ELT313_Lab6r

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UNIFEI - IEE/DON Kazuo Nakasshima & Egon Luiz Muller 1 
ELT313 – LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
Laboratório No 6: Amplificadores com Transistor Bipolar de Junção 
 
Amplificadores 
 
 Um amplificador é constituído de transis-
tor e de uma fonte de alimentação em cor-
rente contínua que é utilizada para fornecer 
energia e polarizar o transistor. 
 
De um lado do amplificador é aplicado o 
sinal a ser amplificado (sinal de excitação) e 
do outro lado é instalada a carga. 
 
A principal característica de um amplificador 
é o ganho de potência, a potência de saída, 
Po, na carga, é maior que a potência de en-
trada, Pi, fornecida pelo sinal de entrada. 
G=Po/Pi. 
 
 Quase toda energia fornecida para carga 
é fornecida pela fonte de alimentação Vcc. 
Sob este aspecto um amplificador é um 
CONVERSOR de corrente contínua para 
corrente alternada. A eficiência do amplifica-
dor é a relação entre a potência de saída e a 
potência fornecida pela fonte de alimentação 
η≅Po/Pcc. A diferença entre estas duas po-
tências, Pd=Pcc-Po, é dissipada no amplifi-
cador sob forma de calor. 
 
 Existem três configurações básicas de 
amplificadores utilizando transistores bipola-
res NPN ou PNP: Emissor Comum (EC), Co-
letor Comum ou Seguidor de Emissor (CC) e 
Base Comum (BC). 
 
Os amplificadores genéricos com transis-
tor bipolar e com polarização por divisor de 
tensão apresentados na Figura 1 e na Figura 
2 podem ser utilizado com amplificador e-
missor comum ou como coletor comum. 
 
No amplificador Coletor Comum a carga é 
instalada no Emissor do transistor. O transis-
tor funcionará como fonte de tensão, ou seja, 
a tensão na carga não varia em função da 
variação da carga. Neste circuito o ganho da 
tensão é aproximadamente unitário e o sinal 
de saída tem a mesma polaridade que o si-
nal de entrada. Este circuito deveria ser 
chamado de “Emissor seguidor” uma vez 
que o emissor segue a base. 
No amplificador Emissor Comum a carga 
é instalada no Coletor do transistor. O tran-
sistor se comportará como fonte de corrente 
e, portanto, a tensão de saída dependerá da 
resistência instalada no coletor. Neste ampli-
ficador existirá ganho de tensão e de corren-
te e o sinal de saída terá polaridade invertida 
em relação ao sinal de entrada. 
 
Vcc
Vi
Vo
RL
Ci
Co
 
 
Figura 1- Amplificador genérico1. 
 
 
 Vcc
Vi
Vo
RL
Co
Ci
Figura 2- Amplificador genérico 2. 
 
 O desenho apresentado na Figura 1 é 
muito usado para representar um amplifica-
dor Emissor Comum onde a carga (Vo) é ins-
talada no coletor do transistor enquanto que 
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o circuito da Figura 2 é mais utilizado para 
representar amplificador Coletor Comum on-
de a carga é conectada no emissor. 
 
A Figura 3 apresenta as quatro configura-
ções possíveis de amplificador Emissor Co-
mum utilizando transistores NPN e PNP. Ob-
serve a polaridade da fonte de alimentação. 
O amplificador emissor comum é caracteri-
zado pela inversão de fase entre o sinal de 
saída e de entrada e por proporcionar ganho 
de tensão. Com os valores indicados na Fi-
gura 3a todos os amplificadores da Figura 3 
apresentarão o mesmo ganho, aproximada-
mente 5 com inversão de fase (Av≅-5). 
 
A figura 4 apresenta as quatro configura-
ções de amplificador Coletor Comum (Se-
guidor de Emissor). O amplificador coletor 
comum é caracterizado pela não inversão de 
fase e pelo ganho de tensão unitário. Os 
quatros amplificadores apresentados na Fi-
gura 4 apresentam ganho unitário (Av≅1). 
 
 
ENSAIOS 
 
 A análise de um amplificador deve ser di-
vidida em duas partes: DC (polarização) e 
AC. 
 
 Na análise DC é verificado o ponto de o-
peração quiescente e a estabilidade deste 
ponto. 
 
Na análise AC são analisados os seguin-
tes parâmetros do amplificador: 
 
• Ganho de tensão Av=Vo/Vi 
• Ganho de corrente Ai=Io/Ii 
• Ganho de potência G=Av.Ai 
• Resistência de entrada Rin 
• Resistência de saída Rout 
• Resposta em freqüência BW 
• Distorção e Linearidade 
Vcc +15V
Vi
VO
Vcc -15V
Vi
Vo
RB1
24k
RB2
3k
RC
1k
RE
100
RL
1k
RB1 RC
RERB2
RL
Ci
1uF
Co
10uF
 
- Vcc
Vi
Vo
+ Vcc
Vi
Vo
RB1
RB2
RC
RE
RL
RB1
RB2
RC
RE
RL
Ci +
+ Co
+ Ci
Co +
 
 
Figura 3- Amplificadores Emissor Comum. 
Av≅-5 
 
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-Vcc
Vi
Vo
+ Ci
Co +
Vcc
Vi
Vo
RB1
RB2
RC
RE
RL
Ci +
+ Co
RB1
10k
RB2
15k
RC
100
RL
1k
RE
1k
 
+ Vcc
Vi
Vo
RB1
RERB2
RC
RL
+ Co
Ci +
- Vcc
Vi
Vo
RB1
RERB2
RC
RL
Co +
+ Ci
 
 
Figura 4- Amplificadores Coletor Comum. 
Av≅1 
 
 ETAPA 1 – POLARIZAÇÃO 
 
 Para que o transistor possa operar como 
amplificador é necessário “polarizar” o tran-
sistor. 
 
 O circuito que iremos analisar foi projeta-
do para que o ponto de operação quiescente 
ficasse em aproximadamente VCEQ ≈ 0,4 
VCC. 
VCC
15V
VB
VC
RC
2k
RB1
30k
RE
1k
VE
RB2
10k
 
Figura 5- Polarização do transistor 
 
� Montar o circuito da Figura 5, ajustar 
VCC em 12 V e medir as tensões qui-
escentes (no coletor, emissor e base 
do transistor em relação ao terra) e 
calcular VCEQ e ICQ. 
 
� Desenhar a reta de carga DC e indicar o 
ponto de operação quiescente. Utilize o 
gráfico da Figura 17 
 
VCC VCQ VEQ VBQ 
 
 
PREVISTO p/hFE=100 MEDIDO * 
VCEQ ICQ VCEQ ICQ 
 
 
 
ETAPA 2 – EXCITAÇÃO 
 
 Nesta aula iremos analisar apenas os 
amplificadores emissor comum e coletor 
comum, dois amplificadores onde o sinal 
a ser amplificado é aplicado na base do 
transistor. 
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 Para que o gerador de sinais Vi não 
interfira no circuito de polarização e para 
que o amplificador não injete componen-
te contínua no gerador de sinais, é ne-
cessário utilizar um acoplamento ac. 
 
 Nesta aula utilizaremos um acopla-
mento capacitivo. 
 
 Se o capacitor utilizado for eletrolítico, 
muito provável pelo valor da capacitân-
cia, preste muita atenção na polaridade e 
no valor da tensão do mesmo. O capaci-
tor deve suportar tensão maior que 15V. 
Por segurança utilize capacitores com 
tensão de trabalho superior a 25V. 
 
� Ajuste o gerador de funções para 
produzir uma onda senoidal de 10kHz 
e 2V pico a pico sem componente 
contínua (Off Set=0). Observe este 
sinal através do canal CH1 do osci-
loscópio. 
� Observe a tensão no coletor do tran-
sistor através do canal CH2 do osci-
loscópio. Medir a amplitude pico a pi-
co e verifique a inversão de fase (on-
da está defasada 180o). Calcular o 
ganho de tensão e comparar com o 
valor estimado teoricamente. 
� Mude CH2 para o emissor do transis-
tor. Observe que este sinal está em 
fase com o sinal de entrada e tem 
(quase) a mesma amplitude pico a pi-
co. Calcular o ganho de tensão e 
comparar com o valor estimado. 
Vcc
Vi
VC
VE
VBCi+
10uF
RC
2k
RB1
30k
RB2
10k RE1k
 
Figura 6 – Sinal de entrada acoplado ca-
pacitivamente. 
 
CH1:2V/DIV CH2:2V/DIV H:20uSEC/DIV 
0V Vi 
Ve 
Vc 
Vi: 2Vpp, 10kHz 
CH1 
CH2 
CH2 
 
Figura 7 – Oscilograma do amplif icador 
genérico. 
 
EC VCpp Av fase 
Teórico 
 
Medido 
 
 
CC VEpp Av fase 
Teórico 
 
Medido 
 
 
,( )
,
( ) e
/( )
R /( ) 1
c
v EC c e e
b
e
v CC e e
b
VA R R r
V
VA R r
V
= = +
= = + ≅
 
, 25 /e Er mV I= 
 
No amplificador emissor comum o ga-
nho de tensão depende da relação entre 
a resistência ac do coletor e a resistên-
cia ac do emissor. No circuito da figura 6 
esta relação é 2. 21/2/ ==≅ kkRRAv EC 
 
ETAPA 3 – EMISSOR DESACOPLADO 
 
 Para aproveitar o máximo de ganho de 
tensão que o transistor pode proporcio-
nar devemos diminuir o valor da resis-
tência do emissor. Uma forma de fazer 
isso sem afetar o circuito de polarização 
é adicionar um capacitor em paralelo à 
RE. Este “capacitor de desvio” altera a-
penas o circuito ac, ou seja, o emissor é 
aterrado apenas para corrente alternada. 
 
,/v c eA R r= 
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Vcc
Vi
10µF
VC
VE
+
Ci
CE
100µF
+RE
1k
RC
2k
 
Figura 8 – Emissor comum – emissor de-
sacoplado 
 
� Diminua a amplitude de Vi para 40mV pi-
co a pico e meça a tensão pico a pico no 
coletor. Calcule o ganho de tensão e 
compare com o valor estimado teorica-
mente. 
 
 
CH1:20mV/DIV CH2:2V/DIV H:20uSEC/DIV 
0V 
Vi: 40mVpp, 10kHz 
Vi 
Vc 
CH2 
CH1 
 
Figura 9- Oscilograma do amplificador 
emissor comum. 
 
 VCpp Av fase 
TEÓRICO 
 
MEDIDO 
 
 
Observe que o ganho de tensão é alto, 
porém a onda é distorcida. 
 
Para observarmos melhor esta não linea-
ridade mude o comando do osciloscópio pa-
ra XY. 
 
X=CH1=Vi Y=CH2=Vc 
CH1:10m/DIV CH2:2V/DIV H:XY
Vi:40mVpp, 10kHz
 
Figura 10- Oscilograma do amplificador 
emissor comum. 
 
 
ETAPA 4 – EMISSOR COMUM LINEARIZADO. 
 
 Para diminuir esta não linearidade deve-
mos introduzir um resistor no emissor como 
mostra a Figura 11. Observe que o resistor 
adicional foi introduzido no circuito AC de 
forma a não alterar o circuito DC, ou seja, 
não alterar o ponto de operação quiescente. 
 
,/( )v c e eA R R r= + 
2 //
c C
e E E
R R
R R R
=
=
 
Vcc
Vi
10µF
VC
VE
+
Ci
CE
100µF
+
RE2RE
1k
RC
2k
 
Figura 11 – Emissor comum linearizado 
 
 Uma vez que foi necessária a utilização 
de um capacitor muito grande e devido ao 
elevado custo dos capacitores eletrolíticos, 
devemos considerar sempre outras configu-
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rações primeiro. Esta solução é comercial-
mente inviável. Em muitas aplicações, prin-
cipalmente as de baixa freqüência, devemos 
utilizar configurações que utilizem acopla-
mento direto, como amplificadores diferenci-
ais, que apesar de utilizarem mais transisto-
res, evitam os capacitores de acoplamento. 
Acoplamentos capacitivos e indutivos são 
utilizados em amplificadores de alta freqüên-
cia (MHz). 
 
RE2=10 VCpp Av fase 
TEÓRICO 
 
MEDIDO 
 
 
 
CH1:20mV/DIV CH2:2V/DIV H:20uSEC/DIV 
0V 
Vi: 40mVpp, 10kHz, RE2:10Ω 
 
 
CH1:10mV/DIV CH2:1V/DIV H:XY 
0V 
Vi:40mVpp, 10kHz 
 
Figura 12- Oscilogramas do amplificador 
EC linearizado. RE2=10Ω. 
 
 Quanto maior a resistência RE2 mais linear 
será o amplificador, porém menor será o ga-
nho de tensão. Poderíamos substituir RE2 
por um potenciômetro para obtermos um 
amplificador de ganho variável. 
 
 
RE2=100 VCpp Av fase 
TEÓRICO 
 
MEDIDO 
 
 
 
CH1:0.2V/DIV CH2:2V/DIV H:20uSEC/DIV 
0V 
Vi:400mVpp, 10kHz RE2=100Ω 
 
 
CH1:0.1V/DIV CH2:2V/DIV H:XY 
Vi:400mVpp, 10kHz RE2=100 
 
Figura 13- Oscilogramas do amplificador 
EC linearizado. RE=100Ω. 
 
ETAPA 5 – CARGA 
 
 Observamos que a tensão no coletor e 
no emissor é composta de uma compo-
nente alternada sobreposta a uma com-
ponente contínua. Para bloquear esta 
componente contínua devemos utilizar 
acoplamento ac para a carga. Nesta aula 
utilizamos novamente o acoplamento ca-
pacitivo. 
 
� Medir o ganho de tensão Av=Vo/Vi pa-
ra dois valores de RL, 1MΩ (sem car-
ga) e 1kΩ (com carga). Manter Vi 
constante. 
 
Iopp=Vopp/RL 
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Vcc
Vi
10µF
VC
VE
+
RL
1k
Ci
VO
Co
10µF
+
RC
2kRB130k
RB2
10k
RE
1k
 
RL Vopp IOpp Av Av(T) fase 
1M 
 
2k 
 
1k 
 
Figura 14 – Emissor comum. 
 
Vcc
Vi
10µµµµF
VC
VE
+
VO
RL
1k
Ci
Co
10µµµµF
+
RE
1k
RB1
30k
RB2
10k
RC
2k
 
 
RL VOpp IOpp Av Av(T) fase 
1M 
 
2k 
 
1k 
 
Figura 15- Coletor comum. 
 
 
ETAPA 5 – RESISTÊNCIA DE SAÍDA 
 
� Com os resultados obtidos na etapa 
anterior faça uma estimativa da resis-
tência de saída do circuito. 
O O L
1
E = V sem carga R =1 M
O
L
O
EVoRout R
Io V
 ∆
= = − ∆  
Ω
= 
 
Rout EC CC 
TEÓRICO 
MEDIDO 
 
 
ETAPA 5 – RESISTÊNCIA DE ENTRADA 
 
 Para poder medir a resistência de entrada 
do circuito devemos inserir um resistor Rs 
em série com o gerador de sinais e medir a 
queda de tensão neste resistor. 
 
]1)//[( −= ViVsRsRin 
 
 Este procedimento é viável para resistên-
cia de entrada menor que 100kΩ. Conside-
rando resistência de entrada do osciloscópio 
como 1MΩ teremos um erro de inserção de 
aproximadamente 10%. 
 
 Uma forma alternativa de estimar a resis-
tência de entrada é verificar o efeito de Rs 
no sinal de saída. O procedimento é manter 
Vs fixo e medir a tensão de saída sem e com 
Rs, respectivamente VO1 e VO2. 
 
]1)2/1/[( −= VoVoRsRin 
Vcc
VS ViRS
1k 10µF
VC
VE
+
Rin 1
 
Figura 16- Circuito para medição da resis-
tência de entrada. 
 
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� Medir a resistência de entrada do amplifi-
cador e verificar a influência da carga. 
Comparar os resultados com os valores 
estimados teoricamente. 
Vcc
VS +
VO
RL
1k
Vi
CO
10uF
+
Rin 2
 
Vcc
VS +
VO
RL
1k
Vi CO
+
10uF
Rin 3
 
Vcc
VS +Vi CO
100uF
Rin 4
 
 
Figura 16 – Influência da carga sobre Rin 
 
 
Rin 1 2 3 4 
Teórico 
 
Medido 
 
RETA DE CARGA DC E AC 
 
 A reta de carga DC é definida pela fonte 
VCC e pelas resistências DC do coletor e do 
emissor, RDC= RC+RE. Dois pontos desta 
reta são 
 
 (VCE, IC)=(VCC, 0) e (0, VCC/RDC) 
 
 Para corrente alternada, os capacitores e 
a fonte Vcc se comportam como curto-
circuito alterando o valor da resistência do 
circuito (Rac) e conseqüentemente a inclina-
ção da reta de carga AC. 
 
 O ponto de operação quiescente, 
(VCE(Q), IC(Q)), é o ponto comum entre estas 
duas retas de carga. Dois pontos da reta de 
carga ac são 
 
((VCE(Q)+ Rac.IC(Q)), 0) 
(0, (IC(Q)+VCE(Q) / Rac)) 
ac c e
e
c
R R R
R = resistencias AC do emissor
R = resistencias AC do coletor
= +
 
 
 IC 
VCE 
Figura 17- Reta de carga DC e AC. 
 
 
Itajubá, MG, junho de 2013