PRÁTICA #1 RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Prática #1 (Resposta em frequência) GRUPO: Data: ) Objetivos: PRÁTCA #1 RESPOSTA EM FREQUÊNCA PARTE 1: Projetar amplificador na configuração EMSSOR COMUM (EC) para atender às características especificadas. Estimar a resposta em frequência de amplificadores. PARTE 2: Comparar o desempenho das configurações EMSSOR COMUM (EC) e CASCODE. ) Especificações Circuito da fig.1, sendo: cc=15, Q1=Q2=BC546B / 547B / 548B, C5=C6=10pF e CEQ2 =1,5. (manual: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/150/128424_ds.pdf) v Av ; v o Módulo do ganho de tensão 90 S ariação percentual da corrente de polarização 15%, considerando: Excursão de sinal na saída 2,5 pico; - dispersão dos valores de h FE, Z 3,5k ; N - variação dos parâmetros ( BE, h FE, CBO ) com a temperatura, na faixa entre -15 e 55 o C. Frequência de corte inferior entre 30 e 80 Hz; - distribuir o percentual da seguinte forma: devido a BE (6%), a h FE (8%) e a CBO (1%). CC CC S RS 1k R1 ZN C1 C4 R3 R4 C5 Q1 C6 Q2 R5 ZOUT C2 BC546B BC546B o RL= 10k RS 1k ZN C4 R1 C1 R3 R4 C5 Q1 C6 Q2 R5 ZOUT C2 BC546B BC546B o RL= 10k R2 R6 C3 S R2 R6 C3 fig 1: Configuração Emissor Comum fig 2: Configuração Cascode ATENÇÂO: As diferenças entre os circuitos das fig.1 e fig.2 estão apenas nas ligações dos capacitores C1, C3 e C4. v.9b_jbm 09/03/2018 1

) Projeto Projetar o amplificador EC da fig. 1 atendendo às especificações e escolhendo valores comerciais para os componentes; Utilize o manual do transistor para verificar valores de h FE, CBO e capacitâncias parasitas (C BC ). Adote um h FE para o projeto. Sugestão: utilizar 2 h h h h h para que a variação FEproj FE max FE min FE max FE min percentual de seja simétrica com a variação de h FE para o máximo e para o mínimo. As colunas projetado, nas tabelas anexas (EC e CASCODE) devem ser preenchidas com os valores obtidos nas verificações de cada configuração, respectivamente, itens 7 e 11 da memória de cálculo. ) Simulações **TODAS AS SMULAÇÕES DEEM CONTER LABELS, NDCANDO OS ALORES QUE SERÃO ANOTADOS NAS COLUNAS SMULADO. **AO COLOCAR OS GRÁFCOS, AS ESCALAS E O NOME DO QUE ESTÁ SENDO e DEEM ESTAR CLAROS. Realizar as simulações na seguinte ordem: 1. Determinação de BF Perfil de simulação: DC Sweep Determinação do parâmetro BF do transistor. No modelo, esse parâmetro controla o h FE. Para encontrar o BF correspondente ao h FE desejado: -No perfil de simulação, selecionar: análise do tipo DC Sweep, opção model parameter, model type (NPN), Model name (transistor usado: p.ex. BC546B), Parameter name (BF). Selecionar ainda o tipo de varredura: linear na faixa desejada (valor inicial / valor final / incremento). - Mandar plotar C(Q2)/B(Q2) e verificar qual valor de BF corresponde ao h FE desejado e usar estes valores de BF para fazer simulação com a variação de h FE.Transiente -Após plotar o gráfico, coloque o BF equivalente ao h FE de projeto como parâmetro para as próximas simulações. 2. Polarização e excursão de sinal Perfil de simulação: Transient Com o valor de BF ajustado, faça uma simulação transiente do circuito em questão. Ao realizá-la, o SPCE fará a simulação de polarização do seu circuito. Uma cópia do esquemático, com as tensões e correntes indicadas, deverá ser apresentada junto dos outros gráficos simulados. Ajuste o sinal de entrada, para que o sinal de saída apresente ambos os semiciclos ceifados. 3. Ganho, resposta em frequência e impedâncias (Rac, Zin, Zout e Ro) Perfil de simulação: AC Sweep Para as simulações de Rac, Zin, Zout e Ro, escolher a opção AC Sweep/Noise. Marque a opção Logarithmic. ndique a frequência inicial e a frequência final desejadas. Em pontos por década coloque 100. No circuito, ajustar o parâmetro AC da fonte de sinal de entrada para 1. v.9b_jbm 09/03/2018 2

Plotar, num único gráfico, o ganho e as frequências de corte do amplificador. Em seguida, fazer o gráfico das impedâncias na seguinte ordem: Rac, Zin, Zout e Ro 4. ariação de temperatura e h FE. Perfil de simulação: Transient Para realizar essas simulações, você deve marcar a opção Temperature e colocar SÓ UMA TEMPERATURA. Após ajustar a temperatura desejada, você deve marcar a opção Parametric Sweep e ajustar o valor de BF desejado. Após isso, você deve plotar o gráfico de opmax e anotar o valor de (Q2) na tabela. ) Medidas Montagens: o Observar que as diferenças entre os circuitos das fig.1 e fig.2 estão apenas nas ligações dos capacitores C1, C3 e C4. o Desenhar as montagens utilizadas para as medidas das impedâncias de entrada e de saída, explicando o procedimento de medida. Para o circuito da fig. 1: o Ajustar a corrente de polarização ( ) permitindo variação máxima de 5% em relação ao valor adotado no projeto. Se necessário, varie somente o valor de R1, podendo fazer associações de resistores comerciais para obter o valor desejado. Observe que R1 pode ser diferente do usado na simulação. O importante é deixar as correntes de polarização aproximadamente iguais, nas três situações: projeto, simulação e montagem. o Fazer as simulações e medidas indicadas na tabela apresentada no final da PARTE 1. Para o circuito da fig. 2. o Fazer as simulações e medidas indicadas na tabela apresentada no final da PARTE 2. ) Escala de valores comerciais de componentes disponíveis no laboratório: Resistores Filme metalizado 5%: (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 Ω Capacitores Eletrolíticos : (1,0 2,2 4,7) x 10 0 a 10 3 μf, exceto 4700 μf Poliester metalizado: (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 2 nf Cerâmicos: (1,0 ---- 1,8 ---- 2,7 ---- ---- 4,7 ---- ---- ---- ---- ) x 10 0 pf (1,0 1,2 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 10,0) x 10 1 pf (---- 1,2 1,8 2,2 ---- 3,3 3,9 4,7 ---- ---- ---- ---- ) x 10 2 pf v.9b_jbm 09/03/2018 3

Aula prática #1 (Resposta em frequência) GRUPO: Data: 1) Especificações: MEMÓRA DE CÁLCULO (PARTE 1: EMSSOR COMUM) Módulo do ganho de tensão: mpedância de entrada: Temperatura de operação: Av vo v S ZN k o o C T C Excursão de sinal na saída: v op pico Frequência de corte inferior Hz f Hz L 2 CEQ CC C5 C6 pf ariação percentual da corrente de polarização: BE h FE CBO 2) nformações adicionais: erifique qual o tipo de transistor de pequenos sinais está disponível no conjunto de componentes recebidos para as aulas práticas. Do manual do transistor selecione as características relacionadas a seguir: Tipo: BC hfe min hfe max o CBO(25 C) Considere ainda: h FE proj hfe min hfe max 2 h h FE min FE max ro k na Tproj T 25 o max BE m 10 C 2,5 o CBOmax 2 1 o CBO T C 25 C BE RE BE RB RE CBO RE CBO R 1 B R E 1h h h FE max FEproj FE h FE v.9b_jbm 09/03/2018 5

3) Determinação de R 5 e : O roteiro deste projeto está baseado no método apresentado na apostila Projeto de amplificador monoestágio e consiste, basicamente, de um sistema de três inequações onde cada uma delas garante o cumprimento de um ou mais itens da especificação. São elas: CC CEQ1min CEQ2 RE min C G () garante a polarização e a excursão do sinal sem saturação vop vf GC vop vf GL () garante a excursão do sinal sem corte K K G G 40 40 C L () garante o ganho de tensão 3.1) nequação () A corrente de polarização ( ) é definida pelo transistor Q 2. A estabilidade de em relação às variações de BE depende de RE (tensão sobre o resistor R 6 ). Para obter RE min, calcule Tmax em relação à temperatura de projeto ( T 25 o C proj ) e use a expressão da variação percentual de devido à BE. T max o C RE min CEQ 1min garante a não saturação do sinal de saída. Para obtê-lo, use a especificação da amplitude do sinal ( v op ). CEQ 1min Use os valores encontrados para estabelecer a inequação () G () garante a polarização e a excursão do sinal de saída sem saturação C v.9b_jbm 09/03/2018 6

3.2) nequação () Use a especificação da amplitude do sinal (. v op ) para estabelecer a inequação () G G () garante a excursão do sinal de saída sem corte C L 3.3) nequação () Use a especificações do ganho ( Av ) e da impedância de entrada ( Z N ) para definir o valor mínimo do ganho K vo vb que atende à especificação. K / Use o valor de K encontrado para estabelecer a inequação () G G C L () garante o ganho de tensão 3.4) nterpretação gráfica e cálculo de R C max Esboce o gráfico das três inequações, indicando a região de solução. 1 G Calcule o ponto de interseção e determine Cmax Cmin R RC max k G L G C v.9b_jbm 09/03/2018 7

3.5) Escolha de e R 5 Escolha um valor comercial para R 5 e calcule as correntes min e max, correspondentes aos limites da região de solução. Escolha o valor de. Repita o procedimento até que o valor escolhido para possa variar 20% sem sair da região de solução. R5 k min ma max ma ma 4) Cálculo de R 6 Escolha um valor comercial para R 6, considerando R6 RE min. R6 k 5) Cálculo das polarizações de base As variações percentuais de devido à CBO e h FE dependem do valor de R B adotado na polarização de base do transistor Q 2. Observe que o valor de R B muito alto pode prejudicar a estabilidade de e o valor muito baixo pode prejudicar a impedância de entrada Z N. 5.1) Cálculo de R B = R 1// R 2 Calcule CBO max considerando Tmax CBO max ma Calcule R B max. Use a expressão da variação percentual de CBO devido à CBO. R B max CBO k v.9b_jbm 09/03/2018 9

Calcule R. Use a expressão da variação percentual de devido à h FE. Bmax h FE Considere h h h FE FE max FE proj RB max h FE k max in RBmax, R B h Bmax FE CBO R m k Calcule r h T fe. Use T 25 m e h h. fe FE proj r k Calcule R B min de modo a garantir a especificação de Z N. RB min k 5.2) Cálculo de R 1 e R 2 Usando as expressões abaixo, calcule R2 e escolha um valor comercial: R R 2 B max 1 BQ2 CC R e BQ2 6 BE R2 k R R Calcule R 1 usando a expressão: 1 2 CC BQ2 1 R1 k Calcule RB e certifique-se de que RBmin RB RBmax RB k v.9b_jbm 09/03/2018 10

5.3) Cálculo de R3 e R 4 Para que as impedâncias de entrada do EC e CASCODE fiquem aproximadamente iguais, considere R4 R2. R4 k R R Calcule R 3 usando a expressão: 3 4 e escolha um valor comercial. CC BQ1 1 R,, onde 1 2 6 2 BQ CEQ BE R3 k 6) Resumo CC R S R1 R2 ZN RS C1 R1 R3 C5 Q1 R5 ZOUT C2 BC546B o RL= 10k R3 1k R4 C6 R4 S C4 Q2 BC546B R5 R6 R2 R6 C3 RL OBS.: Neste projeto, para simulação e montagem, o valor de R 1 deve ser ajustado para que a corrente fique dentro de 5% do valor nominal adotado no projeto. v.9b_jbm 09/03/2018 11

7) erificação (EMSSOR COMUM) Com os valores de todos os resistores já definidos, faça análise do circuito para verificar se todas as especificações na banda média e polarização e foram atendidas: 7.1) Cálculo de Se necessário, altere o valor de R 1 (pode ser valor não comercial) para que a corrente fique igual ao valor nominal adotado no projeto. ma 7.2) Cálculo de CEQ2 CEQ2 7.3) Cálculo de CEQ1 CEQ1 7.4) Cálculo da impedância equivalente de coletor (R ac =R C //R L ) R k ac 7.5) Cálculo da excursão máxima do sinal de saída sem corte nem saturação Excursão máxima sem corte ( v op sem corte) : Excursão máxima sem saturação ( v op sem saturação) : v min( v, v ) op op sem corte op sem saturação vop 7.6) Cálculo da impedância de entrada Z in Z k in v.9b_jbm 09/03/2018 12

7.7) Cálculo do ganho de tensão Av v v o S Av 7.8) Cálculo da impedância de saída do coletor de Q1 R O1 hfe Rb r Utilizar a expressão: RO 1 ro, onde k k1 REeq R o1 k 7.9) Cálculo da impedância de saída Z out Z k out 8) Cálculo dos capacitores responsáveis pela freqüência de corte inferior Calcule todos os capacitores considerando cada um deles como sendo responsável pela frequência de corte inferior e os demais em curto. Escolha um valor comercial para C 3. Multiplique os capacitores C 1 e C 2, em ordem decrescente de valor, respectivamente, por 10 e 50. Multiplique C 4 por 250. C1 F C2 F C 3 F C 4 F v.9b_jbm 09/03/2018 13

9) erificação das frequências de corte Frequência de corte inferior fl Hz Frequência de corte superior fh khz 10) Cálculo da variação percentual de devido às variações de temperatura e h FE BE CBO hfe 10.1) ariação percentual de considerando T max e h FE max Considere: e % ma 10.2) ariação percentual de considerando Tmin e h FE min Considere: e % v.9b_jbm 09/03/2018 14 ma

Configuração emissor comum (EC) Parâmetros do circuito Unid Projetado Simulado Medido OBS T=25 ºC h FEproj = BF proj = Ajustar 5% nom ma Polarização EQ2 CEQ1 CEQ2 mpedância equivalente de coletor (R ac =R C //R L ) k X Excursão máxima de sinal na saída (opmax) Ganho (Av=o/s) / Frequência de corte inferior (f L ) superior (f H ) Hz khz mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zout) k k mpedância de saída do coletor de Q 1 (R o1 ) k X ariação de Temperatura e h FE Unid Projetado Simulado Medido OBS T max = ºC h FEmax = BF max = T min = ºC h FEmin = BF min = opmax X X ma X ariação percentual de % X opmax X X ma X ariação percentual de % X v.9b_jbm 09/03/2018 15

MEMÓRA DE CÁLCULO (PARTE 2: CASCODE) 11) erificação Com os valores de todos os resistores já definidos na PARTE 1, faça análise do circuito para verificar se todas as especificações na banda média e polarização e foram atendidas: 11.1) Cálculo da excursão máxima do sinal de saída sem corte nem saturação Excursão máxima sem corte ( v op sem corte) : Excursão máxima sem saturação ( v op sem saturação) : v min( v, v ) op op sem corte op sem saturação vop 11.2) Cálculo da impedância de entrada Z in Z k in 11.3) Cálculo do ganho de tensão Av v v o S Av v.9b_jbm 09/03/2018 16

11.4) Cálculo da impedância de saída do coletor de Q1 R O1 hfe Rb r Utilizar a expressão: RO 1 ro, onde k k1 REeq R o1 k 11.5) Cálculo da impedância de saída Z out Z k out 12) erificação das frequências de corte Frequência de corte inferior fl Hz Frequência de corte superior Configuração CASCODE fh khz v.9b_jbm 09/03/2018 17

Parâmetros do circuito Unid Projetado Simulado Medido OBS Excursão máxima de sinal na saída (opmax) Ganho (Av=o/s) Frequência de corte inferior (f L ) superior (f H ) mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zout) mpedância de saída vista para dentro do coletor de Q 1 (R o1 ) / Hz khz k k k X Comparação: EC x CASCODE Parâmetros do circuito Excursão máxima de sinal na saída (opmax) Ganho (Av=o/s) Freqüência de corte inferior (f L ) superior (f H ) mpedância de entrada (Zin) mpedância de saída (Zout) mpedância de saída vista para dentro do coletor de Q 1 (R o1 ) Unid Simulado Medido EC CASCODE EC CASCODE / Hz khz k k k X X OBS v.9b_jbm 09/03/2018 18

Comentários / Conclusão 1- Como as variações de temperatura e de h FE influenciam na máxima excursão de sinal? Explique o mecanismo. Sugestão: Considere o efeito da variação da temperatura (aumento e redução). Analise, em cada caso, o que acontece com a corrente de polarização e, consequentemente, com a excursão de sinal. 2- Compare as configurações CASCODE e EC quanto ao ganho, resposta em frequência e impedância de saída do transistor Q 1 (Ro). Comente os resultados obtidos. 3- Desenhe as montagens para a medida das impedâncias de entrada e saída e explique o procedimento. (DET Dispositivo Em Teste) DET DET Montagem para medida de impedância de entrada Montagem para medida de impedância de saída v.9b_jbm 09/03/2018 19

13) Histórico das modificações: ersões anteriores: JBM15/03/2006 JBM 15/08/2006 JBM 19/08/2008 JBM 28/07/2009 7a: JBM 21/04/2010 alterado a especificação de Zin de 4k para 3,5k; corrigida a expressão de h FEproj (sinal trocado por +) 7b: JBM 27/08/2010 Alteradas as especificações de: ganho de 120 para 80/, vop de 2,5 para 2 pico, faixa de frequência de corte inferior de 30 a 60 Hz para 30 a 80 Hz e faixa de temperatura de -5 a +65 o C para -15 a +50 o C Alterado o texto de: Apenas simulação no Orcad : ariação de Temperatura e h FE 8: JBM 14/02/2011 Acrescentada a memória de cálculo e alterações na tabela retirando algumas tensões de polarização 8b: JBM 26/08/2011 Pag.3 - Corrigidas as expressões de variação percentual (sinal retirado em cbo e h FE ) e ; acrescentado espaço para r o. Pag. 7 - Alterado o cálculo de R1, R2, R3 e R4 Pag. 8, 9 e 11 Acrescentadas informações para o cálculo da excursão de sinal. Pag. 11- acrescentadas as caixas para variação perventual de 9b: JBM 09/032018 árias modificações na forma e texto. Divisão da Memoria de cálculo em PARTE 1 e PARTE 2. v.9b_jbm 09/03/2018 20