1º Relatório Analogica 2

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS
ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA 
ENGENHARIA ELÉTRICA
ADRIELLE GRACIELLE ANHES MORENO BRITO
JUDITE BEZERRA AREQUE
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 2
ANÁLISE DE AMPLIFICADORES DE PEQUENOS SINAIS
MANAUS – AM
2018
INTRODUÇÃO
Os amplificadores são dispositivos que utilizam uma pequena quantidade de energia para controlar uma quantidade maior. A relação entre a entrada e saída é chamada de ganho, um dos parâmetros mais importantes do amplificador. Entre esses equipamentos de ganho existem os amplificadores eletrônicos, os valvulados, os transistorados e os operacionais. A experiência realizada em laboratório apresenta apenas simulações feitas de amplificadores transistorados. Muito utilizados em sistemas de áudio frequência, mp3, receptores de rádio, sistemas de comunicações e muito mais, esses amplificadores utilizam transistores bipolares ou MOSFETs para se obter em sua saída um sinal amplificado a partir de um sinal aplicado na entrada. O relatório a seguir apresenta quatro configurações de amplificadores com transistores bipolares com as devidas simulações, coleta de dados, análises e cálculos.
OBJETIVO
Efetuar a análise AC de amplificadores baseado no modelo do transistor dominado re´ utilizando a ferramenta de simulação Multsim.
FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO
Multsim.
PROCEDIMENTO DE SIMULAÇÃO – POLARIZAÇÃO FIXA
 Montar o circuito da figura 1 no multisim e preencher a tabela de acordo com os resultados da simulação. O gerador de sinais deverá estar desconectado da entrada.
Figura 1
Tabela 1
	
	
	
	
	
	9,292 V
	28,2 μA
	5,45 V
	4,55 V
	9,7 mA
 Aplicar um sinal senoidal em Vs com frequência igual a 1 kHz e ajustar a amplitude do sinal do gerador (Vs) para 20 mVp. Preencher a tabela 2 com os resultados da simulação.
 Tabela 2
	
	
	
	39,8 mVpp
	21 mVpp
	2,97 Vpp
 Montar o circuito da figura 2 no Multisim e preencher e a tabela 3 de acordo com os resultados da simulação.
Figura 2
Tabela 3 
	
	
	
	
	10 mVpp
	5,18 
	397 
	76,64
	20 mVpp
	10,4 
	791 
	76,06
	30 mVpp
	15,6 
	1,18 
	75,64
	40 mVpp
	21 
	1,56 
	74,29
PROCEDIMENTO DE SIMULAÇÃO – DIVISOR DE TENSÃO NA BASE
 Montar o circuito da figura 5.1 no Multisim e preencher a tabela 5.1 de acordo com os resultados da simulação 5.1 de acordo com os resultados da simulação. O gerador de sinais deverá estar desconectado da entrada.
Figura 5.1
Tabela 5.1
	
	
	
	
	
	
	
	8,21 
	1,79 
	7,89 
	4,87
	4,01 
	1,12 
	1,11 
 Aplicar um sinal senoidal em Vs com frequência igual a 1kHz e ajustar a amplificador do sinal do gerador (Vs) para 10mVp. Preencher a tabela 5.2 com os resultados da simulação.
Tabela 5.2
	
	
	
	19,9 mVpp
	9,33 mVpp
	1,32 Vpp
 Montar o circuito da figura 5.2 no multsim e preencher a tabela 5.3 de acordo com os resultados da simulação. 
Figura 5.2
Tabela 5.3 
	
	
	
	
	10 mVpp
	4,66 
	339 
	72,75
	20 mVpp
	9,33 
	676 
	72,45
	30 mVpp
	14,0 
	1,01 
	72,13
	40 mVpp
	18,7 
	1,34 
	71,66
PROCEDIMENTO DE SIMULAÇÃO – DIVISOR DE TENSÃO NA BASE E RESISTOR DE LINEARIZAÇÃO NO EMISSOR
 Montar o circuito da figura 6.1 no multisim e preencher a tabela 6.1 de acordo com os resultados da simulação. O gerador de sinais deverá estar desconectado da entrada.
Figura 6.1
Tabela 6.1
	
	
	
	
	
	
	
	8,211 V
	1,789 V
	7,89 µA
	4,868 V
	4,01 V
	1,12 mA
	1,11 mA
 Aplicar um sinal senoidal em Vs com frequência igual a 1kHz e ajustar a amplificador do sinal do gerador (Vs) para 10mVp. Preencher a tabela 6.2 com os resultados da simulação.
Tabela 6.2
	
	
	
	19,9 mVpp
	10,9 mVpp
	190 mVpp
 Montar o circuito da figura 6.2 no multsim e preencher a tabela 6.3 de acordo com os resultados da simulação.
Figura 6.2
Tabela 6.3 
	
	
	
	
	10 mVpp
	5,46 mV
	47,7 mV
	8,74
	20 mVpp
	10,9 Mv
	95,5 mV
	8,76
	30 mVpp
	16,4 mV
	143 mV
	8,72
	40 mVpp
	21,8 mV
	191 mV
	8,76
PROCEDIMENTO DE SIMULAÇÃO – COLETOR COMUM
 Montar o circuito da figura 7.1 no Multisim e preencher a tabela 7.1 de acordo com os resultados da simulação 7.1 de acordo com os resultados da simulação. O gerador de sinais deverá estar desconectado da entrada.
Figura 7.1
Tabela 7.1
	
	
	
	
	
	
	
	5,033 V
	4,967 V
	6,55 µA
	5,694 V
	4,306 V
	916 µA
	910 µA
 Aplicar um sinal senoidal em Vs com frequência igual a 1kHz e ajustar a amplificador do sinal do gerador (Vs) para 50mVp. Preencher a tabela 7.2 com os resultados da simulação.
Tabela 7.2
	
	
	
	50 mVpp
	25.5 mV
	25.4 mV
 Montar o circuito da figura 7.2 no multsim e preencher a tabela 7.3 de acordo com os resultados da simulação.
Figura 7.2
Tabela 7.3 
	
	
	
	
	20 mVpp
	10,2 mV
	10,1 mV
	0,990
	30 mVpp
	15,3 mV
	15,2 mV
	0,993
	40 mVpp
	20,4 mV
	20,3 mV 
	0,995
	50 mVpp
	25,5 mV
	25,4 mV
	0,996
ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES – POLARIZAÇÃO FIXA
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 1 considerando-se os valores obtidos na tabela 2 : impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN, beta (β).
Para achar 
Substituindo temos:
Para calcular do Ganho
Para o calculo de β:
Sabemos que , substituindo por valores da tabela 1, onde:
Termos que
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	Beta
(β)
	1016,49 Ω
	141,43
	343
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 1 considerando-se o valor de eta(β) obtido na questão anterior (a): re´, impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN
Para achar o :
Para achar impedância de entrada :
Para achar o ganho Av:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	re´
	919,35 Ω
	-175,37
	2,68 Ω
 Calcular a impedância de saída do amplificador da figura 2 considerando se os valores obtidos nas tabelas 2 e 3
 Ω
	Impedância de saída (Este cálculo deverá ser baseado nas medições da tensão de saída sem e com RL = 470 Ω)
	 Ω
 Calcular o valor teórico da impedância de saída do amplificador da figura 1 considerando-se o valor de beta obtido com a simulação. Compare o valor calculado com o obtido no item anterior.
Teoricamente temos que: 
	Impedância de saída
( Teórico )
	Impedância de saída (Baseado nas medições)
	470 Ω
	 Ω
Comparando uma saída com a outra temos valores aproximados, porém distintos, estando na faixa de 10% de diferença
 Baseado no circuito da figura 2 e nos parâmetros calculados nos itens anteriores elaborar o esquema do modelo do amplificador de tensão controlado por tensão com os valores das impedâncias, ganho de tensão sem carga, tensão de entrada e saída.
ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES – POLAIZAÇÃO D TENSÃO NA BASE
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 5.1 considerando-se os valores obtidos na tabela 5.2: impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN, beta (β).
Para a impedância de entrada :
Ganho de tensão:
Sabemos que , substituindo por valores da tabela 1, onde:
Termos que
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	Beta
(β)
	
	
	141
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 5.1 considerando-se o valor de beta (β) obtido na questão anterior (a): re´, impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN
Para achar o :
Para achar impedância de entrada :
Para achar o ganho Av:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	re´
	
	
	
 Calcular a impedância de saída do amplificador da figura 5.2 considerando se os valores obtidosnas tabelas 5.2 e 5.3
	Impedância de saída (Este cálculo deverá ser baseado nas medições da tensão de saída sem e com RL = 3k6 Ω)
	 kΩ
 Calcular o valor teórico da impedância de saída do amplificador da figura 5.1 considerando-se o valor de beta obtido com a simulação. Compare o valor calculado com o obtido no item anterior.
	Impedância de saída
( Teórico )
	Impedância de saída (Baseado nas medições)
	
	 kΩ
Comparando os valores podemos ver que diferença entre uma e outra são pequenas, e sendo assim, o valor teórico poder ser utilizado para cálculos.
 Baseado no circuito da figura 5.2 e nos parâmetros calculados nos itens anteriores elaborar o esquema do modelo do amplificador de tensão controlado por tensão com os valores das impedâncias, ganho de tensão sem carga, tensão de entrada e saída.
ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES – POLARIZAÇÃO COM DIVISOR DE TENSÃO NA BASE COM RESISTOR DE LINEARIZAÇÃO NO EMISSOR
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 6.1 considerando-se os valores obtidos na tabela 6.2: impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN, beta (β).
Impedância de entrada:
Como a tensão VS vale 7,071mVrms, que equivale a aproximadamente 10mVp, então Vs é igual a 20mVpp. Assim:
Ganho de tensão:
Beta:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	Beta
(β)
	1,695kΩ
	-17,43
	140,68
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 6.1 considerando-se o valor de beta (β) obtido na questão anterior (a): re´, impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN
Resistência de base:
Impedância de entrada:
Ganho de tensão:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	re´
	1,696 kΩ
	-17,79
	22,32 Ω
 Calcular a impedância de saída do amplificador da figura 6.2 considerando se os valores obtidos nas tabelas 6.2 e 6.3
	Impedância de saída (Este cálculo deverá ser baseado nas medições da tensão de saída sem e com RL = 3k6 )
	3,562 kΩ
 Calcular o valor teórico da impedância de saída do amplificador da figura 6.1 considerando-se o valor de beta obtido com a simulação. Compare o valor calculado com o obtido no item anterior.
Impedância de saída (Teórico): 
Considere a figura a seguir:
Fazendo a análise AC do circuito da figura 6.1, conforme a figura acima, nota-se que a impedância de saída é igual a resistência de coletor RC. Assim: 
	Impedância de saída
( Teórico )
	Impedância de saída (Baseado nas medições)
	3,6 kΩ
	3,562 kΩ
	
Verifica-se pelos resultados obtidos que o valor calculado da impedância de saída está conforme o valor teórico, com apenas uma diferença desprezível. É possível notar também que as medidas feitas e os cálculos realizados apresentam-se coerentes.
 Baseado no circuito da figura 6.2 e nos parâmetros calculados nos itens anteriores elaborar o esquema do modelo do amplificador de tensão controlado por tensão com os valores das impedâncias, ganho de tensão sem carga, tensão de entrada e saída.
ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES – COLETOR COMUM
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 7.1 considerando-se os valores obtidos na tabela 7.2: impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN, beta (β).
Impedância de entrada:
Como Vs vale 17,677mVrms, que equivale a aproximadamente 25 mVp, então Vs é igual a 50 mVpp. Assim:
Ganho de tensão:
Beta:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	Beta
(β)
	4,795 kΩ
	0,996
	138,93
 Calcular os seguintes parâmetros do amplificador da figura 7.1 considerando-se o valor de beta (β) obtido na questão anterior (a): re´, impedância de entrada, ganho de tensão em relação a tensão VIN, impedância de saída.
Resistência de base:
Impedância de entrada:
Ganho de tensão:
Impedância de saída:
	Impedância de entrada
	Ganho de tensão 
	re´
	Impedância de saída 
	4,962 kΩ
	0,993
	27,29 Ω
	44,53 Ω
 Calcular a impedância de saída do amplificador da figura 7.2 considerando se os valores obtidos nas tabelas 7.2 e 7.3.
	Impedância de saída (Este cálculo deverá ser baseado nas medições da tensão de saída sem e com RL = 100 Ω)
	0
 Baseado no circuito da figura 7.2 e nos parâmetros calculados nos itens anteriores elaborar o esquema do modelo do amplificador de tensão controlado por tensão com os valores das impedâncias, ganho de tensão sem carga, tensão de entrada e saída.
SIMULAÇÕES REALIZADAS
Polarização fixa:
Simulação DC (somente com fonte DC)
Simulação sem carga e com fonte de sinal alternado
Simulações com carga e alteração do Vs
Divisor de tensão na base:
Simulação DC (somente com fonte DC)
Simulação sem carga e com fonte de sinal alternado
Simulações com carga e alteração do Vs
Divisor de tensão na base e resistor de linearização no emissor:
Simulação do circuito da figura 6.1, sem a carga e com o gerador de sinais desconectado:
Simulação do circuito da figura 6.1, sem a carga e com o gerador de sinais conectado:
Simulações do circuito da figura 6.2, de acordo com os valores de tensão Vs especificados na Tabela 6.3:
Coletor comum:
Simulação do circuito da figura 7.1, sem a carga e com o gerador de sinais desconectado:
Simulação do circuito da figura 7.1, sem a carga e com o gerador de sinais conectado:
Simulações do circuito da figura 7.2, de acordo com os valores de tensão Vs especificados na Tabela 7.3:
CONCLUSÃO
No amplificador com divisor de tensão na base e resistor de linearização no emissor percebe-se que o ganho é menor em relação aos dois primeiros amplificadores estudados. Enquanto que na configuração de polarização fixa não há resistência no emissor e na de divisor de tensão o capacitor em paralelo com Re comporta-se como um curto, na terceira configuração há uma resistência no emissor que provoca a diminuição do ganho no amplificador. O sinal de saída apresenta-se apenas 8 vezes maior que o sinal de entrada, enquanto que nas primeiras configurações o sinal de saída é quase 75 vezes maior. Aqui também o sinal sofre inversão de fase, pois nos cálculos realizados o ganho apresenta sinal negativo.
Na configuração de coletor comum nota-se que o ganho possui uma característica comum: o valor máximo de ganho que o amplificador pode alcançar é 1, ou seja, o sinal de entrada é praticamente replicado na saída. Isto pode ser notado na Tabela 7.3, em que os valores calculados do ganho são muito próximos de 1. Nesta configuração não há inversão de fase. Como o sinal de saída é aproximadamente igual ao sinal de entrada isso quer dizer que toda a tensão de saída do amplificador é aplicada na resistência de carga. Sendo assim a impedância de saída será mínima o suficiente para ser desprezada nos cálculos, pois nela não haverá praticamente nenhuma queda de tensão, o que justifica nos cálculos o valor Z0 obtido pelas tabelas 7.2 e 7.3 ser igual a zero e pelo ganho do transistor e os outros elementos do circuito ser relativamente baixo.