UNIVERSIDADETECNOLGICAFEDERALDOPARANDEPARTAMENTOSACADMICOSDEELETRNICAEINFORMTICA

ENGENHARIADECOMPUTAO

IURYOLIVEIRAMEZARIWILLIANCARDOSO

AMPLIFICADORESEMCASCATACOLETORCOMUMFONTECOMUM

CURITIBA2015

Sumrio1.Introduo..2

1.1Fundamentaoterica..21.1.1Ganhodetensoefase... 21.1.2Respostaemfrequncia...... 3

1.2Objetivo.... 41.2.1ObjetivosGerais............... 41.2.2ObjetivosGerais............... 4

2.MateriaisUtilizados..... 42.1Materiais.......42.2Componentes...... 4

3.Projeto....63.1PolarizaodoCircuito...... 6

3.1.1PolarizaodoColetorComum... 63.1.2PolarizaodoFonteComum.. 7

3.2ClculodosCapacitores. 83.3Clculodasfrequnciasdecorte... 93.4SimulaodoProjeto... 9

4.Prtica....114.1Ganhoobtido. 11

4.1.1SinalColetorComum. 114.1.2SinalFonteComum.... 114.1.3SistemaColetorComum/FonteComum.. 114.1.4GanhoemfunodaFrequncia.. 12

5.Concluso..145.1Materiais.... 145.2Frequnciadecorte..... 14

6.AvaliaoFinal.. 157.Referncias...16

1

1.Introduo Neste experimento verificaremos a associao de amplificadores em cascata, no caso um amplificador do tipo Coletor Comum(CC) seguido de um amplificador Fonte Comum (FC). Sabemos de antemo que o segundo amplificador possui alto ganho de tensoequeoprimeiropossuiumganhomximoiguala1.

1.1Fundamentaoterica

1.1.1GanhodetensoefaseOngulodefaseemgraus( )podeserobtidoatravsdaequao1:

60 = 3 Tt

Equao1

Em que t a diferena de tempo entre a onda o sinal de sada com relao ao onda do sinal de entrada, e T representa o perodo, o qual obtido atravs da equao 2,sendoomesmorepresentadocomooinversodafrequncia:

T = f1

Equao2

Utilizaremos em nosso relatrio tambm a frmula para o clculo do ganho de tensoAv,oqualdadospelaequao3:

vA = TensodesadaTensodeentrada Equao3

Quanto utilizamos circuitos amplificadores em cascata, podemos obtemos o ganho total do sistema atravs da equao 4. Tambm podemos verificar isto atravs dafigura1.

v ...A = V iV o = V i

V o V 1V 1 V 2

V 2 V 3V 3 V o

V o Equao4

2

Figura1

1.1.2Respostaemfrequncia

Para circuitos amplificador sem realimentao a resposta em frequncia segue o

formatodafigura2.

Figura2

A figura mostra que o ganho de tenso constante na faixa de frequncias entre 10w1 e w2/10 rad/s. Esta faixa conhecida como a de mdias frequncias. As frequncias w1 e w2 so as frequncias de corte inferior e superior do circuito, respectivamente. Nestas frequncias o ganho cai cerca de 0,707 ou 3dB de seu valor nas mdias. Dizse ento que, esses so os pontos de meia potncia do circuito. A faixa de passagem est compreendida entre as duas frequncias de corte do circuito, comoapresentaafigura2.

3

1.2ObjetivoUtilizando a teoria apresentada em sala, devemos calcular os componentes do

amplificador e posteriormente, reproduzir o esquemtico do circuito em um simulador. Feito isso, aplicamos os resultados prtica para comparar os resultados da teoria comosresultadosdaprtica.

1.2.1ObjetivosGerais

Analisar a resposta de um amplificador em cascata, no caso um Coletor Comum (CC)seguidodeumFonteComum(FC).

1.2.2ObjetivosGeraisProjetar um circuito Fonte Comum seguido de um Emissor Comum, de acordo

com os seguintes parmetros estipulados pelo professor da disciplina, como mostrado natabelaabaixo:

TransistorJFET BF245

CorrentedeDrenoId 0.4mA

TransistorBJT BC546

TensocontnuaVcc 18V

GanhodeTensototalAv 15

RD=RL

2.MateriaisUtilizados 2.1MateriaisParaacomprovaoprticadoexperimentoutilizamososseguintesmateriais:

Osciloscpio GeradordeFunes FontedeTenso MultmetroDigital PonteRLC

2.2Componentes

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Resistores Utilizados para projeto : Podem ser vistos atravs da tabela 2. Os resistores RD e RL apresentaram uma diferena considervel pois quando montamos o circuito com os valores tericos no conseguimos chegar prximo ao valor deganhopretendido.

Nome Terico Real

Rg 100K 99K

Rs 13,38K 11,96K

Rd 11,21K (100//47)K

R1 200K (98,7+98,6)K

R2 1M 975K

RE 7,5K (5,5+1,4)K

RL 11,21K (100//47)K

Tabela2

*2ResistoresemSrie.CapacitoresUtilizados:Podemservistosatravsdatabela3.

Nome Terico Real

Ci 959F 856F

Co 709,9nF (395//423)nF

Ca 159,2nF 0,208F

Cs 8,08F 8,93F

Tabela3

DadosutilizadosdoDatasheetcomparadoscomosreais:JFETBF245

(gm)Terico:0,0055BJTBC546

(hie)Terico:4,5K

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(hfe)Terico:290 (hfe)Real:391

3.Projeto

Aqui iremos mostrar como foi calculado os resistores e capacitores necessrios paraoprojeto.

3.1PolarizaodoCircuito

3.1.1PolarizaodoColetorComumPara calcularmos os resistores primeiro estgio, utilizamos os dados fornecidos p/ o

experimento: Vcc = 18V e Ic = 2mA e obtivemos do datasheet (figura 3): Vce = 5V e hfe = 290, valores referentes ao modelo B que foi o utilizado no experimento. Usando a equao5,obtivemosIB=6,896A.

Figura3

IB =IChfe

Equao5

OvalordeIBencontradofoiutilizadonaequao6paraobterovalordeRE=7,5K.,onde .RE = IE

V VCC CE IE = hfe IB

Equao6

6

SabendoquetensosobreR2igualatensosobreREearbitrandoR1=200K,obteveseR2=1Matravsdaequao7.

R2 =V RR2 1

V 1CC ( V R2VCC)

Equao7

No clculo dos capacitores, s precisamos encontrar Ci, pois no lugar do Co do primeiro estgio utilizase o Ca, que o capacitor de acoplamento entre os circuitos Coletor Comum e Fonte Comum, e cujo clculo est contido no item Polarizao do FonteComum. Para obter Ci, precisamos primeiro encontrar a resistncia equivalente Req i = RSS + RB. Como o valor de RSS proporcionalmente muito menor que RB, seu valordesconsideradonoclculo.EparaobterRB,utilizouseaequao8.

RB = IBV V R ICC BE E E Equao8

Com o valor obtido, igual a 166 K, calculouse o valor de Ci atravs da equao 9 e obteveseumvaloriguala959F.

,ondeCi = 10R eqi i fc fc 00Hz i = 2 = 1

Equao9

3.1.2PolarizaodoFonteComumA corrente Id pedida pelo professor no JFET foi de 0,4mA usando um Vcc de

18V.AdotandoRg=100k,encontramosRsatravsdaequao10:

gs s d V = R I Equao10

Utilizando Vgs = 5,35V obtido atravs da figura 3, substitumos na equao 5 e

obtemosRs=13,38K.

Figura4

7

Aps calcular Rs, calculamos Rd, adotando Vds igual a 15V obtido atravs da figura4,eIsigualaId,utilizamosaequao11paraencontrarRd:

Figura5

d I = Rd+Rs

V ccVds Equao11

ComissoobtivemosRd=11,21K.

3.2ClculodosCapacitoresPara calcular os capacitores, primeiramente precisamos achar a resistncia

equivalentesvistasporeles.

Aps o clculo das resistncias equivalentes vistas pelo sistema utilizaremos as equaes abaixo, para o capacitor dominante utilizase a equao 13 e para os demais capacitoresutilizaremosaequao14.

c fc, fc 00Hz = 2 = 1 Equao12

C = 1Reqc

Equao13

8

C = 10Reqc

Equao14

Aps os clculos, obtivemos os seguintes valores tericos para os capacitores a

seremutilizadosemnossoprojeto:

Ci=959F

Ca=159,2FCs=8,08F

Co=709,9F

3.3ClculodasfrequnciasdecortePara obteno das frequncias de corte, utilizamos as equao 15 para calcular

a frequncia de corte inferior e a equao 16 para calcular a frequncia de corte superior.Osvaloresencontradosforam120Hze1kHz,respectivamente.

fL =12 ( 1R Ceqi i)

Equao15

fH = 12 ( 1R Ceqi i)

Equao163.4SimulaodoProjetoPara a simulao utilizamos do software Multisim verso 13.0, utilizamos valores

aproximados aos calculados para os componentes, segue na figura 6 a imagem do projeto:

9

Figura6

Na figura 7 podemos ver o resultado para a simulao da onda de entrada, na

qual obtivemos uma amplitude de 19,8 mV e a onda de sada, na qual obtivemos uma amplitudede2,77mV.

Figura7

Como sabemos para vermos o ganho obtido basta dividir a amplitude da onda de sada pela amplitude da onda de entrada. Para a simulao obtivemos um ganho de aproximadamente14.

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4.Prtica4.1GanhoobtidoPara executar a experincia tivemos algumas dificuldades na obteno do

ganho solicitado o qual de incio seria 15. Para obtermos o mximo de ganho possvel analisamos separadamente cada estgio do amplificador, tentando assim obter a maior excursopossveldosinalemcadaestgio.

4.1.1SinalColetorComumAjustamos primeiramente o ColetorComum at vermos o mximo de ganho que

conseguiramos extrair dele, que na teoria pode ser no mximo 1, porm o que conseguimosobterfoiprximoa0,875.

4.1.2SinalFonteComum

Logo aps ajustarmos o ColetorComum at vermos o mximo de ganho que conseguimos extrair dele, verificamos a mxima excurso de sinal que conseguiramos obter de nosso amplificador FonteComum. Analisando a sada e a entrada desse sistemapudemosobterumganhoprximoa14.

4.1.3SistemaColetorComum/FonteComumAo juntarmos o primeiro e segundo estgio de nosso amplificador

ColetorComum/FonteComum, aplicamos como tenso de entrada o valor de 5mV a uma frequncia de 100Hz, obtivemos as seguintes curvas de entrada e sada exibidas na figura 8, na qual a sada representa a curva de tenso sobre a carga e a entrada representaatensodeentradadosistema.

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Figura8

Utilizando a equao 4 onde obtemos o ganho do sistema atravs da diviso entre os valores da tenso de sada e da tenso de entrada obtivemos um ganho total dosistemaprximoa12. Para comprovarmos a igualdade da equao 4, na qual diz que o ganho do estgio um, vezes o ganho do estgio dois resultada no valor do ganho total. Podemos multiplicar os valores dos ganhos de cada estgio e comparar com o ganho total do sistema:

anhodoSistema 0, 75 4 12, 5 G = 8 1 = 2 Atravs da multiplicao dos ganhos obtivemos um ganho de 12,25 comparando

com o valor obtido na juno do sistema o qual foi 11,83 podemos verificar a veracidadedaequaoterica.

4.1.4GanhoemfunodaFrequncia

Atabela4contmosdadosdarelaodoganhoobtidonosistemaapartirde

umadadafrequncia.Acompanhandooaumentodafrequncia,foipossvelgerarodiagramadeBodenafigura9.

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Frequencia (Hz) Ganho50 9,16666755 9,57142960 9,57142970 9,71428680 1090 10,14286100 11,66667125 11,83333150 12200 12250 12300 12600 12900 121000 125000 11,8333315000 11,8333325000 11,6666735000 11,545000 11,1666750000 10,8333355000 10,8333360000 10,5833365000 10,3333370000 10,1666775000 9,91666780000 9,83333390000 9,333333100000 8,916667110000 8,583333120000 8,333333140000 7,6160000 7200000 6250000 5,333333

Tabela4

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Figura9

5.ConclusoOs transistores apresentaram especificaes muito parecidas com as do

datasheet,tomandocomobaseafaixade25C.5.1MateriaisOs requerimentos pedidos pelo professor ficaram muito prximos dos

praticados,pormforamnecessriasalgumasaproximaes,taiscomo: Materiais tericos que tiveram que ser aproximados, alm das aproximaes j

feitasnacalculadora,paraosvalorescomerciais. Mesmo os valores comerciais tambm no tem o valor exato do que foi vendido,

geralmente os materiais vendidos mais baratos tem uma variao maior, a qual ficaemat10%pramaisouparamenos.

Aproximao na prtica de valores que no coincidiram com o que foi calculado, comoaconteceucomosresistoresRDeRL.

5.2FrequnciadecortePara a base de clculo, utilizamos para a frequncia de corte inferior o valor de

100Hz, que foi fornecido pelo professor. J para a frequncia de corte superior foi calculado utilizando a equao 16 e chegamos ao valor aproximado de 1kHz. Tendo

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isso, podemos constatar atravs da Tabela 4 que os valores na prtica se aproximaram bastantedosvalorescalculadosnateoria

6.AvaliaoFinalComo um todo podemos avaliar este ensaio prtico como muito bem sucedido,

pois mesmo com as dificuldades encontradas pelo grupo, os resultados obtidos ao projetarocircuitoforamobservadosnaprtica.

Pudemos constatar a influncia dos capacitores e resistores calculados nas frequncias de corte. Verificamos que pequenas alteraes na polarizao do circuito podeacarretaremgrandesvariaesnoganhodetensodosistema.

Ao compararmos o diagrama de Bode a teoria vista em sala e nos livros texto, pudemos observar que foi possvel obter toda a curva, mesmo no tendo valores menoresque50Hz,poisabaixodissooosciloscpiosapresentourudosnamedio.

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7.RefernciasPEDRONI,VolneiA.CircuitosEltricos.[S.l.:s.n.],1986.MILLMAN,JacobHALKIAS,ChristosC.EletrnicaDispositivoseCircuitos.[S.l.:s.n.],1981.

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