atividade pratica (2)

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Eletrôna Analógica - ELE/ELT
)
	
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ALUNO: MARCOS OLIVEIRA LIMA SOUZA
o (a): 
) (
Data: 30/01/ 2021.
)
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NOTA:
) (
Atividade Prática e de Pesquisa
)
INSTRUÇÕES:
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1. Para o circuito abaixo, determine a tensão no coletor, corrente de base, β e α. Considere que VCE = 8,267 V e VBE = 0,7 V.
 A análise deste circuito iniciar-se-á identificando os pontos base, coletor e emissor do nosso transistor npn, bem como as malhas conectadas ao mesmo. Escrevamos as equações destas malhas, utilizando a Le i de Kirchhof f da Voltagem, LKV, ou : 
2,4=
12=
2,4= - 12
Desses objetos matemáticos anteriores, pegando a equação em amarelo e subtraindo a equação em verde, elimina-se uma variável V2, usando os dados do problema, restando:
	
12 - 2,4 = 
9,6 = 
Como os valores V3 e V1 ainda não conhecemos, vamos aplicar a Lei de Ohm, lembrando que a corrente elétrica que circula pelo ponto 1 é a corrente de base e que a corrente elétrica que circula pelo ponto 2 é a corrente de coletor, restando:
9,6 = 40.10³.-1.10³.+3,8
Não se necessita deduzir as fórmulas abaixo, porém elas são válidas para um transistor genérico , nor-malmente chama-se de beta vezes a pequena corrente de base igual a uma corrente de coletor. Em outras palavras, ao injetar uma pequena corrente de base, pode-se amplificar beta vezes no coletor, e a relação entre alpha, beta, correntes de coletor e emissor são dadas pelas seguintes fórmulas:
=β.
Β. = α . 
Como consequência dessas fórmulas, temos mais outras duas:
β= 
α = 
Escrevamos uma outra equação importantíssima de análise em eletrônica analógica, aplicando a Lei de Kirchhoff da Corrente elétrica, ou LKC, A corrente de emissor (IE) é composta pela soma das correntes de base (IB) e de coletor (IC). Analogamente, observamos que, a tensão entre coletor-emissor (VCE) é composta pela soma das tensões base -emissor (VBE) e coletor -base (VCB). Portanto, podem os escrever para qualquer transistor NPN genérico:
=+
=+
Daqui para frente tem várias formas de se prosseguir, é preciso achar uma corrente delas, ou de base ou coletor ou emissor e calcular o Beta que será extraído de nossa equação:
5,8 = (40.-1.) . 
Quanto vale a nossa corrente de base? Se soubermos V1, que é a queda de tensão no bipolo resistor de 40kΩ basta dividir os dois valores. Para descobrir, olhemos novamente no diagrama , se subtrairmos o ponto à esquerda do ponto à direita, encontramos o valor desejado , e como tudo depende do zero ou referencial terra adotado escrevamos as equações da corrente:
= +
= +
Se tiver qualquer dúvida na montagem desta equação, volte no diagrama e observe atentamente os balões explicativos. Nos denominadores, temos os correspondentes resistores de cada corrente elétrica, porém nos numeradores as diferenças de potenciais, e a diferença é obtida do maior potencial subtraído do menor. Tudo de penderá do zero adotado, como já foi dado no problema, não foi mudado seu local.
=+
=+. 
=
.=
2.40.=-0,7+482,4 – 180
121.
 = 2,49338842975V
Voltando anteriormente, nosso IB valia:
=
Então, agora que descobrimos V2, IB valerá:
=== -19,8347107438µ
O sinal negativo indica que ela não entra no terminal da base, sinaliza que está saindo do terminal da base indo para o polo positivo da fonte de 2,4 V. Esse fato sempre ocorrerá quando a junção de base for polarizada com tensão menos positiva ou menor que a junção de coletor. Isso faz os elétrons interna-mente circular noutro sentido. Voltando anteriormente, nosso IC valia:
=
Então, agora que descobrimos V2, IC valerá:
=
O sinal positivo indica que ela entra no terminal coletor, sinaliza que está saindo do terminal do polo positivo da fonte de 12 V. Então, agora que descobrimos V2, IE valerá:
 
= 
Perceber que microamperes de base é uma ínfima corrente, e a corrente do coletor são o maior valor entre as três correntes. A relação de grandeza entre elas é o Beta:
 = β . →β= = = . 0,252416666667.
Beta é adimensional, isto é, não possui unidade, representando apenas um número de vezes de grandeza. Pode-se dizer que a corrente de coletor é 252 vezes maior que a de base.
Determina-se o alpha com a fórmula:
α = = = 0.996053929628
Com Alpha (1 aproximadamente) e Beta (252 vezes aproximadamente) calculados anteriormente, é pe-dido a tensão no coletor em relação ao zero, basta pegar o V CE dado que vale 4,5 V e somar com V2 que encontramos e vale 2,5 V. Assim o valor desejado é 7 Volts no coletor. 
2. Calcule os valores de tensão pedidos na Tabela 1, onde os valores medidos serão obtidos a partir da construção do circuito abaixo no programa EWB. Calcule também os valores de resistência de entrada, resistência de saída e o ganho de tensão para o circuito abaixo e compare com o valor experimental. O gerador deverá ter o Vpp = 0,25 e frequência de 1kHz.
 
	Ri = 1K,1/4W (R15)
RE = 15k,1/4W (R29)
RC = 8,2K,1/4W (R26)
	Ci = Co = 1F, 25V (C1, C2)
T = Transistor BC337 ou 2N3904 (T5)
Configuração Base comum, ou amplificador com base aterrada, com uma fonte simétrica de 15 volts polarizando emissor e coletor. Na análise em corrente contínua, os capacitores são curtos circuitos ou chaves fecha das para CA, e não circuitos abertos ou chaves abertas para CC. Quando a fonte simétrica tiver o mesmo valor, este circuito pode ser visto da seguinte maneira:
IE==0.953333333333mA
Transistor BC337 ou 2N3904, o beta típico desses componentes é 110, então é de se esperar uma corrente de base 100 vezes menor que está de emissor ou coletor, que vão possuir quase a mesma ordem de grandeza, já que o alpha é muito próximo da unidade .
Analise C>A – Transformada de Laplace em frequência s+jw
==
Impedância de entrada do emissor.
(+1.1) II 15k= kΩ
 938,891297048 – j . 139,868434714Ω 1k Ω
Impedância de saída no coletor= 8k2 o XC do capacitor é desprezível
Ganho 8k2/1k=8,2
Tabela 1
		 VALORES CALCULADOS VALORES MEDIDOS
	VALORES
	E
	B
	C
	E
	B
	C
	CC
	
	
	
	952 µA
	4,8 µA
	950,4µA
	CA
	cqd
	cqd
	cqd
	cqd
	cqd
	cqd
3. Analise o circuito a seguir e complete as tabelas de acordo com o que for pedido em cada componente :
a) Calcule o valor da corrente quiescente no coletor (ICQ) e a tensão quiescente (VCEQ) entre coletor e emissor e anote suas respostas na tabela 2.
	Rs = 1K - 1/4W (R21)
R1 = 10K - 1/4W (R27)
R2 = 2,2K - 1/4W (R21)
RC = 3,9K - 1/4W (R23)
RE = 1,8K - 1/4W (R20)
	RL = 1,5K - 1/4W (R19)
C1 = 1F/16V (C1)
C2 = 1F/16V (C2)
CE = 470F/16v (C12)
Q1 = transistor 2N3904 ou BC337 (T5)
b) Calcule a anote na tabela 2, a compliance CA (variação de pico a pico do sinal) na saída e a corrente de dreno (IF) do estágio. Veja no final desta experiência, comentários sobre a corrente de dreno.
c) Calcule a potência máxima dissipada pelo transistor, a potência máxima na carga sem ceifamento, a potência CC de entrada do estágio e a eficiência do estágio. Anote suas respostas teóricas na coluna correspondente da tabela 3.
d) Monte, no EWB, o circuito. Reduza o sinal do gerador a zero. Use o multímetro para medir ICQ e VCEQ, e anote esses valores na tabela 2.
e) Use o osciloscópio para observar a tensão na carga. Ajuste o gerador de sinal até que o ceifamento inicie em ambos os semiciclos. Deve-se observar que a forma de onda fica quadrada na parte superior e alongada na parte inferior. A causa desta distorção não linearé a grande variação de re quando o coletor se aproxima do corte e da saturação.
f) Reduza o sinal do gerador até que não haja mais ceifamentos, de forma que o sinal na saída tenha a aparência de uma senóide perfeita. Meça e anote na tabela 2, a tensão CA de pico a pico. Este valor medido é uma aproximação da compliance do sinal CA de saída (pico a pico).
g) Meça e anote na tabela 2 a corrente de dreno total do estágio.
h) Calcule e anote os valores experimentais listados na tabela 3, usando os dados medidos e anotados na tabela 3.
TABELA 2
	VALORES
	CALCULADO
	EXPERIMENTAL
	ICQ
	666µA
	666.5µA
	VCEQ
	15V
	15V
	PP (compliance)
	
	
	IF
	906 µA
	906 µA
TABELA 3
	VALORES
	TEÓRICO
	EXPERIMENTAL
	PD(MAX)
	
	
	PL(MAX)
	
	
	PF
	
	
	
	
	
4. Calcule e posteriormente meça, no EWB, todas as correntes e tensões listadas na Tabela 4.
	
RC1 = R27 = 10k
	
RC2 = R28 = 10k
	
RE = R29 = 15k
	
	
	
TABELA 4
	
	VALORES CALCULADOS
	VALORES MEDIDOS
	IB1
	75µA
	75µA
	IB2
	0A
	0A
	IC1
	2,10 µA
	23,10 µA
	IC2
	400 µA
	-400,6 µA
	IE1
	98 µA
	97,66 µA
	IE2
	876 µA
	-876,3 µA
	VE1
	15V
	14,39V
	VE2
	15V
	14,39V
	VB1
	74,5Mv
	-74,62Mv
	VB2
	0V
	0V
	VC1
	230mV
	229,4mV
	VC2
	4V
	3,933V
IB1 75 75 
IB2 0A 0A
IC1 2,10 23,10 
IC2 400 -400,6 
IE1 98 97,66 
IE2 876 -876,3 
VE1 15V 14,39V
VE2 15V 14,39V
VB1 74,5mV -74,62mV
VB2 0V 0V
VC1 230mV 229,4mV
VC2 4V 3,933V
IB1 75 75 
IB2 0A 0A
IC1 2,10 23,10 
IC2 400 -400,6 
IE1 98 97,66 
IE2 876 -876,3 
VE1 15V 14,39V
VE2 15V 14,39V
VB1 74,5mV -74,62mV
VB2 0V 0V
VC1 230mV 229,4mV
VC2 4V 3,933V
IB1 75 75 
IB2 0A 0A
IC1 2,10 23,10 
IC2 400 -400,6 
IE1 98 97,66 
IE2 876 -876,3 
VE1 15V 14,39V
VE2 15V 14,39V
VB1 74,5mV -74,62mV
VB2 0V 0V
VC1 230mV 229,4mV
VC2 4V 3,933V
IB1 75 75 
IB2 0A 0A
IC1 2,10 23,10 
IC2 400 -400,6 
IE1 98 97,66 
IE2 876 -876,3 
VE1 15V 14,39V
VE2 15V 14,39V
VB1 74,5mV -74,62mV
VB2 0V 0V
VC1 230mV 229,4mV
VC2 4V 3,933V
FIB1 75 75 
IB2 0A 0A
IC1 2,10 23,10 
IC2 400 -400,6 
IE1 98 97,66 
IE2 876 -876,3 
VE1 15V 14,39V
VE2 15V 14,39V
VB1 74,5mV -74,62mV
VB2 0V 0V
VC1 230mV 229,4mV
VC2 4V 3,933V
5. Calcule os valores de tensão pedidos na Tabela 5, onde os valores medidos serão obtidos a partir da construção do circuito abaixo no programa EWB. Calcule também os valores de resistência de entrada, resistência de saída e o ganho de tensão para o circuito abaixo e compare com o valor experimental. Considere o sinal do gerador 1Vpp a uma freqüência de 10kHz.
 
vi - gerador de áudio
R1 = R2 - resistores de 10K, 1/4W (R27, R28)
R3 - resistor de 3,9K, 1/4W (R23)
RE - resistor de 4,7K, 1/4W (R24)
Ci - capacitor eletrolítico de 1F, 25V (C1)
Co - capacitor eletrolítico de 470F, 25V (C12)
T - transistor BC337 ou 2N3904 (T5)
Tabela 5
		 VALORES CALCULADOS		VALORES MEDIDOS
	Tensões
	B
	E
	C
	B
	E
	C
	CC
	0,002µV
	320mV
	9,12V
	0,002 µV
	320,5mV
	9,124V
	CA
	605 µV
	350mV
	9V
	366 µV
	363,4mV
	9,120V
6. Explique como se comportará um diodo ao ser alimentado de forma direta e reversa. Qual costuma ser a queda de tensão de um diodo ao ser alimentado de forma direta?
Polarização direta: Nesse tipo de polarização o polo positivo da fonte de tensão está co-nectado ao lado P do diodo. Isso faz com que o lado positivo; torne-se ainda mais positivo, e o lado N, ainda mais negativo. As cargas elétricas conseguem atravessar a barreira de potencial existente entre o lado P e o lado N do diodo, portanto, há condução de corrente;
Na polarização reversa ao atuar como isolante elétrico e como se fosse uma chave aberta no circuito, a corrente elétrica na malha em que o diodo está inserido será próxima a 0 A, ou seja , qualquer carga ou equipamento que estiver em série com o diodo retificador irá parar de funcionar O diodo possui uma queda de tensão de, aproximadamente, 0,3 V (germâ-nio) e 0 ,7 V ( silício).
7. Desenhe e explique como se obtém a forma de onda de um retificador de meia onda e de um retificador de onda completa.
OBS: Pode-se usar figuras dos retificadores para melhor explicar seu funcionamento.
O retificador de meia onda consiste em um circuito para remover metade de um sinal AC (corrente alternada) de entrada, transformando-o em um sinal CC (corrente contínua). É constituído basicamente de um transformador, um diodo e uma carga. O início da retificação se dá no recebimento de um sinal AC, que passa por um transformador que abaixa a tensão advinda da rede. A relação entre a tensão de entrada (V1) e de saída (V2) do transformador está diretamente relacionada ao número de espiras (N1 e N2) de cada um dos rolamentos do transformador (primário e secundário). Após ser transforma do, o sinal senoidal de entrada passa por um diodo (polarizado diretamente), que permite apenas a passagem do semiciclo positivo, retificando o sinal. O retificador começa a funcionar a penas quando a tensão de entrada ultrapassa a tensão do diodo (VD), que até esse momento não conduzirá corrente, funcionando como uma chave aberta. Ao passar pelo diodo, a tensão de entrada sofre uma queda em seu valor, que varia de acordo com seu material. Para que o diodo utilizado no circuito opere corretamente, deve- se considerar a corrente máxima que o componente pode conduzir e a tensão de pico reversa (PIV) que ele pode suportar, sem atingir a região de ruptura, sendo esta determinada pelo maior valor de tensão, proveniente do próprio circuito, que possa passar no diodo. A tensão de saída pode ser lida colocando-se um voltímetro em paralelo com a carga.
Um retificador de onda completa ou um retificador em ponte é equivalente a dois retificadores de meia onda voltados um de costas pro outro, com um retificador controlando o primeiro semiciclo e o outro o semiciclo alternado. Por causa do enrolamento do secundário com derivação central, cada circuito do d iodo recebe apenas metade da tensão do secundário. O circuito melhora o nível de CC a partir de uma entrada senoidal em 100%. O circuito empregado para realizar tal função é o que utiliza quatro diodos e uma ponte. Este circuito é também denominado de retificador de onda completa convencional. Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA (uma das duas saídas do trafo) e VB (outra das duas saídas do trafo). As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (0V). Quando A é positivo, B é negativo, a corrente sai de A passa por D1 (diodo) e por RL (carga) e chega ao ponto C. Quando A é negativo, B é positivo, a corrente sai de B passa por D2 (diodo) e RL (carga) e chega ao ponto C. Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL (corrente de alimentação da carga) circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os sem iciclos positivos na saída. A frequência de ondulação na saída é o dobro da frequência de entrada. A ondulação na saída do circuito retificador é muito grande o que torna a tensão de saída inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos. É necessário fazer uma filtragem na tensão de saída do retificador. A filtragem nivela a forma de onda na saída do retificador tornando-a próxima de uma tensão contínua pura que é a tensão da bateria ou da pilha. A maneira mais simples de efetuar a filtragem é ligar um capacitor de alta capacitância em paralelo com a carga RL e normalmente, utiliza- se um capacitor eletrolítico. A função do capacitor é reduzir a ondulação na saída do retificado r e quanto maior for o valor deste capacitor menor será a ondulação na saída da fonte. Sempre depois da filtragem aparece uma tensão de ripple que é o componente de corrente alternada que se sobrepõe ao valor médio da tensão de uma fonte de corrente contínua. Quanto maior a capacitância do capacitor usado na filtragem menor será essa tensão que aparece. A filtragem para o retificador de onda completa é mais eficiente do que para o retificador de meia onda. Em onda completa o capacitor será recarregado 120 vezes por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a sua tensão permanecepróxima de VP até que seja novamente recarregado. Quando a carga RL solicita uma alta corrente é necessária que o retificador se já de onda completa. O PIV (tensão de pico inversa do diodo) é de grande importância no projeto de sistemas de retificação, pois a tensão máxima nominal do diodo não deve ser ultrapassada, logo, para a configuração em ponte este deve ser maior ou igual à tensão máxima. Entretanto, para a configuração com derivação central, o PIV deve ser no mínimo duas vezes maior que a tensão máxima, pois deve ser levada em conta a tensão do secundário e da resistência somados.
8. Monte, no EWB, o circuito abaixo e anote as tensões calculada e medidas na Tabela 6 para valor de tensão de entrada. Por fim, explique o que se pode observar na tensão de saída ao passo que a tensão de entrada vai aumentando.
OBS: O diodo 1N753 tem uma tensão nominal de 6,2V.
 
 TABELA 6
	
	VE
	Vout (calculada)
	Vout (medida)
	
	
	0V
	0v
	0v
	
	
	2V
	0v
	0v
	
	
	4V
	0v
	0v
	
	
	6V
	0v
	0v
	
	
	8V
	6v
	6v
	
	
	10V
	6v
	6v
	
	
	12V
	6v
	6v
	
	
	14V
	6v
	6v
	
9. Calcule os resistores e capacitores para o oscilador ponte de Wien abaixo para as freqüências de 2kHz e 10kHz. Em seguida meça os valores obtidos através da montagem do circuito no EWB. Esse valores devem ser apresentados nas Tabelas 6 e 7.
FORMULAS DO OSCILADOR
2.== 3.= 3.
f = 
DADA A FREQUENCIA 
 = = =10k
 = = =2k
== 3. = 3. 
f = 
TABELA 7: Valores calculados
	f
	R1
	R2
	R3
	R4
	C1
	C2
	2kHz
	15 k
	30 k
	10 k
	POT = 10 k
	7,9nF
	7,9nF
	10kHz
	15 k
	30 k
	10 k
	POT=2 k
	7,9nF
	7,9nF
TABELA 8: Valores medidos
	f
	Vo (pico a pico)
	Vo (rms)
	Período (ms)
	2kHz
	24
	12
	500 micro
	10kHz
	28,3
	12,29
	100 micro
10. Monte, no EWB, o circuito abaixo e complete a Tabela 9 para cada transistor solicitado. Por fim, Analise os valores calculados e medidos na Tabela 9 e apresente suas conclusões.
OBS: para efeito de cálculo da corrente IC, considere a queda de tensão nos extremos do led = 1,6V.
TABELA 9
 CALCULADO	 MEDIDO
	TRANSISTOR
	IB
	IC
	VCE
	IB
	IC
	VCE
	BC337
	1,43mA
	1,6mA
	15
	1,43mA
	13,24m
	165,3m
	BC547
	
	
	
	1,44mA
	1,7m
	11,68
	BC548
	
	
	
	1,44mA
	1,7m
	11,68
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