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ATIVIDADE PRÁTICA DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 2
Samuel Moreira Coutinho RU: 1372520 [email protected] PAP: Araras-SP Rua Tiradentes, 661 – centro – Araras Atividade Prática no^ 2: Amplificadores transistorizados
- OBJETIVO Projetar e testar uma etapa de um amplificador transistorizado e verificar a resposta em frequência do sistema. 2. MATERIAL UTILIZADO Componentes Quantidade Material Utilizado Kit Número da Caixa Código Uninter 1 Transistor BC 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 Resumo: Entender os circuitos com transistores, polarização CC e amplificar de sinais alternados Palavras chaves: amplificador, resistor, transistor
3. INTRODUÇÃO
O amplificador é um circuito utilizado para aumentar a potência de sinais analógicos aumentando a tensão e fornecendo corrente na saída do mesmo. O amplificador transistorizado, como o próprio nome diz, é um sistema que usa transistores junto com outros dispositivos não ativos para amplificar o sinal de entrada. Chama-se transistorizado porque usa dispositivos discretos (transistores), mas na realidade todos os amplificadores mesmo integrados (amplificadores operacionais) são compostos internamente por muitos transistores que configuram os circuitos internos de amplificação. 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.
- PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1: Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas: Beta: 300, Vbe = 0,7 , Vce = Vcc/2, Vce = 15/2 – Vce = 7,5V Re = 1K , R2 = 10K Av = -2, Av = Rc/Re, Rc = 1k2 Rc = 2k( utilizado 2K2) Vce = Vcc – Ic(Rc+Re), 7.5 = 15 – Ic(3200), Ic = 7,5/ Ic = 2,34mA, Ic = (beta)Ib, Ib = 2,34m/300, Ib = 7,81uA Ve = IcRe, Ve = 2,34V, Vb = Vbe + Ve, Vb = 0.7 + 2.34, Vb = 3,04V
- Ajuste a fonte de alimentação variável (Fonte Ajustável) para 15V para alimentar o circuito. Monte o circuito da Figura 1 com os resistores calculados.
- Verifique com o multímetro os seguintes parâmetros: a. VCE: Para medir a tensão de coletor emissor coloque o multímetro no modo tensão, escala de 20V. Coloque as pontas como indicado na Figura 2 e preencha a Tabela 1. Figura 4: 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 3 e preencha a Tabela 1.
Figura 5: 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 4 e preencha a Tabela 1.
Figura 8: Medição da corrente da base IB. Tabela 1: Ponto de operação do transistor. Calculado Medido 𝑽𝑪𝑬[𝑽] 7,50 8, 𝑽𝑩𝑬[𝑽] 0,70 0, 𝑰𝑪[𝒎𝑨] 2,34 2, 𝑰𝑬[𝒎𝑨] 7,81 2, 𝑰𝑩[μ𝑨] 3,04 3, f. Compare os valores medidos com os calculados. Eles podem ser diferentes, explique porque. EXPERIÊNCIA 2: O transistor como amplificador
- Coloque os capacitores de bloqueio de continua (filtros) C 1 e C 2 na entrada e na saída do amplificador. O capacitor C 1 é necessário para que o sinal de contínua de polarização da etapa anterior não tire o amplificador do seu ponto de operação. O capacitor C 2 na saída serve para que o sinal de contínua de polarização desta etapa não apareça na etapa posterior. Os dois capacitores
bloqueiam a tensão contínua, mas deixam passar o sinal a ser amplificado (Figura 7).
- Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência aproximada de 1kHz (aproximada).
- Coloque este sinal na entrada do amplificador transistorizado como mostra a Figura 7 e verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal de saída. Figura 9: Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador. Figura 10 – Forma de onda gerador de função 1V 1kHz
d. Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico. O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande? Porque? Pesquise. e. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 = 𝑣𝑣𝑜𝑖 e preencha a Tabela 2. f. Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado. Pode ser ligeiramente diferente, explique porque. Tabela 2: Ganho de tensão de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A. AVcalculado 𝑹𝒄 −𝑹𝒆 AVmedido 𝒗𝒐 𝒗𝒊 -2 - Como pode ser observado a defasagem de 180° indicando o ganho de 2 vezes o sinal de entrada no circuito polarizado. EXPERIÊNCIA 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 11. Figura 11: Resposta em frequência de um amplificador.
- Ajuste o gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado). Para o teste a frequência do sinal deverá variar entre 1Hz e 20kHz. Para cada valor de frequência a Tabela 3 deverá ser preenchida. Não será possível verificar a frequência de corte superior devido a limitações do gerador. Figura 12: Montagem do circuito para medição da resposta em frequência. a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul. Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito. b. De 1 a 10Hz: tirar várias medições (nesta faixa está a frequência de corte inferior). c. Entre 50Hz e 20kHz tirar algumas medições.
- Identifique a frequência de corte inferior considerando que nessa frequência o valor da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima.
- Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplificador. Identifique a banda passante do amplificador (ganho máximo). O eixo da frequência deverá estar em escala logarítmica.
