PRÁTÍCA 5 – IMPEDÂNCIAS EM AMPLIFICADORES COM BJT

Objetivo:

• Medir o ponto de operação estático do transistor.
• Identificar e remover a distorção na forma de onda de saída.
• Determinar a impedância de entrada e saída para emissor comum (com e sem capacitor de bypass).

Teoria:

As configurações básicas do transistor permitem diferenças de impedâncias de entrada Zin e saída Zout. Essas impedâncias influem de modo determinante nos acoplamentos entre estágios e carga.
A impedância de entrada Zin pode ser vista como a sensibilidade do equipamento. Quanto maior for Zin, menor a corrente (e também a potência) que é exigida da fonte de entrada, ou seja, o circuito será capaz de amplificar um sinal mais fraco e de menor energia.
Já a impedância de saída Zout representa a capacidade de transferência de energia para a carga ou para o próximo estágio, um Zout baixo indica a que a saída conecta-se por um caminho de baixa resistência até a carga, reduzindo-se as perdas.
O ideal é termos Zin o mais alto possível e Zout baixo. Isso ocorre na configuração Coletor Comum, muito utilizada em amplificadores de potência. No entanto, essa configuração possui ganho baixo de tensão, e por isso muitas vezes precisa ser utilizada uma configuração Emissor Comum, que possui alto ganho de tensão com Zin médio e Zout alto, geralmente utilizado como primeiro estágio amplificador.

Tarefa:

Circuito Amplificador Emissor Comum com capacitor de bypass em Re.

1) A primeira parte da tarefa consiste em montar um Amplificador com BJT e checar o ponto de operação ANTES da aplicação do sinal. Para funcionar como amplificador, o valor de VCE precisa estar em torno de metade da fonte de alimentação VCC (que neste caso é 12V).

Este é o circuito montado:

2) Meça as tensões e as correntes indicadas a seguir e anote-as. Verifique se VCE está próximo de VCC/2 (ou seja 6V). Caso não esteja, verifique sua montagem pois existe algum erro.

3) Agora vamos remontar o circuito para remover os multímetros e adicionar o gerador de sinais (que será a entrada) e o osciloscópio (que será a saída). A forma de ligação abaixo indica que o circuito é um EMISSOR COMUM com capacitor de bypass (entrada de sinal na base e saída de sinal no coletor). Atenção ao remontar pois o resistor de 330KΩ passou a conectar-se diretamente ao coletor do transistor. Atenção também à polaridade dos capacitores eletrolíticos.

Este é o circuito que foi montado:

4) Agora ligue o gerador e o ajuste-o para gerar uma senoide de 1KHz. Ligue o circuito e ajuste a tensão de entrada do gerador (Vin) para a máxima saída (Vout) sem que haja distorção.

Use essa simulação como base para entender melhor o que você deve fazer. Note que a simulação inicia com 50mV de Vin e o sinal de saída (osciloscópio) está claramente distorcido (não é uma senóide). Diminua Vin no controle deslizante da direita inferior até que a saída seja uma senóide (sem distorção). O mesmo procedimento deve ser feito com o circuito real, ou seja, reduzir a amplitude do gerador até que a saída seja a máxima sem distorção.

Anote abaixo os valores de Vin e Vout máximos sem distorção do circuito real, eles serão importantes mais à frente. (note que os valores podem não ser iguais aos da simulação pois os transistores são diferentes)

Dica: use o menu “measure” do osciloscópio para fazer as medidas. Para medir Vin, conecte o osciloscópio direto ao gerador.

5) Agora vamos medir a impedância de saída colocando um potenciômetro como carga do amplificador, como mostrado abaixo:

6) Ajuste o potenciômetro para obter Vout/2, ou seja, metade da tensão da senóide de saída obtida no item 4). Depois disso, remova o potenciômetro do circuito e meça sua resistência em ohms usando o multímetro. A resistência do potenciômetro é igual a Zout pois duas resistências de mesmo valor formam um divisor de tensão que divide pela metade Vout.

7) Agora vamos medir a impedância de entrada Zin colocando um potenciômetro em série com a entrada de sinal do amplificador, como mostrado abaixo:

8) Vamos fazer o mesmo procedimento anterior: ajuste o potenciômetro para obter Vout/2, ou seja, metade da tensão da senoide obtida no item 4). Depois disso, remova o potenciômetro e meça sua resistência em ohms usando o multímetro. Esse é o valor de Zout.

Qual era o valor esperado de Zin e Zout para essa configuração? Você encontrou esse valor? Considere um modelo simplificado de emissor comum com hfe=200 e hie=2KΩ para os cálculos.

Você ainda tem tempo para outra rodada de medidas? Nesse caso, remova o capacitor Cbypass do circuito e refaça as medidas de Zin e Zout usando o mesmo procedimento. Se não houver tempo nesta aula, responda aqui apenas qual o valor de Zin e Zout esperados, considerando um modelo simplificado de emissor comum com hfe=200 e hie=2KΩ para os cálculos.