Amplificador Comum

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Eletrônica Eletrônica básica - Prática Amplificador em emissor comum Amplificador em emissor comum Amplificador em emissor comum © SENAI-SP, 2003 Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima, Amplificador em Emissor Comum - Prática, SENAI - DN, RJ, 1986 Capa Digitalização SENAI Telefone Telefax SENAI on-line E-mail Home page 2 Gilvan Lima da Silva UNICOM - Terceirização de Serviços Ltda Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de São Paulo - SP Av. Paulista, 1313 – Cerqueira Cesar São Paulo – SP CEP 01311-923 (0XX11) 3146-7000 (0XX11) 3146-7230 0800-55-1000 [email protected] http://www.sp.senai.br SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Sumário Prática 5 Amplificação em emissor comum 11 Resumo 23 Referências bibliográficas 29 SENAI-SP - INTRANET 3 Amplificador em emissor comum 4 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Prática Exercício 1 1. O que são “sinais elétricos”? 2. O que é “amplificação”? 3. O que é ganho de um “estágio” amplificador? 4. Qual é a equação que define o ganho de um estágio amplificador? 5. Como é possível determinar, na prática, o ganho de um estágio amplificador? SENAI-SP - INTRANET 5 Amplificador em emissor comum 6. que é “ganho total” de um amplificador? Exercício 2 1. Por que os estágios amplificadores em emissor comum são os mais utilizados? As questões 2 e 3 referem-se ao circuito colocado a seguir. 2. O que acontece com a tensão de saída do estágio: a. se for colocado um sinal positivo na entrada: b. se for colocado um sinal negativo na entrada: 6 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum 3. O que se pode dizer sobre a relação de fase entre a corrente de coletor e a tensão de saída base no sinal de entrada, nos amplificadores de emissor comum. 4. Complete os gráficos abaixo com base no sinal de entrada. SENAI-SP - INTRANET 7 Amplificador em emissor comum 5. Projete na curva característica apresentada as variações de IC e VCE conforme o sinal de entrada. Exercício 3 1. Como se pode eliminar um nível de tensão ou corrente contínua que acompanha um sinal, a fim de amplificá-lo? 2. Identifique, no circuito abaixo, os elementos polarizados e os acopladores. 8 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum 3. Qual a vantagem e a desvantagem da inclusão de um resistor de emissor em um estágio amplificador? 4. Qual é a finalidade do capacitor de desacoplamento? 5. Desenhe um estágio amplificador completo (com capacitor de desacoplamento e transistor PNP). 6. Classifique, em termos genéricos, as características de um estágio amplificador em emissor comum: Ai = __________________ Av = _________________ Zi = __________________ Zo = _________________ SENAI-SP - INTRANET 9 Amplificador em emissor comum 10 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Amplificação em emissor comum Objetivos • Determinar, por processo prático, o ganho de um estágio amplificador em emissor comum. • Verificar relações de fase entre os sinais. • Verificar a influência do resistor de emissor e do desacoplamento sobre o ganho do estágio. • Determinar experimentalmente as impedâncias de entrada e saída do estágio amplificador. Equipamentos • Fonte de CC - 12V; • Osciloscópio duplo traço; • Gerador de funções; • Multímetro. Listas de Materiais • Semi condutores - • T1 - Transistor de sinal, NPN ICM > 20mA PC > 100mW VCEO > 20V 100 < β < 300 5% Resistores - R1 - 1kΩ - RB - a ser calculado no ensaio - R2 - 10kΩ 5% 1/4W - R3 - 100Ω 5% 1/4W - R4 - 100kΩ 5% 1/4W - R5 - 15kΩ 5% 1/4W - R6 - 5,6kΩ 5% 1/4W - R7 - 1kΩ 5% 1/4W 1/4W SENAI-SP - INTRANET 11 Amplificador em emissor comum • • 12 Capacitores - C1 - 10µF x 16V - C2 - 47µF x 16V Diversos - S1 - chave liga-desliga - P1 - potenciômetro linear de 4,7kΩ - P2 - potenciômetro linear de 10kΩ SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Ponto de operação 1. Monte o circuito da figura a seguir. 2. Calcule o resistor de base para que o ponto de operação seja: VCEQ = 6V IC = 6mA. Considere um transistor com β = 200. RB = VCC − VBE IB 3. Conecte o resistor RB ao circuito. 4. Ajuste a fonte e conecte ao circuito. 5. Meça o valor de VCEQ e verifique se está no valor desejado (tolerância de ± 0,5V). Observação Caso o VCEQ desejado não seja obtido faça a correção necessária para obtê-lo. 6. Anote a seguir, os dados do ponto de operação. VCEQ = _______________ V VRCQ = _______________ V ICQ = _________________ V SENAI-SP - INTRANET 13 Amplificador em emissor comum Amplificação 1. Acrescente o divisor de tensão e o gerador de funções ao circuito, conforme mostra a figura a seguir. Observação: O divisor de tensão (10kΩ - 100Ω) receberá o sinal do gerador e entregará apenas 1/100 do sinal na entrada do gerador. 2. Ligue o gerador de funções e ajuste para 1kHZ, senoidal, 1Vpp. Qual é a tensão de pico a pico do sinal aplicado à entrada do amplificador? 3. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do circuito e meça o sinal de pico a pico (com máxima precisão possível). VSAÍDA pico a pico =_________________V 4. Determine o ganho do estágio amplificador. AV = 14 VSAÍDApp VENTpp = AV = _______________ SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Verificação da relação de fase entre saída e entrada 1. Ligue o segundo canal do osciloscópio. 2. Ajuste os controles do osciloscópio listado a seguir. Canal 1 Canal 2 Vertical - 0,5V/div Vertical - 1V/div Modo - AC Modo - AC Sincronismo Horizontal Fonte: Canal 1 Base de tempo: 0,2ms/div Modo: Automático Ajuste fino: CAL 3. Posicione a senóide presente na tela (sinal de saída) de modo que ocupe a parte superior da tela. 4. Conecte o canal 2 do osciloscópio à saída do gerador de sinais (sinal de entrada). 5. Posicione o sinal de entrada de modo que não haja sobreposição com o sinal de saída. 6. Desenhe, na tela abaixo, as figuras observadas no osciloscópio. É possível observar que o sinal de saída (parte superior da tela) é uma versão amplificada e invertida do sinal de entrada? SENAI-SP - INTRANET 15 Amplificador em emissor comum Qual é a relação de fase entre o sinal de saída e o sinal de entrada em um estágio amplificador em emissor comum? 7. Mude o seletor de forma de onda do gerador de funções para onda quadrada e observe o osciloscópio. A relação de fase depende do tipo de sinal amplificado? 8. Desligue a fonte e gerador de funções. Atuação do Desacoplamento de Emissor 1. Monte o circuito apresentado na figura a seguir. 2. Posicione a chave S1 para desligada. 3. Ligue a fonte. 16 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum 4. Meça os valores do ponto de operação. VB = VR5 = _______________ V VE = VR7 = _______________ V VCE = ___________________ V VSAÍDA = _________________ V 5. Ligue a chave S1, ligando o desacoplamento do emissor. 6. Meça novamente os valores do ponto de operação. VB = ____________________ V VE = ____________________ V VCE = ___________________ V VSAÍDA = _________________ V 7. Compare os valores do item 4 e 6 A ligação do capacitor de desacoplamento interfere nas tensões de polarização? Por quê? 8. Desligue a chave S1. 9. Ajuste o gerador de funções para senoidal, 1kHZ, 3Vpp e conecte ao circuito. Qual é a tensão pico a pico do sinal aplicada ao circuito? VENTRADApp _______________mV 10. Meça o sinal de saída do circuito. Use o canal 1 do osciloscópio com a chave seletora de ganho vertical posicionada em 50mV/div. SENAI-SP - INTRANET 17 Amplificador em emissor comum 11. Determine o ganho do circuito. AV = VSAÍDApp VENTRADApp AV = 12. Passe a chave seletora de ganho vertical para 1V/div. 13. Ligue o capacitor de desacoplamento, observando o que acontece com o sinal de saída. O que acontece com o sinal de saída quando o emissor é desacoplado? Que conclusão se pode tirar sobre o ganho do estágio com e sem desacoplamento? 14. Determine o ganho do estágio com o emissor desacoplado. AV = _________________ 15. Desligue a fonte e o gerador de funções. Determinação da impedância de entrada 1. Desligue o divisor de tensão (R2 - R3) da entrada do circuito. Confira se a chave S1 está fechada. 2. Remonte a entrada do circuito conforme mostra a figura a seguir. 18 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum 3. Ajuste o potenciômetro P1 para a mínima resistência. 4. Ligue a fonte e ajuste o gerador de funções de forma a obter o máximo sinal sem distorção na saída do amplificador. 5. Meça a tensão pico a pico do sinal no ponto A. VA = _________________ Vpp 6. Passe o osciloscópio para o ponto B. 7. Ajuste o potenciômetro de forma que o sinal presente no ponto B tenha a metade da amplitude encontrada no ponto A. 8. Desligue a fonte e desconecte o potenciômetro do circuito, tomando cuidado para não alterar a posição do cursor. 9. Determine a impedância de entrada do estágio, medindo a resistência do potenciômetro. Zi = _________________ Ω 10. Desligue a chave S1 e repita os itens 2 a 9. Zi = _________________ Ω O que se pode afirmar comparando os valores de Zi do estágio com emissor acoplado e desacoplado? Em qual dos casos Zi é maior? 11. Desligue a alimentação e o gerador de funções. SENAI-SP - INTRANET 19 Amplificador em emissor comum Determinação da impedância de saída 1. Retire o potenciômetro P1 da entrada, conectando C1 diretamente ao circuito e ligue a chave S1. 2. Ligue a fonte e o gerador de sinais. 3. Ajuste o nível do sinal de entrada de forma a obter o maior sinal de saída possível sem distorção. 4. Meça a tensão pico a pico do sinal de saída (após o capacitor C3). VSAÍDA = ______________ Vpp 5. Desligue a fonte e conecte o potenciômetro P2 à saída do circuito conforme mostra a figura a seguir. 6. Ajuste o potenciômetro P2 para a máxima resistência. 7. Ligue a fonte de alimentação. 8. Ajuste o potenciômetro P2 de forma que o sinal no ponto A tenha a metade da amplitude encontrada no item 4. 20 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum 9. Desligue a fonte, retire o potenciômetro e determine a impedância de saída do estágio. Zo = _________________ Ω Se a saída deste estágio amplificador tivesse que ser ligada à entrada de outro circuito, qual deveria ser a impedância de entrada deste outro circuito para obter a máxima transparência de potência? SENAI-SP - INTRANET 21 Amplificador em emissor comum 22 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Resumo Amplificação de sinais elétricos Sinal elétrico é toda variação de corrente ou tensão que conduz uma informação. Os sinais podem ser puros ou sobre um nível de tensão contínua. Sinal puro Sinal sobre um nível de CC Em muitas ocasiões é necessário amplificar os sinais elétricos. A amplificação é um processo que visa aumentar a intensidade de um sinal elétrico. Os estágios amplificadores propiciam um ganho ao sinal, que corresponde a relação entre o sinal obtido na saída e o sinal aplicado à entrada. G= Sinal de Saída Sinal de Entrada SENAI-SP - INTRANET 23 Amplificador em emissor comum Os estágios amplificadores podem ser ligados um após o outro, propiciando um ganho total que corresponde ao produto dos ganhos individuais. GT = G1 x G2 x ... x Gn Estágio amplificador em emissor comum É um tipo de circuito que proporciona alto ganho de tensão e de corrente. O princípio de funcionamento baseia-se na mudança do ponto de operação causada pelo sinal aplicado a entrada. Quando o sinal de entrada é positivo a corrente de sinal se soma a de polarização. Isso faz com que IB e IC aumentem, enquanto VCE ( ou VSAÍDA) diminua, acompanhando a forma do sinal de entrada. 24 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Quando o sinal de entrada é negativo a corrente de sinal é subtraída da corrente de polarização. Isto resulta em que IB e IC diminuam, enquanto que VCE (ou VSAÍDA) aumenta, obedecendo a forma do sinal de entrada. Os valores de tensão e corrente podem ser encontrados a partir da curva característica e da reta de carga. SENAI-SP - INTRANET 25 Amplificador em emissor comum As características importantes do estágio amplificador em emissor comum são: • Ganho de corrente = alto (dezenas de vezes). • Ganho de tensão = alto (dezenas de vezes). • Impedância de entrada = média (centenas de Ohms). • Impedância de saída = alta ( antenas até milhares de Ohms). Acoplamento do Sinal e Desacoplamento do Emissor Para que os estágios amplificadores possam ser ligados um após o outro sem que as tensões de polarização individuais interfiram nos pontos de operação utilizam-se os elementos de acoplamento. Os capacitores ou transformadores são usados como acopladores, porque transferem o sinal mas bloqueiam as tensões contínuas de polarização. Além dos elementos acopladores costuma-se acrescentar um resistor de emissor ao estágio amplificador. 26 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum A colocação do resistor melhora a estabilidade térmica do circuito, mas reduz sensivelmente o seu ganho. Por esta razão o resistor de emissor é desacoplado através de um capacitor que possibilita obter um estágio de alto ganho mas estável termicamente. Propriedades do estágio amplificador em emissor comum O quadro a seguir apresenta um resumo das propriedades típicas dos estágios amplificadores em emissor comum. Características Classificação genérica Estágio Ai Alto - dezenas de vezes amplificador Av Alto - dezenas de vezes em emissor Zi Média - centenas de ohms comum Zo Alta - centenas ou milhares de ohms SENAI-SP - INTRANET 27 Amplificador em emissor comum 28 SENAI-SP - INTRANET Amplificador em emissor comum Referências bibliográficas SENAI/DN. Amplificador em emissor comum, prática. Rio de Janeiro, Divisão de Ensino e Treinamento, 1986. (Série Eletrônica Básica). SENAI-SP - INTRANET 29 Amplificador em emissor comum 30 SENAI-SP - INTRANET Eletrônica básica Teoria Prática: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 46.15.11.752-8 46.15.11.736-4 Tensão elétrica Corrente e resistência elétrica Circuitos elétricos Resistores Associação de resistores Fonte de CC Lei de Ohm Potência elétrica em CC Lei de Kirchhoff Transferência de potência Divisor de tensão Resistores ajustáveis e potenciômetros Circuitos ponte balanceada Análise de defeitos em malhas resistivas Tensão elétrica alternada Medida de corrente em CA Introdução ao osciloscópio Medida de tensão CC com osciloscópio Medida de tensão CA com osciloscópio Erros de medição Gerador de funções Medida de freqüência com osciloscópio Capacitores Representação vetorial de parâmetros elétricos CA Capacitores em CA Medida de ângulo de fase com osciloscópio Circuito RC série em CA Circuito RC paralelo em CA Introdução ao magnetismo e eletromagnetismo Indutores Circuito RL série em CA Circuito RL paralelo em CA Ponte balanceada em CA Circuito RLC série em CA Circuito RLC paralelo em CA Comparação entre circuitos RLC série e paralelo em CA Malhas RLC como seletoras de freqüências Soldagem e dessoldagem de dispositivos elétricos Montagem de filtro para caixa de som Transformadores Teoria Prática: 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 46.15.12.760-4 46.15.12.744-1 Diodo semi condutor Retificação de meia onda Retificação de onda completa Filtros em fontes de alimentação Comparação entre circuitos retificadores Diodo emissor de luz Circuito impresso - Processo manual Instrução para montagem da fonte de CC Multímetro digital Diodo zener O diodo zener como regulador de tensão Transistor bipolar - Estrutura básica e testes Transistor bipolar - Princípio de funcionamento Relação entre os parâmetros IB, IC e VCE Dissipação de potência e correntes de fuga no transistor Transistor bipolar - Ponto de operação Polarização de base por corrente constante Polarização de base por divisor de tensão Regulador de tensão a transistor O transistor como comparador Fonte regulada com comparador Montagem da fonte de CC Amplificador em emissor comum Amplificador em base comum Amplificador em coletor comum Amplificadores em cascata Transistor de efeito de campo Amplificação com FET Amplificador operacional Circuito lineares com amplificador operacional Constante de tempo RC Circuito integrador e diferenciador Multivibrador biestável Multivibrador monoestável Multivibrador astável Disparador Schmitt Sensores Todos os títulos são encontrados nas duas formas: Teoria e Prática