Trabalho 2 - Sem Nome

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
CIRCUITOS ELETRÔNICOS E ANALÓGICOS 
 
TRABALHO II – PROJETO DE UM AMPLIFICADOR 
MULTIESTÁGIOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professor: Paulo Seixas 
1. Introdução 
Amplificadores com transistores, na prática, consistem em um determinado número de 
estágios conectados em cascata. Cada um dos estágios tem um objetivo específico, sendo que 
no final o amplificador deve apresentar uma alta taxa de rejeição de modo comum, uma alta 
resistência na entrada para evitar perdas de nível no sinal quando o amplificador for acionado 
pro uma fonte de sinal de alta resistência, dar um ganho específico para o sinal de entrada, 
converter o sinal para o modo de saída simples (quando necessário), deslocar o nível cc para 
que o sinal oscile entre positivo e negativo e, finalmente, apresentar uma baixa resistência de 
saída para evitar perdas no ganho quando uma resistência de carga de baixo valor for 
conectada ao amplificador. 
2. Objetivo 
O objetivo deste trabalho é o projeto e análise de um amplificador multiestágios com 
tecnologia bipolar, seguindo o exemplo 7.4 do livro texto. Serão utilizados dois transistores 
bipolares disponíveis nas bibliotecas de componentes do LTspice IV: BC547B e BC557B. 
 
 Figura 1 – Circuito do exemplo 7.4 do livro texto 
 
O circuito a ser projetado é o mesmo do Exemplo 7.4 (visto na Figura 1), do livro 
texto, com algumas alterações: 
 
a) O transistor do estágio de saída deve ser polarizado com uma fonte de corrente. 
b) O estágio de entrada deve utilizar uma fonte de Widlar. 
c) O braço de referência do espelho de corrente deve ser polarizado por uma fonte de 
corrente independente da tensão de alimentação. 
 
As especificações são as seguintes: 
 Excursão do sinal de saída de até +/- 10V; 
 A corrente máxima de saída é de +/- 8mA. 
 A máxima tensão de modo comum na entrada deve ser de +/- 15V. 
 
3. Projeto 
3.1 Defina, usando sua experiência como projetista, a tensão de alimentação do circuito (Use 
tensões simétricas). Deseja-se utilizar a mínima tensão para as fontes de alimentação para 
atender as especificações de projeto. 
 
Para que seja possível calcular a tensão mínima para as fontes de alimentação, considerando 
que a tensão máxima seja de 10V, é preciso considerar que os transistores bipolares devem 
funcionar no modo ativo. É necessária uma tensão VCE de 0,5V para que isso ocorra. Além 
disso, a queda de tensão VBE é estimada em 0,7V. A tensão mínima deverá ser, então, 
10V+0,5V+0,7V = 11,2V . No entanto, vamos considerar também algumas imperfeições no 
circuito – que não será ideal – e considerar uma margem de erro. Além disso, como o circuito 
deve aguentar uma tensão de modo comum de 15V, a alimentação precisa ser maior do que 
este valor para que quando a tensão de modo comum máxima seja aplicada, o ganho não 
diminua significativamente. Portanto escolheremos a tensão de alimentação como ±18V. 
 
3.2 Os transistores Q1 e Q2 devem ser polarizados com 100 μA, Q4 e Q5 com 1 mA e 
Q7 com 2mA. Qual deve ser a corrente de polarização do estágio de saída? Suponha β 
infinito. Projete as fontes de corrente. 
 
A fonte de corrente inicial com Q9 e Q3 utilizou como referência uma corrente de 
2mA. No coletor de Q3 é necessário uma corrente de 200µA para que Q1 e Q2 sejam 
polarizados com 100µA cada um. A resistência de emissor da fonte de Widlar foi 
calculada 287Ω e ajustada manualmente para 335Ω. Já no coletor de Q6 é necessária 
uma corrente de 2mA para polarizar Q4 e Q5 com 1mA. Assim, uma resistência 
pequena de Widlar foi utilizada. 
 
Na saída, a corrente máxima deverá ser de 8mA, sendo que ainda vai haver mais 2mA. 
Portanto, a fonte corrente de saída deve ser polarizada com 10mA. Foi escolhido um 
valor de 10.5mA para polarizá-la, que é um pouco mais que 10mA por causa de 
possíveis imperfeições no circuito. Assim, a fonte Widlar de corrente utilizada para 
polarizar o transistor Q8 com uma corrente de 10,5mA foi a mostrada acima, com os 
transistores Q10 e Q11. Ela utiliza um resistor de 1,648kΩ para definir a corrente e 
uma resistência de Widlar de 0.6 Ω no emissor de Q11. 
3.3 Desenhe as formas de onda na saída (emissor Q8) e na base de Q8 com máxima 
amplitude de saída. Esboce a tensão na base de Q7 em função disto, defina o valor 
mínimo do ganho do estágio emissor comum. Defina os valores de R2 e R3. 
 
V no emissor de Q8 
V na base de Q8 
V na base de Q7 
 R2 = 30kΩ 
 R3 = 2.2kΩ 
 Ganho = -11,61 V/V 
 
3.4 Faça a análise do circuito amplificador, determinando: 
 
a) Resistência de entrada 
 
De acordo com o datasheet, para IC = 100μA o valor de β é 250. Logo: 
re1 = re2 = 
 
 
 
 
 
 
r (β+1) * re1 = 62,75 k 
Rid = 2* r 
 
b) Ganho de cada estágio e ganho total 
 Estágio 1 
 
De acordo com o datasheet, para IC = 1mA o valor de β é 250. Logo: 
re4 = re5 = 
 
 
 
rπ4 = rπ5 = (β+1) * re4 = 6,275 kΩ 
Ri2 = = 12,55 kΩ 
A1 = 
 
 
 = 
 
 
 = 20,76 V/V 
 
 Estágio 2 
 
De acordo com o datasheet, para IC = 2mA o valor de β é 250. Logo: 
re7 = 
 
 
 
R4 = 0,78 kΩ 
Ri3 = (β+1)*(R4 + re7) = 201*(780 + 12,5) = 159,3 kΩ 
A2 = - 
 
 
 = 
 
 
 = - 43,40 V/V 
 
 Estágio 3 
 
Considerando Ri4 = ∞ e sabendo que R5 =9,315kΩ , temos que 
A3 = - 
 
 
 = 
 
 
 = - 11, 75 V/V 
 
 Estágio 4 
 
Considerando Ri4 = ∞ e sabendo que R5 = 9,315kΩ, temos que 
A4 = 1 
 
 Ganho total 
A = A1 * A2 * A3 * A4 = 10.590 V/V 
 
 
c) Resistência de saída 
 
re8 = 
 
 
 
β = 250 
Rfontedewidlar3 = Rwidlar3 + re11 = 0,6 + 0 = 0,6 
R5 = 7,32 k 
Ro = Rfontedewidlar3 || (re8 + ) = 0,59 
 
d) Resistência de saída das fontes de corrente Widlar 
 
re3 = 
 
 
 
 
 
 
re6 = 
 
 
 
 
 
 
Rfontedewidlar1 = Rwidlar1 + re3 = 335 + 2865 = 3,200 k 
Rfontedewidlar2 = Rwidlar2 + re6 = 4,7 + 7130 = 7,135 k 
 
 
Simule o circuito e com as entradas aterradas, faça um ajuste fino nas fontes de 
corrente para obter a polarização máxima desejada nos amplificadores. Aplique um 
sinal de entrada que garanta a máxima excursão do sinal de saída. 
 
 Circuito utilizado: 
 
 
 
 
3.5 Trace as formas de onda da tensão Vo, na base de Q8, na base de Q7 e na base de 
Q5. Meça o ganho e resistência de entrada. 
 
 Vo 
 
 Vb8 
 
 Vb7 
 
 Vb5 
 
A = Vo / Vi = 9,9V / 0,93mV = 10650 V/V 
Rin = Rid = 125,5 kΩ 
 
3.6 Trace a curva de resposta em frequência do amplificador 
 
3.7 Qual a frequência de corte superior? 
 
De acordo com o gráfico, a frequência de corte superior é 148,189 KHz. 
 
3.8 Aplique um sinal de modo comum e meça o ganho de modo comum 
 
Aplicando um sinal Vcm = 10V, o deslocamento da tensão DC da saída foi de 17,9mV. 
Assim, o ganho de tensão de modo comum foi bem pequeno, na faixa de 0,0018 V/V. 
3.9 Calcule o CMRR 
 
CMRR = 20 log (Adif/Acm) = 135,4 dB