ELET-3 LAB EXP-1 AMPLIF TBJ CASCATA 2013-1

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GELE-7172 - ELETRÔNICA III 
LABORATÓRIO 2013-1 
 
 
 
 
 
 
 
 
Titulo Experiência: Projeto Amplificador a Transistor Bipolar em Montagem 
Emissor-Comum (2 estágios) 
 
 
 
 
 
Data Realização: / / 13 
Data Entrega: / / 13 
Entrega será 2 semanas após Realização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professor: Luciano Mendes Camillo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Turma 
Nomes No. 
 
 
 
 
 
 
GELE-7172 - ELETRÔNICA III 
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1 Objetivo 
 
i) Utilização do conceito de Reta de Carga para definição do ponto quiescente Q em um amplificador a 
transistor bipolar. 
ii) Projeto de um estágio amplificador em montagem Emissor-Comum, com melhor estabilidade do ponto 
quiescente através da polarização de emissor. 
iii) Calculo do ganho total de um amplificador em modo EC com 2 estágios. 
 
2. Introdução Teórica 
 
Amplificador em Montagem Emissor Comum (EC) 
 
Considere o amplificador em montagem Emissor-Comum com polarização de emissor indicado na Figura 
1a (saída em aberto) e Figura 1b (cm carga RL). A presença do resistor RE melhora a estabilidade o 
ponto quiescente (ou ponto de repouso) face às variações de temperatura e dos parâmetros do transistor, 
como, por exemplo, β e ICBO . 
 
Em circuitos de polarização simples, tais variações afetam a corrente de coletor, e diretamente, o ponto 
quiescente estabelecido por projeto. A polarização de emissor, através de realimentação negativa na 
tensão base-emissor VBE, minimiza os efeitos das variações na corrente de coletor. Se, por exemplo, há 
um acréscimo de IC, a queda em RE aumenta, diminuindo VBE, uma vez que VB permanece praticamente 
constante, imposto por VDD, RB1 e RB2. A corrente de base IB então diminui, ocorrendo o mesmo com IC, 
estabilizando o ponto quiescente, em primeira aproximação. Realimentação negativa é um dos conceitos 
mais importantes e utilizados em eletrônica e será formalmente estudada no curso de teoria. 
 
O ganho de tensão para pequenos sinais do amplificador em montagem Emissor Comum com 
polarização de emissor; é dado, aproximadamente, por 
 
 
 
onde β corresponde ao ganho de corrente do transistor para pequenos sinais em baixas freqüências, Rpar 
corresponde à associação paralela entre RL, RC e a resistência AC (ou dinâmica) entre coletor e emissor 
do transistor (rce), finita devido ao efeito Early ou efeito de modulação da base. O sinal negativo 
evidencia uma inversão de fase (180º) do sinal de saída em relação à entrada. 
 
Amplificador em montagem Emissor-Comum com saída em aberto (Figura 1a) e com carga (Figura 1b). 
 
 
 
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Admitindo β >> 1 e RL, RC << rce , Rpar  RL // RC e eqn. (1) pode ser rescrita AV  - (Rpar / RE ) (2) 
 
ou seja, o ganho para pequenos sinais do estágio é definido através de uma razão de resistores, sujeita 
apenas às variações relativas dos mesmos devido à tolerância e temperatura, e independente dos 
parâmetros do transistor. Deve-se notar que o ganho é inversamente proporcional a RE, evidenciando a 
redução do ganho devido à realimentação negativa. 
 
Acoplamento AC 
 
Os capacitores de acoplamento CB1 e CB2 tem como função bloquear (ou eliminar) a componente DC do 
sinal, permitindo apenas a passagem da componente alternada. Deste modo, o nível DC do sinal vs não 
interfere na polarização do estágio seguinte, sendo esta prática utilizada em amplificação multi-
estágios, como ilustrado na Figura 2, no caso de um amplificador de áudio. 
 
Figura 2. Amplificador Multi-Estágio 
 
O capacitor de acoplamento deve, portanto, ser calculado de modo que o módulo de sua reatância (|XC| 
= 1/(ωC)) seja desprezível face à impedância de entrada do estágio seguinte, na faixa de freqüência do 
sinal a ser amplificado. Desse modo, a queda do sinal sobre o capacitor torna-se também desprezível. No 
caso do amplificador Emissor Comum, impõe-se XC1 << Rin, onde Rin é a impedância de entrada do 
amplificador, como representado na Figura 3. 
 
 
Figura 3. Conceito de impedância de entrada AC 
 
No caso, vin - a tensão AC ou de pequenos sinais - à entrada do amplificador é obtida através de um 
divisor de tensão, 
 
vin = vs Rin/(Rin + XCB1) (3) 
 
ou seja, para que vs  vin, deve-se ter XCB1 << Rin . 
 
 
 
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Polarização de Emissor 
 
Para se calcular o valor de IB imposto pela polarização de base, determina-se o circuito equivalente 
Thévenin à esquerda do terminal de base (B) no amplificador da Figura 1, obtendo-se o circuito indicado 
na Figura 4, onde 
 
RTh = RB1 // RB2 (4) 
 
e 
 
VTh = VCC RB2 / ( RB1 + RB2 ) (5) 
 
 
 
Figura 4. Thévenin equivalente da polarização de base 
 
Adotando IE = ( β+1) IB, a corrente de base é, portanto, dada por 
 
IB = (VTh - VBE ) / [ RTh + ( β+1) RE ] (6) 
 
 
Estabilidade contra variações do parâmetro β 
 
Instabilidade do ponto quiescente relacionada com variações no parâmetro β devido à dispersão na 
fabricação, ou mesmo temperatura, pode ser minimizada através da polarização de emissor. Supondo IC1 
e IC2 os valores quiescentes da corrente de coletor devido a diferentes valores de β1 e β2, 
respectivamente, tem-se 
 
(IC2 / IC1 ) = (β2 / β1 ) [ (RTh + (β1 + 1) RE ) / (RTh + (β2 + 1) RE )] (7) 
 
ou seja, conhecendo-se a dispersão β2 / β1 , um limite para a variação IC2 / IC1 pode ser imposto através de 
uma relação entre o paralelo dos resistores de base RTh e RE. 
 
 
 
 
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Amplificador com dois Transistores montados em Emissor Comum em cascata 
 
 
Amplificador em cascata 
 
· Para calculo dos parâmetros desta configuração a melhor abordagem é separar em duas configurações 
emissor comum, onde a impedância de entrada do segundo estágio é igual a impedância de carga do 
primeiro. 
· O conhecimento de configurações mais básicas devem ser amplamente explorados a fim de 
rapidamente fazer a análise, assim como é importante as aproximações, pois isto simplifica bastante a 
análise do circuito. Note que o importante para o projetista de circuito é ententer de forma qualitativa 
como um certo elemento de circuito influencia em seu comportamento. 
· Uma vez feita a análise mais aproximada possível, esta pode ser refeita com alto grau de precisão 
utilizando-se de simuladores elétrico. 
 
1) Análise DC 
 
A análise dc para os dois estágios é idêntica (propositalmente). Observando que: 
 
Se R1 //R2 << (+1)RE1 
 
então a tensão na base dos transistores, 
 
VB1 = VB2 será dada por: 
 
VB1 = VB2  R2 /(R2+R1)VCC 
 
e 
 
VE1 = VE2 = VB1 –VBE IE1 = IE2  IC1 = IC2 = VE1 /RE1 
 
Logo 
re1 = re2 = VT /IC = 26mV/ IC 
 
 
 
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2) Análise AC 
 
a) A impedância de entrada do amplificador é: 
 
Zi = Zi1 = R1//R2//(+1)re1 
 
b) A impedância de saída do amplificador é: 
 
Z0 = Z02 = RC 
 
c) O ganho de tensão do amplificador será igual ao ganho de tensão do primeiro estágio 
multiplicado pelo ganho de tensão do segundo estágio. 
 
Observando que a impedância de carga do primeiro estágio (RL1) é igual a impedância 
de entrada do segundo estágio então, 
 
RL1 = Zi2 = Zi1 = R3//R4//(+1)re2 
 
Assim o ganho de tensão do primeiro estágio é dado por 
 
Av1 = - RL1 //RC1/re1 
 
O ganho do segundo estágio é imediato 
 
Av2 = - RL2 //RC2/re2 
 
Logo o ganho total é AvG = Av1. Av2 
 
 
3. Materiais Utilizados (Apresente valores de todos componentes 
dimensionados no item 4) 
 
4. Projeto (Apresente todos os cálculos realizados) 
 
4.1. Para RC = X1 KΩ, calcule o valor de RE de modo a obter Av = - X2 com saída em aberto. Defina a 
equação de Reta de Carga para o amplificador Emissor-Comum da Figura 1a. Utilizando a 
característica da Figura 5 e VCC = 10 V, estabelecer um ponto quiescente [ICQ, IBQ, VCEQ]. 
 
O ganho de tensão do estágio é dado por 
Av = - RL //RC/re (com carga) 
 
Em malha aberta RL = 0 Av = - RC / re 
 
 
VB = R2 /(R2+R1)VCC 
e 
VE = VB1 –VBE IE  IC = VE /RE 
 
 
 
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Figura 5. Característica IC x VCE típica do BC547B 
 
4.2. Calcule os valores de RB1, RB2 de modo a obter uma dispersão máxima de +/- X3 % em ICQ, 
considerando uma dispersão em β de +/- X4 % em relação ao seu valor típico obtido no ponto quiescente 
adotado. 
 
(IC2 / IC1 ) = (β2 / β1 ) [ (RTh + (β1 + 1) RE ) / (RTh + (β2 + 1) RE )] 
 
β através da figura 5 
 
 
4.3. Calcule o ganho total de um amplificador de 2 estágios, utilizando dois circuitos iguais ao projetado 
nos itens 4.1 e 4.2, com carga do segundo estágio de RL = X5 KΩ. 
 
GRUPO X1 K - X2 X3 +/-% X4 +/-% X5 K 
1 1 100 7,5 50 1 
2 1,2 120 8 55 1,5 
3 1,4 140 8,5 60 2 
4 1,6 160 9 50 2 
5 1 100 9,5 55 1,5 
6 1,2 120 10 60 1 
7 1,4 140 10,5 50 1 
8 1,6 160 11 55 1,5 
9 1,2 140 11,5 60 2 
10 1 120 11 55 1 
11 1,2 100 10 50 1,5 
12 1,4 140 9 60 2 
13 1,6 160 8 55 2 
14 1 120 7 50 1,5 
15 1,3 130 10 55 2