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1 AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS E.L.Jorge Centro Universitário Uninter Pap –. Sagrada Familia, 1700, Bairro Aurora – CEP: 78.740-032 – Rondonópolis – Mato Grosso - Brasil e-mail: evandroljorge@gmail.com RA - 1506548 Resumo Projetar e testar uma etapa de um amplificador transistorizado e verificar a resposta em frequência do sistema Palavras chave: Transistor, amplificador, ganho de tensão 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. Procedimento Experimental 1 - Calibrar as pontas do osciloscópio como indicado no documento anexo Calibração pontas.pdf. Imagem 1 Imagem 2 EXPERIÊNCIA 1: Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas: Considerando a alimentação Vcc = 15V, projetar a etapa de entrada para ter um ganho AV = - 6. Adotar os resistores necessários e calcular os outros em função deles. Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 30kΩ, adotar 27kΩ ou 33kΩ (não tem problema em adotar um ou o outro). Calcular o restante dos resistores usando estes valores comerciais. Preencher a Tabela 1 com os valores de corrente e tensão calculados. Sugestão adotar Re = 1KΩ, e R2 = 10KΩ. 2 Circuito de polarização: Métodos e montagem na Protoboard A configuração de ligações de um Protoboard é mostrada na Figura 2. O Protoboard é organizado em linhas numeradas e colunas identificadas por letras. Nas bordas do Protoboard estão as colunas com conexões de distribuição de alimentação, sendo a tensão positiva (VCC) identificada pela cor vermelha e pelo símbolo +, e a referência do circuito (GND) identificada pela cor azul e pelo símbolo -, conforme a figura abaixo. 1. Separe os seguintes materiais: Materiais Utilizados (componentes e equipamentos) 01 Transdutor BC337 NPN 02 Capacitor Eletrolítico 10µF 01 Resistor R1 ? 01 Resistor R2 10k 01 Resistor RC ? 01 Resistor RE 1k 01 Osciloscópio Hantek 01 Multímetro VC9805 01 Fonte ajustada 01 Transformador 01 Adaptador AC de áudio 01 Protoboad 01 kit de fios, etc Polarização: 2. Ajuste a fonte de alimentação variável (Fonte Ajustável) para 15V para alimentar o circuito. Monte o circuito da Figura 1 com os resistores calculados. Calculando circuito pelo método de polarização por Divisor de Tensão: R2 -> 9,92 KΩ RE -> 0,975 KΩ R1 -> 68 KΩ RC -> 6,8 KΩ Tensão de alimentação do circuito = +15V VC => 40% do valor da tensão fornecida = +6V VCE => 50% do valor da tensão fornecida = +7,5V VE => 10% do valor da tensão fornecida = +1,5V IE = Ve / Re; Ie = 1,5 / 975 = 0,0015 ou 1,53mA Rc => Av = - RC / RE; - 6 = - RC / 0,975; - RC = 5,85 (6,8K) Calculando os valores das resistências: Primeiro calcular os valores de V1 e V2 V2 = Ve + Vbe; V2 = 1,5 + 0,7; V2 = 2,2V V1 = Vcc – V2; V1 = 15 - 2,2; V1 = 12,8V R1 = V1 / V2 * R2; R1 = 12,8 / 2,2 * 10000 = 58181Ω ou 58KΩ (68KΩ) 3. 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. 3 Imagem 3 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. Imagem 4 c. IC: Para medir a corrente de coletor abra o circuito de coletor (desconecte o resistor Rc do coletor do transistor). Coloque o multímetro EaD- Lab2EA 6 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica no modo corrente, escala de 20mA. Coloque as pontas como indicado na Figura 4 e preencha a Tabela 1. Imagem 5 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 5 e preencha a Tabela 1. 4 Imagem 6 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 6 e preencha a Tabela 1. Imagem 7 Tabela 1: Ponto de operação do transistor. Medido (multisim) Medido (Multimetro) 𝑽𝑪𝑬[𝑽] 6,83 5,03 𝑽𝑩𝑬[𝑽] 0,75 0,608 𝑰𝑪 [𝒎𝑨] 1,04 mA 1,32 mA 𝑰𝑬 [𝒎𝑨] 1,057 mA 1,31 mA 𝑰𝑩[µ𝑨] 10,46 µA 135 µA f. Compare os valores medidos com os calculados. Eles podem ser diferentes, explique porque. Imagem 8 5 EXPERIÊNCIA 2: O transistor como amplificador 1. Coloque os capacitores de bloqueio de continua (filtros) C1 e C2 na entrada e na saída do amplificador. O capacitor C1 é necessário para que o sinal de contínua de polarização da etapa anterior não tire o amplificador do seu ponto de operação. O capacitor C2 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). 2. 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). 3. 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. 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. Mostre num gráfico os sinais de entrada e saída. De preferência coloque um print da tela do osciloscópio. Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 8. Imagem 9 Imagem 10 c. Varie o formato, amplitude, forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída. A resposta do sistema é linear? Porque? Pesquise. Imagem 11 Sim, portanto a linearidade é uma características muito importante em qualquer componente eletrônico, sendo considerado linear quando não modifica a forma do sinal a ser amplificado, sinal de entrada esta relacionado com sinal de saída por uma costante (A=ganho). 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. Imagem 12 e. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 𝑣𝑖 e preencha a Tabela 2. Imagem 13 - 6,8 3,01 Avcalculado = -RC/RE= -6,8/1 = -6,8 Avmedido = V0/Vi = 3,01/1 = 3,01 f. Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado. Pode ser ligeiramente diferente, explique porque. 6 Ganho medido = 3,01 Ganho Calculado = -6,8 Em módulo diferença encontrada (6,8-3,01= 3,79) Em porcentagem 3,79/6,8 = 0,55% No caso do ganho de tensão calculado, seu resultado é negativo, pois a variação positiva na tensão de entrada causa uma variação negativa na tensão de saída. Imagem 14 Imagem 15 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 9. 1. 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. Imagem 16 7 Imagem 17 Imagem 18 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. Imagem 19 b. De 1 a 10Hz: tirar várias medições (nesta faixa está a frequência de corte inferior). c. Entre 50Hz e 20kHz tirar algumas medições. 2. Identifique a frequência de corte inferior considerando que nessa frequência o valor da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima. Imagem 20 Imagem 21 3. 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. 8 Analise e Resultados: Na prática podemos constatar sobre os transistores, projetando, testando, verificando o funcionamento da polarização bem como as medidas das grandezas elétricas, utilizando multímetros. Também foi possível validar as informações através do software Multisim, comparando e verificando se os valores eram compatíveis. Foi possível observar o funcionamento dos circuitos de meia onda e onda completa, onde que quando o diodo for polarizado diretamente ele conduz energia e polarizado de forma reversa ele não conduz; Na prática também analisamos o comportamento dos circuitos amplificadores. Conclusão: Foi possível compreender o conceito de analise de retas de carga, curva de transferência, processo de retificação, fornecendo um saída com nível de tensão CC através de uma entrada CA (senoidal). Foi possível projetar e analisar as resposta em frequencia do circuito amplificadores transistorizados. Concluindo de forma geral, em relação a funcionamentos dos circuitos, atendeu satisfatoriamente minhas expectativas, a prática de montagem fez com que adquirisse maior conhecimento, fazendo com que na carreira acadêmica utilizaremos no cotidiano esse aprendizado. Referências: Roterio de experimento: http://univirtus-277877701.sa-east- 1.elb.amazonaws.com/ava/web/roa/ Vídeo orientativo: http://vod.grupouninter.com.br/2017/FEV/2017001 98.mp4 Todo conteúdo de aula teórica e prática http://univirtus-277877701.sa-east- 1.elb.amazonaws.com/ava/web/#/ava/roteiro-de- estudo/10201 Kit MY LAB Uninter – THOMAS EDSON Kit MY LAB Uninter – GEORGE BOOLE
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