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atividade pratica da disciplina de eletrônica analógica
Tipologia: Trabalhos
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Resumo. Neste experimento demonstrarei de forma prática o uso de transistores como o amplificador, com a realização dos cálculos necessários para a utilização dos resistores de polarização, bem como, o cálculo de tensões, correntes, e a montagem e medição dos mesmos em protoboard, também será abordado a resposta em frequência. Palavras chave: Transistor, Amplificador, Polarização, Emissor, Coletor, Base. Introdução Amplificador, segundo o Dicionário do Aurélio: 1 Que ou o que amplifica. 2 Aparelho que aumenta a força de uma oscilação elétrica. Ou seja, o amplificador e um circuito utilizado para aumentar a potência de sinal analógico, aumentando a tensão e fornecendo a corrente de saída. Nos primórdios da eletrônica quem realizava essa tarefa eram as válvulas, porém demandavam um alto consumo de energia e ocupavam muito espaço. Eis que surgem então os semicondutores, formados por dois tipos de elementos: um do tipo N (excesso de elétrons), e outro do tipo P (excesso de lacunas) revolucionando a eletrônica. Dentre as inúmeras utilidades dos semicondutores está o transistor, capaz de realizar diversas operações, e uma delas e a de amplificar sinais analógicos, que por consumir menos energia e espaço logo substituiu as válvulas. O amplificador é considerado linear quando não modifica a forma de onda do sinal de entrada e a relação entre sinal de saída e sinal de entrada é determinada por uma constante (ganho). O amplificador pode ter ganho de tensão, ganho de corrente ou ambos. É necessário que praticamente todos os sinais analógicos sejam amplificados antes de serem processados por sistemas tanto analógicos quanto digitais, e a unidade básica de amplificação é o transistor. Segue tabela com os materiais necessários para a realização do experimento, bem como uma imagem com o laboratório montado.
Tab. 1: Materiais necessários. Componentes Quantidade Material Utilizado Kit Número da Caixa Código Uninter 1 Transistor BC337 NPN Boole 9 0205102 2 Capacitores de 10μF Edison 5 0105047 4 Resistores Edison 5 0110025 a 011034 Equipamentos / Ferramentas Quantidade Descrição Kit Número da Caixa Código Uninter 1 Osciloscópio /Analisador Lógico Boole 7 0201071 1 Multímetro Edison 1 0101001 1 Adaptador AC Edison 3 0101003 1 Fonte Ajustável Edison 3 0101004 1 Protoboard Edison 2 0101002 1 Adaptação de Áudio Boole 11 0201124 1 Transformador Boole 10 0201123 Fig. 1: Laboratório montado para a realização do experimento.
Fig. 3: Medição da tensão de coletor emissor VCE. b. Vbe: Para medir a tensão de base emissor coloque o multímetro no modo tensão, escala de 2V. Coloque as pontas como indicado na Figura 4 e preencha a Tabela 2. Fig. 4: Medição da tensão de base emissor Vbe. c. IC: Para medir a corrente de coletor abra o circuito de coletor (desconecte o resistor Rc do coletor do transistor). Coloque o multímetro no modo corrente, escala de 20mA. Coloque as pontas como indicado na Figura 5 e preencha a Tabela 2. Fig. 5 : Medição da corrente de coletor IC. d. IE: Para medir a corrente de emissor abra o circuito de emissor (desconecte o resistor Re do emissor do transistor). Coloque o multímetro no modo corrente, escala de 20mA. Coloque as pontas como indicado na Figura 6 e preencha a Tabela 2.
Fig. 6: Medição da corrente de emissor IE. e. IB: Para medir a corrente da base abra o circuito da base (desconecte a base do transistor). Coloque o multímetro no modo corrente, escala de 200μA. Coloque as pontas como indicado na Figura 7 e preencha a Tabela 2. Fig. 7: Medição da corrente da base IB. Análise e Resultados Utilizando os parâmetros dados para o projeto e os valores dados vamos calcular o restante dos resistores necessários, bem como as tensões e correntes do circuito. Fórmulas: 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 2 𝐼𝑐^ =^ 𝛽𝐼𝑏^ 𝐼𝑒^ =^ 𝐼𝑐^ +^ 𝐼𝑏^ 𝐴𝑣^ =^ 𝑣𝑜 𝑣𝑖 =^ −^ 𝑅𝑐 𝑅𝑒 𝑉^ =^ 𝑅𝑥𝐼 Dado: Re=1KΩ; R2=10KΩ; Vcc=15V; Av=-2; Vbe=0.7. Cálculos: 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 2 =^ 15 2 =^7.^5 𝑉^ 𝐴𝑣^ =^ −^ 𝑅𝑐 𝑅𝑒 →^ −^2 =^ −^ 𝑅𝑐 1 𝑥 103 →^ 𝑅𝑐^ =^2 𝐾Ω Para 𝐼𝑒 ≅ 𝐼𝑐 𝑉𝑐𝑐 = 𝐼𝑐. 𝑅𝑐 + 𝑉𝑐𝑒 + 𝐼𝑒. 𝑅𝑒 → 𝐼𝑒 = 2. 5 𝑚𝐴
Tab. 2: Ponto de operação do transistor. Calculado Medido 𝑽𝑪𝑬[𝑽] 7.5 7. 𝑽𝑩𝑬[𝑽] 0.7^ 0. 𝑰𝑪[𝒎𝑨] 2. 42 2. 𝑰𝑬[𝒎𝑨] 2.5^ 2. 𝑰𝑩[μ𝑨] 9.66^ 6. Podemos notar que existe algumas variações entre os valores calculados e os medidos, isso se dá devido as tolerâncias dos componentes, durante o processo de fabricação é muito difícil que se consiga um valor exato para um componente. Também ocorrem alterações devido a pequenas variações da tensão da rede de distribuição. Procedimento Experimental Experimento 2: O transistor como amplificador Utilizando os materiais disponíveis nos Kits de engenharia Edson e Boole, após ter realizado a polarização do transistor, vamos demonstrar o funcionamento do amplificador transistorizado, analisando os sinais de entrada e de saída. O circuito a ser montado é o da figura abaixo. Fig. 10: Circuito a ser montado.
Fig. 11: Circuito montado.
Procedimento Experimental Experimento 3: Resposta em Frequência O teste de resposta em frequência é de fundamental importância para todos os sistemas que trabalham qualquer tipo de sinal. Neste teste será possível constatar a faixa de frequências na qual o circuito responde corretamente. Desta forma é possível saber que tipo de sinal o amplificador vai poder amplificar (áudio, vídeo, sinais biológicos, temperatura, pressão, etc.). Este teste serve para verificar o desempenho de circuitos, equipamentos, sistemas e componentes eletrônicos e elétricos em relação a sinais compostos por harmônicos de várias frequências. Abaixo e acima de determinadas frequências chamadas frequências de corte a potência do sinal de saída cai abaixo da metade da potência que o mesmo tem entre as duas frequências (banda passante). Todo sinal cuja frequência seja inferior à frequência de corte inferior fL (L de Low) será rejeitado, e todo cuja frequência seja superior à frequência de corte superior fH (H de High) será rejeitado também. No teste de resposta em frequência, as frequências de corte são aquelas para as quais o ganho (neste caso ganho de tensão) é igual a 70% do ganho na banda passante, ou tem 3dB a menos se estivermos considerando a escala decibel para o ganho, como apresentado na Figura 13. Fig. 13: Resposta em frequência de um amplificador.
Referências [1] BOLTON, W. Análise de circuitos elétricos. São Paulo: Makron Books, 1995. IRWIN, J. D. Análise de circuitos em engenharia. São Paulo: Makron Books, 2000. [2] https://dicionariodoaurelio.com ; Acessado dia 28 de março de 2018. [3] BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004.