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EaD-Lab2EA 1 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Atividade Prática no 2: Amplificadores transistorizados 1. OBJETIVO Projetar e testar uma etapa de um amplificador transistorizado e verificar a resposta em frequência do sistema. 2. MATERIAL UTILIZADO Componentes Quantidade Material Utilizado Kit Número da Caixa Código Uninter 1 Transistor BC337 NPN Boole 9 0205102 2 Capacitores de 10µF Edison 5 0105047 4 Resistores Edison 5 0110025 a 011034 Equipamentos / Ferramentas Quantidade Descrição Kit Número da Caixa Código Uninter 1 Osciloscópio / Analisador Lógico Boole 7 0201071 1 Multímetro Edison 1 0101001 1 Adaptador AC Edison 3 0101003 1 Fonte Ajustável Edison 3 0101004 1 Protoboard Edison 2 0101002 1 Adaptação de Áudio Boole 11 0201124 1 Transformador Boole 10 0201123 EaD-Lab2EA 2 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Termo de responsabilidade (Disclaimer): São de total responsabilidade do aluno os danos que os equipamentos e os componentes possam vir a sofrer devido a uso inadequado dos mesmos. Todos os materiais disponibilizados tais como manuais, vídeos e apostilas com as explicações acerca do uso dos dispositivos deverão ser vistos e estudados na sua totalidade antes de ligar os mesmos para evitar danos aos equipamentos e aos usuários. Fonte Ajustável Gerador de sinais Alimentação: Transformador Fonte: Fonte Ajustável Montagem: Arquivo: Fonte variável.pdf Alimentação: Adaptador AC Gerador: Kit TDA 2050 Montagem: Arquivo: Amplificador do gerador.pdf Diagrama de pinos do transistor EaD-Lab2EA 3 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica 3. INTRODUÇÃO O amplificador é um circuito utilizado para aumentar a potência de sinais analógicos aumentando a tensão e fornecendo corrente na saída do mesmo. O amplificador transistorizado, como o próprio nome diz, é um sistema que usa transistores junto com outros dispositivos não ativos para amplificar o sinal de entrada. Chama-se transistorizado porque usa dispositivos discretos (transistores), mas na realidade todos os amplificadores mesmo integrados (amplificadores operacionais) são compostos internamente por muitos transistores que configuram os circuitos internos de amplificação. O amplificador é considerado linear quando não modifica a forma de onda do sinal de entrada e a relação entre sinal de saída e sinal de entrada é determinada por uma constante (ganho). O amplificador pode ter ganho de tensão, ganho de corrente ou ambos. É necessário que praticamente todos os sinais analógicos sejam amplificados antes de serem processados por sistemas tanto analógicos quanto digitais, e a unidade básica de amplificação é o transistor. 4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Calibrar as pontas do osciloscópio como indicado no documento anexo Calibração pontas.pdf. Incluir fotos de todos os circuitos montados. EXPERIÊNCIA 1: Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas: 𝛽 = 250 e VBE = 0,7V 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 2 𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 𝑣𝑖 = − 𝑅𝐶 𝑅𝐸 Considerando a alimentação Vcc = 15V, projetar a etapa de entrada para ter um ganho AV = - 4o número do seu RU. Se o quarto número for 0 ou 1 adotar Av = -2. Adotar os resistores necessários e calcular os outros em função deles. Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 30kΩ, adotar 27kΩ ou 33kΩ (não tem problema em adotar um ou o outro). Calcular o restante dos resistores usando estes valores comerciais. Preencher a Tabela 1 com os valores de corrente e tensão calculados. Sugestão adotar Re = 1KΩ, e R2 = 10KΩ. EaD-Lab2EA 4 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Circuito de polarização: Figura 1: Circuito de polarização de um transistor NPN. Métodos Antes de iniciar os testes seguintes, ler o Termo de Responsabilidade disponível na página 2. 1. Separe os seguintes materiais: a. 1 Protoboard b. 1 Transformador c. 1 Osciloscópio d. 1 Transistor BC337 e. Resistores calculados no projeto f. 1 Fonte ajustável 2. Ajuste a fonte de alimentação variável (Fonte Ajustável) para 15V para alimentar o circuito. Monte o circuito da Figura 1 com os resistores calculados. 3. Verifique com o multímetro os seguintes parâmetros: a. VCE: Para medir a tensão de coletor emissor coloque o multímetro no modo tensão, escala de 20V. Coloque as pontas como indicado na Figura 2 e preencha a Tabela 1. + VCE - IE IC IB EaD-Lab2EA 5 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Figura 2: Medição da tensão de coletor emissor VCE. b. VBE: Para medir a tensão de base emissor coloque o multímetro no modo tensão, escala de 2V. Coloque as pontas como indicado na Figura 3 e preencha a Tabela 1. Figura 3: Medição da tensão de base emissor VBE. c. IC: Para medir a corrente de coletor abra o circuito de coletor (desconecte o resistor Rc do coletor do transistor). Coloque o multímetro EaD-Lab2EA 6 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica no modo corrente, escala de 20mA. Coloque as pontas como indicado na Figura 4 e preencha a Tabela 1. Figura 4: Medição da corrente de coletor IC. d. IE: Para medir a corrente de emissor abra o circuito de emissor (desconecte o resistor Re do emissor do transistor). Coloque o multímetro no modo corrente, escala de 20mA. Coloque as pontas como indicado na Figura 5 e preencha a Tabela 1. EaD-Lab2EA 7 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Figura 5: Medição da corrente de emissor IE. e. IB: Para medir a corrente da base abra o circuito da base (desconecte a base do transistor). Coloque o multímetro no modo corrente, escala de 200µA. Coloque as pontas como indicado na Figura 6 e preencha a Tabela 1. Figura 6: Medição da corrente da base IB. Tabela 1: Ponto de operação do transistor. Calculado Medido 𝑽𝑪𝑬[𝑽] 𝑽𝑩𝑬[𝑽] 𝑰𝑪[𝒎𝑨] 𝑰𝑬[𝒎𝑨] 𝑰𝑩[µ𝑨] f. Compare os valores medidos com os calculados. Eles podem ser diferentes, explique porque. EaD-Lab2EA 8 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica EXPERIÊNCIA 2: O transistor como amplificador 1. Coloque os capacitores de bloqueio de continua (filtros) C1 e C2 na entrada e na saída do amplificador. O capacitor C1 é necessário para que o sinal de contínua de polarização da etapa anterior não tire o amplificador do seu ponto de operação. O capacitor C2 na saída serve para que o sinal de contínua de polarização desta etapa não apareça na etapa posterior. Os dois capacitores bloqueiam a tensão contínua, mas deixam passar o sinal a ser amplificado (Figura 7). 2. Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência aproximada de 1kHz (aproximada). 3. Coloque este sinal na entrada do amplificador transistorizado como mostra a Figura 7 e verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal de saída. Figura 7: Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador. a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul. Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito. b. Mostre num gráfico os sinais de entrada e saída. De preferência coloque um print da tela do osciloscópio. Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 8. EaD-Lab2EA 9 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Figura 8: Sinais de entrada e saída de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A. O sinal de saída está invertido porque o amplificador é inversor e tem ganho negativo. c. Varie oformato, amplitude, forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída. A resposta do sistema é linear? Porque? Pesquise. d. Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico. O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande? Porque? Pesquise. e. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 𝑣𝑖 e preencha a Tabela 2. f. Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado. Pode ser ligeiramente diferente, explique porque. Tabela 2: Ganho de tensão de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A. AVcalculado − 𝑹𝒄 𝑹𝒆 AVmedido 𝒗𝒐 𝒗𝒊 EaD-Lab2EA 10 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica EXPERIÊNCIA 3: Resposta em frequência O teste de resposta em frequência é de fundamental importância para todos os sistemas que trabalham qualquer tipo de sinal. Neste teste será possível constatar a faixa de frequências na qual o circuito responde corretamente. Desta forma é possível saber que tipo de sinal o amplificador vai poder amplificar (áudio, vídeo, sinais biológicos, temperatura, pressão, etc.). Este teste serve para verificar o desempenho de circuitos, equipamentos, sistemas e componentes eletrônicos e elétricos em relação a sinais compostos por harmônicos de várias frequências. Abaixo e acima de determinadas frequências chamadas frequências de corte a potência do sinal de saída cai abaixo da metade da potência que o mesmo tem entre as duas frequências (banda passante). Todo sinal cuja frequência seja inferior à frequência de corte inferior fL (L de Low) será rejeitado, e todo cuja frequência seja superior à frequência de corte superior fH (H de High) será rejeitado também. No teste de resposta em frequência, as frequências de corte são aquelas para as quais o ganho (neste caso ganho de tensão) é igual a 70% do ganho na banda passante, ou tem 3dB a menos se estivermos considerando a escala decibel para o ganho, como apresentado na Figura 9. Figura 9: Resposta em frequência de um amplificador. 1. Ajuste o gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado). Para o teste a frequência do sinal deverá variar entre 1Hz e 20kHz. Para cada valor de frequência a Tabela 3 deverá ser preenchida. Não será possível verificar a frequência de corte superior devido a limitações do gerador. EaD-Lab2EA 11 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica Figura 10: Montagem do circuito para medição da resposta em frequência. a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul. Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito. b. De 1 a 10Hz: tirar várias medições (nesta faixa está a frequência de corte inferior). c. Entre 50Hz e 20kHz tirar algumas medições. 2. Identifique a frequência de corte inferior considerando que nessa frequência o valor da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima. 3. Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplificador. Identifique a banda passante do amplificador (ganho máximo). O eixo da frequência deverá estar em escala logarítmica. Tabela 3: Resposta em frequência do amplificador. 𝒇[𝑯𝒛] 𝒗𝒊[𝑽] 𝒗𝒐[𝑽] |𝑨𝑽 = 𝒗𝒐 𝒗𝒊 | 1 2 3 5 10 EaD-Lab2EA 12 Prof. Viviana R. Zurro Eletrônica Analógica 15 20 40 60 100 300 500 1k 3k 6k 10k 15k 20k Nota: Os valores de frequência da Tabela 3 são valores sugeridos. O aluno poderá escolher outros valores. O passo a passo para a construção do gráfico em Excel será disponibilizado e arquivo anexo.