Laboratorio: Amplificador a Transistor Emissor Comum

Laboratório: Amplificador a Transistor Emissor Comum

Este laboratório foi baseado no material disponibilizado pela Analog Devices, fabricante do módulo educacional M1K Analog Devices:

Objetivos

Montar, testar e analisar o circuito de amplificador a transistor emissor comum. O amplificador foi projetado com ganho 5 e é capaz de alimentar uma carga de 1 KΩ com um sinal senoidal de 2,5 Vpp e acoplamento AC.

O experimento permitirá observar o sinal senoidal de entrada (vin) e o sinal senoidal de saída (vout) acrescido do ganho de amplificação.

Equipamento e Materiais

Equipamentos

• Bancada de Eletrônica com fonte de tensão, gerador de funções, multímetro e osciloscópio.

ou

• Simulador de circuitos eletrônicos: SimulIDE.

• Componentes Eletrônicos:
  • Resistores: 10 Ω, 47 Ω, 100 Ω, 470 Ω, 1 k KΩ, 1,5 KΩ e 6,8 KΩ (Valores comerciais)
  • Capacitores: 47 uF e 220 uF
  • Transistor NPN 2N3904

Procedimentos Práticos

1. Monte no SimulIDE um circuito Amplificador EC, polarizado com uma fonte de tensão constante de 5 V.

Vcc =  5 V
Rb1 = 6,8 kΩ
Rb2 = 1,7 kΩ
Rc  = 470 Ω
Re  = 57 Ω
Rl  = 1 kΩ
Cin = Cout = 47 µF (Capacitores eletrolíticos -> polaridade + voltada ao transistor)
Não utilizar Cd

1. Configure como entrada do amplificador (v_in) um gerador de funções, configurado para gerar uma onda senoidal com amplitude de 500 mV e voltagem base de -250 mV (senoide variando de -250 mV a 250 mV) e frequência de 100Hz.
2. Utilize o canal 1 osciloscópio para observar a forma de onda gerada pelo gerador de funções (v_in) e o canal 2 para observar a forma de onda sobre a saída do amplificador (v_out).

   Observe que a senoide de saída varia de -1,25 V a 1,25 V, ganho 5, e com defasagem de 180 graus em relação ao sinal de entrada.

3. Varie o valor do resistor Rc para valores ligeiramente acima e abaixo do valor e verifique como se comporta o ganho do amplificador.

   Observe que a partir de um certo valor do ganho, o amplificador não consegue amplificar, pois ultrapassa a excursão máxima do sinal, que é dada pela alimentação de 5 V.

4. Remova o sinal de entrada e meça as tensões DC na base, emissor e coletor do transistor.
5. Analise o projeto do circuito e verifique os valores calculados em função dos valores práticos medidos. Os valores de projeto do amplificador estão dados abaixo.

Gráficos das entradas e saídas do amplificador

Cálculos teóricos

Fundamentos sobre Transistores

Transistores

Cálculos utilizados no projeto do laboratório:

• Cálculo de Vb usando divisor de tensão:

Vb = Rb2 / (Rb1 + Rb2) Vcc = 1,7 kΩ / (6,8 kΩ + 1,7  kΩ) . 5 V = 0,2 (5 V) = 1,0 V

• Cálculo de Ib a partir da corrente Ie e do ganho:

Ie = (1 V - 0,7 V) / 57 Ω = 5,3 mA
β = 200
Ib = Ie / β = 26,5 uA

Esta corrente Ib, todavia, provoca uma queda na tensão Vb, uma vez que flui pelo paralelo dos resistores Rb1 e Rb2 da base. Portanto, pode-se ajustar este valor, calculando esta queda de tensão:

Ib (Rb1 // Rb2) = (26.5 uA)(6.8 KΩ||1.7 KΩ) ≈ 36 mV

Assim, podemos recalcular Vb e Ie:

Vb = 1,0 V - 0,036 V = 0,96 V
Ie = (0,96 - 0,7) / 57 Ω = 4.6 mA

• Cálculo de Ic usando Ic ≈ β Ib ≈ Ie:

Ic = 4,6 mA

• Cálculo de Vce a partir da análise das tensões na malha sobre Rc e Re:

Vcc = Rc Ic + Vce + Re Ic
Vce = Vcc - Rc Ic - Re Ic
Vce = 5 V - (470 Ω 4,6 mA) - (57 Ω 4,6 mA)  = 5 V - 2,16 V - 0,26 V =  2,58 V

Vc = 2,84 V
Ve = 0,26 V

Observações e Conclusões

• A excursão do sinal amplificado é limitada pela tensão de alimentação da polarização do transistor.
• Os capacitores de acoplamento permitem isolar a alimentação CC do circuito de polarização do sinal CA que será amplificado.

Referências

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Evandro.cantu (discussão) 10h10min de 27 de setembro de 2021 (-03)

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