcul d ganh de tensã ( Av v v S ) Av 7.7) Cálcul da impedância de entrada ( Z in ) Z k Ω in 7.8) Cálcul da impedância de saída ( Z ut ) Z k Ω ut 7.9) Cálcul da impedância de saída d cletr de Q1 ( R O1 ) hfe Rb + r Utilizar a expressã: RO + 1 r, nde k k+ 1 REeq π R Ω 1 k 8) Cálcul ds capacitres respnsáveis pela freqüência de crte inferir Calcule tds s capacitres cnsiderand cada um deles cm send respnsável pela frequência de crte inferir e s demais em curt. Esclha um valr cmercial para C 3.Multiplique s capacitres C 1 e C 2, em rdem decrescente de valr, respectivamente, pr 10 e 50. Multiplique C 4 pr 250. v.8b_jbm 26/08/2011 9

10 C1 µ F C2 µ F C 3 µ F C 4 µ F 9) erificaçã das frequências de crte Frequência de crte inferir fl Hz Frequência de crte superir fh khz 10) Cálcul da variaçã percentual de devid às variações de temperatura e h FE + + BE CBO hfe v.8b_jbm 26/08/

11 10.1) ariaçã percentual de cnsiderand Tmin e h FE min % 10.2) ariaçã percentual de cnsiderand Tmax e h FE max % 11) erificaçã (CONFGURAÇÃO CASCODE) Cm s valres de tds s resistres já definids, faça análise d circuit para verificar se tdas as especificações na banda média e plarizaçã e fram atendidas: 11.1) Cálcul da excursã máxima d sinal de saída sem crte nem saturaçã Excursã máxima sem crte ( v p sem crte) : Excursã máxima sem saturaçã ( v p sem saturaçã) : v min( v, v ) p p sem crte p sem saturaçã vp 11.2) Cálcul d ganh de tensã ( Av v v S ) Av v.8b_jbm 26/08/

12 11.3) Cálcul da impedância de entrada ( Z in ) Z k Ω in 11.4) Cálcul da impedância de saída ( Z ut ) Z k Ω ut 11.5) Cálcul da impedância de saída d cletr de Q1 ( R O1 ) hfe Rb + r Utilizar a expressã: RO + 1 r, nde k k+ 1 REeq π R Ω 1 k 12) erificaçã das frequências de crte Frequência de crte inferir fl Hz Frequência de crte superir fh khz v.8b_jbm 26/08/

13 Cnfiguraçã emissr cmum (EC) Parâmetrs d circuit Unid Prjetad Simulad Medid OBS T25 ºC h FEprj Ajustar ( 5% nm ) ± ma Plarizaçã EQ2 CEQ1 CEQ2 mpedância equivalente de cletr (R ac R C //R L ) kω X Excursã máxima de sinal na saída (pmax) Ganh (Av/s) / Frequência de crte inferir (f L ) superir (f H ) Hz khz mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zut) kω kω mpedância de saída d cletr de Q 1 (R 1 ) kω X ariaçã de Temperatura e h FE Unid Prjetad Simulad Medid OBS BEQ2 X X T min ºC h FEmin BF min pmax X X Ganh (Av/ S) / X X ma X ariaçã percentual de % X BEQ2 X X T max ºC h FEmax BF max pmax X X Ganh (Av/ S) / X X ma X ariaçã percentual de % X v.8b_jbm 26/08/

14 Cnfiguraçã CASCODE Parâmetrs d circuit Unid Prjetad Simulad Medid OBS Excursã máxima de sinal na saída (pmax) Ganh (Av/s) Frequência de crte inferir (f L ) superir (f H ) mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zut) mpedância de saída vista para dentr d cletr de Q 1 (R 1 ) / Hz khz kω kω kω X Cmparaçã: EC x CASCODE Parâmetrs d circuit Excursã máxima de sinal na saída (pmax) Ganh (Av/s) Freqüência de crte inferir (f L ) superir (f H ) mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zut) mpedância de saída vista para dentr d cletr de Q 1 (R 1 ) Unid Simulad Medid EC CASCODE EC CASCODE / Hz khz kω kω kω X X OBS Mntagem para medida de impedância de entrada Mntagem para medida de impedância de saída v.8b_jbm 26/08/

15 Cmentáris / Cnclusã 1- Cm as variações de temperatura e de h FE influenciam na máxima excursã de sinal? Explique mecanism. 2- Cmpare as cnfigurações CASCODE e EC quant a ganh, respsta em frequência e impedância de saída d transistr Q 1 (R). Justifique. v.8b_jbm 26/08/

16 13) Históric das mdificações: ersões anterires: JBM15/03/2006 JBM 15/08/2006 JBM 19/08/2008 JBM 28/07/2009 7a: JBM 21/04/2010 alterad a especificaçã de Zin de 4k para 3,5k; crrigida a expressã de h FEprj (sinal trcad pr +) 7b: JBM 27/08/2010 Alteradas as especificações de: ganh de 120 para 80/, vp de 2,5 para 2 pic, faixa de frequência de crte inferir de 30 a 60 Hz para 30 a 80 Hz e faixa de temperatura de -5 a +65 C para -15 a +50 C Alterad text de: Apenas simulaçã n Orcad : ariaçã de Temperatura e h FE 8: JBM 14/02/2011 Acrescentada a memória de cálcul e alterações na tabela retirand algumas tensões de plarizaçã 8b: JBM 26/08/2011 Pag.3 - Crrigidas as expressões de variaçã percentual (sinal retirad em cb e h FE ) e ; acrescentad espaç para r. Pag. 7 - Alterad cálcul de R1, R2, R3 e R4 Pag. 8, 9 e 11 Acrescentadas infrmações para cálcul da excursã de sinal. Pag. 11- acrescentadas as caixas para variaçã perventual de v.8b_jbm 26/08/